吊车梁钢结构设计计算书

钢结构设计计算

一、屋架类型

由于车间内部设有二台5t锻锤，厂房内桥式吊车为二台150/30t(中级工作制)，又具有加热设备炉。拟采用钢筋混凝土柱，梯形钢屋架，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度iL/10;L为屋架跨度。

二、钢材及焊条

根据该地区的冬季计算温度和荷载性质，钢材钢材采用Q345，屋架连接方法采用焊接，焊条选用E50型，手工焊。

三、屋架形式及几何尺寸

1、屋架计算跨度 l0l21502100030020700mm

屋架端部高度 H01990mm

屋架中部高度 HH0i19900.112210003040mm 2 屋架的高跨比 H/l3040/210001/6.9

屋架沿水平投影面积分布的自重，按公式P=（0.12+0.011跨度）计算跨度（m）,即p=0.12+0.011×21=0.351kN/㎡，则 P=0.351kN/m2

2、支撑布置

根据车间长度90m，屋架跨度l21m荷载情况，以及吊车、锻锤设置情况，布置三道上、下弦横向水平支撑，两道纵向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长布置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架编号为

GWJ2，其余编号均为GWJ1，其中屋架间距取15m，两端和中间共6榀屋架。

四、荷载和内力计算 4.1荷载计算

永久荷载标准值：

三毡四油(上铺绿豆砂)防水层 0.4kN/m2

水泥沙浆找平层 0.4kN/m2 保温层 0.65kN/m2 一毡二油隔气层 0.05kN/m2 水泥沙浆找平层 0.30kN/m2 预应力砼屋面板 1.45kN/m2 屋架及支撑自重 0.120.011210.351kN/m2

合计 3.60kN/m2

可变荷载标准值：

屋面活荷载 0.7kN/m2 积灰荷载 1.0kN/m2 合计 1.7kN/m2

永久荷载设计值：1.23.604.132kN/m2 可变荷载设计值：1.41.72.38kN/m2

4.2荷载组合

4.2.1全跨永久荷载 +全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载：P(4.322.38)1.5660.3kN/m

2支座反力： RA60.3(1/227)482.4kN/m

24.2.2全跨永久荷载 +半跨可变荷载

屋架上弦节点荷载： P(全)4.321.5638.88kN/m

P（半）2.381.5621.42kN/m

4.2.3全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面荷载

全跨屋架和支撑自重产生 的节点荷载：

22

P(全)1.20.351.563.78kN/m2

P（半）(1.21.451.40.7)1.5624.48kN/m2

1990150a1350ce1500×7=10500289033903040gh229028642590312430107.55155..77150150.570511507.5DFCAB507.5G1507.5H2831261325 21米跨屋架几何尺寸

01.01.H-12.1850.A0.000-0.5-7.68401.01.01.0-1.-1.572090-1.-4.4100+4.c744+9.e962+11.ga

21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

1.0C330-1.+0.71CB-7.472+5.8081.0D-7.339+122.D-11.262+2.7921.0F-6.8610-1.39+11.768h3641.0G3.911.0E1.0GF-12.18+0.32824

0.5A1.01.0E1.0H2-1.0-1.-0.047000..367000.-0.5-5.6410-1.-2.60.00.848-1.0+1B100.000-5.3+396.0G'F'-5.3195-1.E'D'-3.9237-1.0.57C'B'A'-2.1620.000-2.+1+1+3.010c+6.663e+7.326g+5.884g'+4.636e'+1002576432+3.081c'+1.090aa' 21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值 4.3杆件内力计算

杆 件 名 称 杆内力系数（P=1） 全 垮 左半跨右半跨① ② ③

组合一

P①

组合二 N(左)=P(全)×①+P（半）×② N（右）=P（全）×① +P（半）×

组合三 N(左)=P(全)×①+P（半）×② N（右）=P（全）×① +P（半）×

计 算 内 AB

上

BD

弦 DF 杆 FH ac 下 ce 弦 eg 杆

gh

aB Bc 斜 cD 腹 De 杆

eF Fg gH

aA 竖 cC 杆

eE gG

0.0 -7.472

-11.262 -12.18 4.100 9.744 11.962 11.768 -7.684 5.808 -4.409 2.792 -1.572 0.328 0.713 -0.5 -1.0 -1.0 -1.0

