60米方钢屋架计算书

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1、第一篇 钢结构构件设计计算第一章 钢结构屋盖系统18跨度L=60m方钢管双坡钢屋架一、设计资料1工程概述某工程厂房，平面尺寸为60m x 41.2m,屋架下弦中心标高12.70m,厂房屋盖为方钢管双坡平面钢桁架。屋面材料为压型钢板、玻璃丝棉保温层，屋面檩条为冷弯薄壁型钢。结构 平面尺寸如图 18.1 所示。vGiVC1TGIpiPiOCIrtl13TGICITCISH旳WK吃JKM申TMvjiZ i S 蛊 i/-2图 18.1 屋架及上弦支撑布置图2设计基本条件1）建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为50 年；2）抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g,设计地震分组为第二组

2、； 建筑抗震设防类别丙类；3）建筑场地土类别 III 类。二、荷载及荷载效应组合1荷载标准值1）永久荷载（屋面恒荷载）标准值（不包括钢屋架自重） 屋面彩色压型钢板：0.2 kN/m2 玻璃丝棉保温层： 0.1 kN/m2支托及檩条：0.2 kN/m2合计：0.5 kN/m22）可变荷载标准值 屋面活荷载：0.5 kN/m2 （水平投影）； 基本雪压：0.2 kN/m2（水平投影），屋面积雪分布系数卩二1.0e 基本风压：0.55kN/m2 （地面粗糙度类别为B类）2.荷载效应组合 见建筑结构荷载规范GB50009-2001第3.2.3条1）1.2永久荷载1.4活荷载（或者雪荷载）2）1.35永

3、久荷载+0.7X1.4活荷载3）1.2永久荷载1.4半跨雪荷载4）1.0永久荷载+1.4风荷载 在风的吸力作用下，恒荷载对结构有利，故恒荷载分项系数取1.0抗震设防烈度为7度，按建筑抗震设计规范GB500112001第5.3.2条，可不进行 抗震验算。三、桁架设计1.材料选用按钢结构设计规范 GB500172003 第10.1.2、10.1.3条；钢材采用Q235B钢，屈强比0.8；桁架杆件采用方钢管，钢管的宽厚比满足：b/t 40x .：235/fy ；2.桁架形式及几何尺寸按钢结构设计规范 GB500172003 第10.2.1条；高跨比：4961/60000宀1 /12 （满足经验要求1

4、 / 151 / 10）；腹杆间最小夹角31三30,见钢结构设计规范GB50017 2003第10.2.1条;节间中心长度： 3000mm3节点荷载计算1） 上弦节间长度为3004,近似按3000考虑。上弦单个节点永久荷载标准值：P = 0.5 x 3 x 6 = 9 kN 1永久荷载作用如图18.2所示：图 18.2 屋面永久荷载示意图2）上弦单个节点屋面活荷载标准值：P = 0.5x3x6 = 9kN2屋面活载作用如图18.3所示：图 18.3 屋面活载示意图3）屋面雪荷载：由于基本雪压为0.2 kN/m2屋面活荷载二0.5 kN/m2,雪载和屋面 活载不同时组合,故仅考虑屋面活载的作用。

5、4）屋面风荷载标准值：风载体形系数：背风面卩=-0.6s迎风面卩=0.6s风压高度变化系数：h = 16 m, B类地区，卩=1.16 ,z本算例风振系数取：0 = 1。zw = 0卩卩wk z s z 0背风面w = 1.0x（-0.6）xl.16x0.55 = -0.38kN/m2 （风吸力）1单个节点F =0.38 x 3.0 x 6.0 = 6.84 kN（垂直表面向上）1迎风面 w = 1.0x（0.6）xl.16x0.55 = 0.38 kN/m2 （风吸力）2单个节点 F =0.38x3.0x6.0 = 6.84kN （垂直表面向上）2见图 18.4。图 18.4 屋面风载示意图

6、4. 桁架内力计算桁架内力采用 SAP2000 程序计算，计算模型中节点按铰接，组合后最不利杆件内力见 图 18.5。杆件长度（mm）杆件内力（kN）图 18.5 杆件几何长度及内力图5. 截面选择及验算 截面选择及截面性质（按焊接钢管计算）： 上弦杆 口 200 X 8A=6144mm2,I =I =I=3.78x107mm4xyi = 78.5 mm下弦杆 口 150X8A=4544mm2,I =I =I=1.53x107mm4=58.1xymm腹杆 1 口 140X6A=3216mm2,I =I =I=9.64x106mm4xyi= 54.8mm腹杆2 （支座附近）口 150X8 （同下

7、弦杆）截面验算：杆件计算长度按钢结构设计规范GB50017 2003表5.3.1。设计中控制参数：钢材强度设计值，f = 215V/mm2,本结构跨度L=60m,拉杆容许长细比九30（0压 杆容许长细比一般腹杆入150 ,受压弦杆和端腹杆入100，见钢结构设计规 范GB50017-2003 表 5.3.8 和 5.3.9 的注。1）上弦杆：N=-888kN（压力），l = 3000 mm,0x九=/ /i = 6000/78.5 = 76.4y 0 yN888 x103=203.3N/mm2 f = 215N/mm2申 A 0.711x 61442）下弦杆：N =-888kN N = 886.