0.0 0.0 -5.301 -2.162 -7.399 -3.923 -6.861 -5.319 3.010 1.090 6.633 3.081 7.326 4.636 5.884

5.884

-5.641 -2.043 3.960

1.848

-2.633 -1.776 1.222 1.570

0.047 -1.525 -1.039 1.367 1.913 -1.200 -0.5 0 -1.0 0 -1.0 0 -1.0

0

0.0

-483.532

-660.967 -734.454 240.629 571.875 702.050 709.61

-463.345 350.22

-265.86 168.357

-94.792 19.78 41.84 -29.345 -60.03 -60.03 -60.3

③ 0.0 -392.222 -324.791 -576.936 -503.765 -600.911 -567.882 217.281 176.155 505.880 429.154 602.747 545.127 564.629 564.629 -407.213 -330.144 301.287 256.048 -220.722 -202.365 130.233 137.687 -59.595 -91.254 34.480 43.26 63.909 -52.278 -29.345 -14.673 -60.03 -60.03 60.03

③ 0.0 -158.233 -81.170 -222.229 -138.605 -213.998 -176.250 89.183 42.181 199.943 112.255 224.557 158.706 188.523 188.523 -167.137 -79.058 118.895 67.193 -81.122 -60.143 40.468 48.987 7.093 -43.274 -26.675 34.704 49.525 -32.071 -14.13 -1.89 -28.26 -3.78 -28.26 -3.78 -28.26

力 0.0 -483.532 -660.967 -734.454 240.629 571.875 702.050 709.61 -463.345 350.22 -265.86 168.357 -94.792 7.093 43.26 -26.675 63.909 -52.278 -29.345 -60.03 -60.03 -60.03

-3.78

五、截面杆件设计 5.1 上弦杆

腹杆最大内力N463.345kN，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用

12mm。整个上弦采用同一截面，NFH-734.454kN

上弦杆计算长度：在屋架平面内，为节间轴线长度lox1507.5mm；在屋架平面

内，根据支撑布置和内力变化情况取loy21507.53015mm。

因为2loxloy，故截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。 设80，按Q345号钢轴心受压构件属b类截面。查表得 0.688。

N734.454103234.44cm需要截面面积： A 2f0.68831010需要的回转半径：ix iyloxloy150.751.88cm 80301.53.769cm 80根据A、ix、iy查角钢规格表选用2L1107010，A34.334cm2， ix1.96cm,iy5.45cm。

按所选角钢进行验算：xlox150.7576.91[]150（满足要求） ix1.96yloyiy301.555.32[]150 （满足要求） 5.45双角钢T型截面绕对称轴（y轴）应按弯扭屈曲计算换算长细比yz

0.56l0y0.56301.5b1111115.4 t1b111yzy55.32x，由maxx76.91，查表得 0.832

N734.4541032310N/mm2（满足要求） 2257.11N/mmA0.83234.33410所选截面如图：

5.2 下弦杆

整个下弦不改变截面，按最大内力Ngh709.61kN设计。按下弦支撑布置情况：

lox300cm,loy600cm，因为2l0xl0y，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并。

N709.6110322.89cm2 计算所需下弦截面净面积：An2f31010 选用2L100638（短肢相并），A25.168m,ix1.77cm,iy4.97m截面如图5-2所示。

验算：如果连接的螺栓孔中心至节点板边缘距离不小于100mm，螺栓孔对下弦截面的消弱可不考虑，所以AnA.

2N709.6110322 （满足要求） 281.95N/mm310N/mm2An25.16810 xlox300169.49[]250（满足要求） ix1.77 yloyiy600120.72[]250（满足要求）每一个节间设一垫板。 4.975.3 端斜杆aB

NaB463.345kN，LoxLoy253.0cm。如选用2L125807（长肢相并），则A28.192cm2，ix4.02cm,iy3.25mm。

验算： xlox253.063[]150（满足要求） ix4.02yloyiy253.077.85[]150（满足要求） 3.250.48l0y0.48253.0b2811.415.2 t0.7b1841.09b21.0984yzy(122)77.8186.3 22l0yt253.00.8由maxx，查表得 0.646

N463.34510322 2254.42N/mmA0.64628.19210截面如图5-3所示。

5.4 端斜杆Bc

NBc350.22kN,几何长度：l261.3cm,lox0.8l0.82613209.04cm

loy260.8cm.

N350.22103211.3cm 所需截面面积：An f310102 选用 2L635,则A12.28cmix1.94cm,iy2.96cm

2,N350.22103 验算：285.2N/mm2An1228xlox209.04107.75[]150（满足要求） ix1.94

yloyiy260.888.11[]150（满足要求） 2.96 截面如图5-4所示

5.5斜腹杆cD

NcD265.86kN，lox0.8l0.828642291.2mm,loy2864mm 选用2L505，则A9.606cm,ix1.53cmm,iy2.46cm

验算：x2lox229.12149.75[]150（满足要求） ix1.53yloyiy286.4116.42[]150（满足要求） 2.46N265.86103276.76N/mm2f310N/mm2（满足要求）

An960.6截面如图5-6所示。

5.6斜腹杆De

NDe168.357kN，lox0.8l0.828642291.2mm,loy2864mm

168.3571032An5.43mm 231010选用2L505，则A9.606cm,ix1.53cm,iy2.46cm 验算： x2lox229.12149.75[]150（满足要求） ix1.53yloyiy286.4116.42[]150 （满足要求） 2.46N168.357103175.26N/mm2f310N/mm2 （满足要求）

A960.65.7斜腹杆eF

NeF94.7921kN，lox0.8l0.831242499.2mm,loy3124mm

选用2L755，则A1482mm,ix23.3mm,iy34.5mm 验算： x2lox2499.2107.26[]150（满足要求） ix23.3yloyiy312490.55[]150 （满足要求） 34.5由于xy，只需求x，查表得x0.508

N94.792103125.9N/mm2f310N/mm2 （满足要求）

xA0.50814825.8斜腹杆Fg

NFg43.26kN,lox0.8l0.831242499.2mm，loy3124mm，

N43.26103133.955mm2 Anf310选用2∟565，则A1083mm2，ix17.2mm，iy26.9mm 对所选角钢进行验算： xl0x249.9145.3150（满足要求） ix1.72 yl0yiy3124116.1150（满足要求） 26.9由于xy，只需求x，查表得 x0.326

N43.26103 122.529N/mm2f310N/mm2（满足要求）

xA0.32610835.9 斜腹杆gH

NgH63.909kN,lox0.8l0.833902712mm，loyl3390mm

N63.909103An206.158mm2

f3102选用2∟635，则A1229mm，ix19.4mm，iy29.6mm

对所选角钢进行验算： xl0x2712139.79150（满足要求） ix19.4 yl0yiy3395114.53150（满足要求） 29.6由于xy，只需求x，查表得 x0.345

N63.909103 150.727N/mm2f310N/mm2（满足要求）

xA0.34512295.10竖杆aA、cC、eE、gG

其最大内力为60.3kN，选用长细比较大的竖杆进行设计，则可保证其它竖杆的安全可靠性。

NgG60.3kN,lox0.8l0.828902312mm,loy2890mm。内力较小，按各

杆允许长细比[]150选择角钢，所需回转半径为：

loy2890lox231219.27mm ix15.40mm，iy[]150[]150 选用2L564,则A4.3928.78cm2 ix1.73cm,iy2.67cm

xlox2312133.64[]150（满足要求） ix17.3yloyiy2890108.24[]150 （满足要求） 26.7由于xy，只需求x，查表4.2得minx0.372