8、7 kN （拉力）,maxl = 6000 mm 0yb类截面，查表得申=0.711b = N = 886.7 x13 = 195.1N/mm2 f = 215N/mm2A 4544长细比验算：九=y=1200%8 1 = 206.5 3003）腹杆 1： N =-294kN（压力）,N= 240.3kN（拉力）,min压杆： l = 0.8l 0 x 0b 类截面，查表得max=3849mm, l = l = 4811mm,九=l / i = 87.8,0y0 y 0 y申=0.64N = 294 x103 申 A 0.64 x 32164）腹杆 2： N = 345.2kN（拉力）max=

9、142.8N/mm2 f = 215N/mm2N 345.2 x103b = 76N/mm2 f = 215N/mm2A 45446. 节点承载力及焊缝验算1） T形节点（图18.6）见钢结构设计规范GB50017 2003表10.3.4b = h = 140, t = 6,1 1 1b = h = 200, t = 8,h1=；40=07025bit1二140 二 23.3 356满足0.5 图 18.6 T 形节点140 二 1,140=h = 140, t = 6; b = h = 140, t = 6;1 1 2 2 2bh20025 0.25b200h1b1当0 0.1 + 二 0.

10、35 bb200t芬2=0.70, 0.35bb1 二 Ttt12140 = 23.3 356hh 1401 = 2 = = 1,bb14012a _ 45 b _ 200_ 0.225,h满足0.5 hi 2 bi1B _ 0.30;图 18.7 有间隙的 K 形节点满足0.5 (1 -卩)=0.15 - t1+ t2=122t2 x 8由于卩_ 0.70 1 _ 1 _ 0.98，故K形节点承载力由以下四项中最小者控制；b +b +h +h bNpj _ 1.42t 2+2( )0.512f屮1 b sin 0tniNpj _Vv,其中A是弦杆受剪面积;2 sin0vi(GB50017 2

11、003公式 10.3.4 6)(GB50017 2003公式1034 7)3t 23t 2 + 4a 2b +b亍)tf.；i i 2 ii 其中b _%厂#-byi ih b + b tfNpj _ 2.0( i + i仔)v ;4sin 02 sin 0ii其中if b 294 kNi第 2 支管节点承载力计算从略。焊缝验算l =i + 2b =+2 x 140 = 651mm，取 h = 6 mmw sin 0i sin 49。fi0.7h l f w = 0.7 x 6 x 651x160 x103 = 437.5kN N pjf w ti3)支座附近Y形节点(图18.8),见钢结构设

12、计规范GB50017-2003表10.3.4b = h = 140, t = 6; 1 1 1 b=h=200;t =8;b 1501 = 0.75 0.25b 200h 1501 = 0.75 0.25b 200T =150 = 18.75 35t 81h150hI = 1,满足0.5 2;b150bIIb 200h 200-=25; = 25 35t 8t8卩=T =樂=0.75b 200支管在节点处承载力设计值Nipj计算如下（GB50017-2003公式10.3.41）：h t 2 fNp 二 1.8(丁 + 2)屮；ibe sin U c sm U nii其中 e = (1一8.5,

13、屮二 1 -n P /由于主管受压，屮=1-甞冷=0.943n P fe = (1 - P )0-5 = (1 - 0.75 )0-5 = 0.5ht 2 fNp 二 1.8(=+ 2)屮ibesinUesinU nii二 1.8( 竺 + 2) 82 % 215 x 0.943 X10-3 二 231.4kN 345.2kN200x0.5sin52。0.5sin52。焊缝验算l =i = 381mm，取 h = 14mmw sinUsin52。fi0.7h l fw =0.7x14x381x160x10-3 = 597.4kN N pjf w ti4) 4)搭接的K形节点(图18.9),见钢

14、结构设计规范GB50017-2003表10.3.4图 18.9 搭接的 K 形节点U = 54。， U = 51。 ;12b =b = b =140;123h = h = h = 140;123t =t =t = 6;123140 = 0.93 0.25150出=0.93 0.25150b=h=150,t=8;= 33b 140十=t 6搭接率：0 = 35.1%；v1 174满足：25% O 100%，见钢结构设计规范GB50017 2003表10.2.3v当25% O 50%时，支管1节点承载力计算公式如下（GB500172003公式10.3.4vtf；ii 14）：Np = 2.01N

15、sinO +N sinO *221133=195.4sin54o+27sin90o=185.1kN（ * 见参考文献 1）5）主管外伸的KN形节点（图18.10）见钢结构设计规范GB500172003表10.3.4bb十二Tb b140 二 0.93 0.25150hh 140_ G bb150二 0.93 0.25bb二 T tt121406=33hhh1 = 2 = 1;满足0.5 r 2;bbb12i图 18.10 KN 形节点h =空=18.75 40; t8O =型=55.6%;满足25% O 0.75; tbb2 2 j支管在节点处承载力设计值*计算如下（GB50017 2003公

16、式10.3.415）：b + bNpj = 2.0 h 2t +e/.1i i2Npj 二 2.01140 2 x 6 +tf;ii其中bej =%jJbj j i yi70 +1002x6x215x103549.5kN 294kN被搭接支管的承载力不应大于搭接支管的承载力：见GB5001172003公式10.3.4-17AfNpj 27kNj i A fi yi四 、点评1本工程无悬挂吊车,采用方钢管截面的平面桁架,节点直接焊接,美观经济。虽然 国内外也有矩形管用于空间桁架体系,但是一般来说矩形管更适用于平面桁架结构；2. 示例中杆件的计算长度，系按钢结构设计规范GB5001172003中表5.3.1条的规定确定,这是偏于安全的。有关杆件的计算长度也可参考文献1；3. 管结构节点类型较多，本示例中仅对应规范中相关内容，采用节点处直接焊接的钢 管结构。事实上，实际设计中在建筑师允许的条件下可以采用局部节点加固办法来提高节点 承载力，减小杆件截面，有关加固方法及计算公式可参考文献1；4. KN 型节点的计算规范中没有对应公式，但在实际工程中却经常出现，示例中的计算系参考文献1；5. 本工程中桁架应起拱，起拱值可根据钢结构设计规范 GB500172003 第 3.5.3条确定。