N60.3103179.691N/mm2f310N/mm2（满足要求）

xA0.372878根据布置螺栓的要求，端竖杆及中间杆最小应当选用2L635的角钢，采用十字形截面，A1229mm

端竖杆aA: loxloy0.9l0.919901791mm

2xlox179173.1 查表得 x0.749， ix24.5

N30.1510331.879N/mm2f310N/mm2

xA0.7491229中间竖杆Ii: loxloy0.9l0.930402736mm

xlox273618.24mm []150由2L635组成的十字形截面，iox24.5mmix19.14mm（满足要求） 截面如图5-5所示

杆内力计算长度

截面形式及角截面回转半径

长细比

容许

系数

NA 杆 件

上弦 下弦

aB Bc cD

斜 腹 De 杆

eF Fg gH

（kN）

-734.454

709.61 -463.345 350.22 -265.86 168.357 -94.792 43.26 -26.675 63.909 -52.278

l0xmm

1507.5 3000 2530 2090.4 2291.2 2291.2 2499.2 2499.2 2712

l0ymm 3015 6000 2530 2613 2864 2864 3124 3124 3390

钢规格

┘└短肢相并 2└110ⅹ70ⅹ10

┘└短肢相并

2└100ⅹ63ⅹ8 ┘└长肢相并

2└125ⅹ80ⅹ7 ┘└ 2└63ⅹ5 ┘└ 2└50ⅹ5 ┘└ 2└63ⅹ5 ┘└ 2└75ⅹ5 ┘└ 2└56ⅹ5 ┘└ 2└63ⅹ5

积

mm2

ix(mm) 3433

19.6 2517

17.7 2819

40.2 1228 19.4 9606 15.3 9606 15.3 1482 23.3 1083 17.2 1229

19.4

iy(mm)x

54.5 76.91 49.7 169.49

32.5 63

29.6 107.75

24.6 149．75 24.6 149.75 34.5 107.26 26.9 145.3

29.6

139.79 y

长细比 55.32 150 250 77.8 150 88.28 350 150 150 90.55 150 116.1

150 150

(N/mm)min

0.832 257.11 281.95 - 254.42 0.646 - 285.2 - 276.76 - 175.66 0.508 125.90 0.326 122.529

0.345

150.727

120.72 116.42 116.42 114.53

aA

-29.345 ┘└ 2└63ⅹ5

1791

1791

1229 17.2 26.9

min104.13 max66.58

150 0.749 31.879

竖 杆

cC eE gG

-60.03 1832 -60.03 2072 -60.03

2312

2290 ┘└ 2└56ⅹ4 2590 ┘└ 2└56ⅹ4 2890

┘└ 2└56ⅹ4

1083 17.3 1083 17.3 1083

17.3

26.7 133.64 26.7 134.4 26.7

134.4

150 107.4 150 107.4

150

0.372 176.78 0.437 -144.5 0.372

-169.7

108.24

六、节点设计 6.1 下弦节点c

w2用E50焊条时，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值ft200N/mm。

设cB杆的肢背和肢尖焊缝hf6mm和5mm，所需焊缝长度为：

0.7340.87210310152.03mm，取lw180mm 肢背：lw20.762000.3340.872103100mm 1083.044mm，取lw肢尖：lw20.75200 设cD杆的肢背与肢尖的焊缝为6mm和5mm

0.7258.76410310117.818mm，取lw130mm 肢背：lw20.762000.3258.76410380mm 1065.449mm，取lw 肢尖：lw20.75200ac杆的内力很小，焊缝尺存可按构造确定取hf5mm

根据以上取得的焊缝长度，并考虑杆尖之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例作出节点详图6-1-1从而确定节点板尺寸为360mm410mm。

下弦与节点板连接的焊缝长度为410mm,hf5mm，寒风所受的力为左右下弦杆的内力差N571.875262.728309.147kN，受力较大的肢背处焊缝应力为

0.75309.147103f82.805N/mm2200N/mm2 焊缝强度满足要求。

20.75(41010)6.2 上弦节点

Bc杆与节点板的焊缝尺寸和节点c相同，aB杆与节点板的焊缝尺寸按上述方法计算。

NaB450.974kN

0.65450.97410310114.690mm，实际取lw130mm 肢背：hf10mm,lw20.7102000.65450.97410310114.690mm，实际取lw130mm 肢尖：hf10mm,lw20.710200为了便于搁置屋面板，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背8mm，上弦角钢与节点板间用槽焊连接，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，认为集中力P与上弦垂直。

P63.909kN,hft105mm 22根据斜杆焊缝长度确定节点板尺寸，置得节点板长度440mm（见图6-2-1），焊缝计算长度

lw44010430mm，则肢背焊缝应力为：

P63.909103f21.232N/mm2fftw1.22200244N/mm2

2helw20.75430肢尖焊缝承受弦杆内力差NNBCNBA483.532kN， 偏心距 e9018.4871.52mm

偏心力矩 MNe483.53210371.523.46107Nmm

N483.532103采用hf8mm，则 f100.401N/mm2

2helw20.784306M63.461072 f 100.25N/mm222helW20.78430(f/f)2f2 (100.25/1.22)2100.4012 129.741N/mm2200N/mm2

6.3 屋脊节点H

设焊缝高度hf8mm，则所需焊缝计算长度为：

714.844103lw10169.563mm,取lw200mm

40.78200 拼接角钢长度取600mm2260520mm

上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15％计算。设肢尖焊缝

hf8mm 节点板长度 430mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 ：

lw430510200mm 2Nl0.15714.84410347.869N/mm2 焊缝应力为：20.78200 Ml0.15714.84410371.526102.708N/mm2 220.78200(lN)2(lM/f)2 47.7692(102.708/1.22)2 96.795N/mm2200N/mm2

焊缝强度满足要求。

6.4 下弦跨中节点设计

跨中起拱50mm，下弦接头设于跨中节点处，连接角钢取与下弦相同截面

2L1409010,焊缝高度hf8mm

690.66410310164.17mm,则取 lw=180mm 焊缝长度lw40.78200 连接角钢长度l218010370mm，则取l380mm。 肢尖切去thf5108523mm,截面消弱 A2310230mm2

A23010.3%15%(满足要求) A22266.5支座节点

为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋。加劲肋取4608010mm，节点板取46038012mm的钢板。

6.5.1 支座底板的计算

支座反力R8P469.52kN

按构造要求采用底板面积为ab280340mm2如仅考虑加劲肋部分底板承受支座反力 R ，则承压面积为:A280(28012)48160mm

验算拄顶砼的抗压强度：

2R469.52103 9.749N/mm214.3N/mm2（满足要求）

An48160底板的厚度按屋架反力作用下的弯距计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块板为两相邻边支撑，而另两相邻边自由的板，每块板单位宽度的最大弯距位：Ma2

式中：--底板下的平均应力，9.749N/mm ;

22a2--两支承边之间的对角线长度，a2(140102)802156.92mm 2--系数，由

b280140 决定。 b271.37 a2156.92b271.730.43 , 查得 0.0452 a2156.9222 故Ma20.04529.749156.9210850.634Nmm

底板厚度t6M610850.63417.401mm ,取t20mm f2156.5.2 加劲肋与节点板的连接焊缝计算

加劲肋高度取与支座节点板相同，厚度取值与中间节点板相同，一个加劲肋的连接

R469.52103117.38103N 焊缝所承受的内力为四分之一的支座反力：44MVe117.38103505.869106Nmm

设焊缝 hf6mm ,焊缝计算长度 lw4601015435mm，则焊缝应力为：

V117.38103 f32.124N/mm2

2helw20.764356M65.869106 f22.154N/mm2 222helw20.76435 (f222.1542)f2()32.124236.901N/mm2160N/mm2 f1.226.5.3 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝。

设焊缝传递全部支座反力R469.52kN,其中每块加劲肋各传：R117.38kN.

节点板与底板的连接焊缝长度

14lw2(30010)580mm，所需焊角尺寸为：

R/2234.76103hf2.962mm ，取hf6mm

0.7lwffwf0.75801601.22每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：

lw(1001510)2150mm

R/4117.38103所需焊缝尺寸为：hf5.727mm ， w0.7lwfff0.71501601.22取hf8mm ，其它节点设计方法与上述方法类似，具体尺寸详见施工图。