钢结构桁架设计计算书

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1、renchunmin一、设计计算资料1. 办公室平面尺寸为18mX 66m，柱距8m,跨度为32m,柱网采用封闭结合。火灾危险 性：戊类，火灾等级：二级，设计使用年限：50 年。2. 屋面采用长尺复合屋面板，板厚50mm,檩距不大于1800mm。檩条采用冷弯薄壁卷边 槽钢 C200X70X20X2.5,屋面坡度 i = l/201/8。3. 钢屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，柱顶标高9.800m,柱上端设有钢筋混凝土连系梁。 上柱截面为600mm X 600mm,所用混凝土强度等级为C30,轴心抗压强度设计值f = 14.3N/mm2。c抗风柱的柱距为6m,上端与屋架上弦用板铰连接。4. 钢材用Q

2、235-B，焊条用E43系列型。5. 屋架采用平坡梯形屋架,无天窗,外形尺寸如下图所示。0：N - t/20 AA15014850150006. 该办公楼建于苏州大生公司所0.50 kN/m20.40 kN/m20.45 kN/m20.15 kN/m2查型钢表0.12+0. 01l kN/m2属区内。7. 屋盖荷载标准值：(1) 屋面活荷载(2) 基本雪压 s0(3) 基本风压 w0(4) 复合屋面板自重(5) 檩条自重(6) 屋架及支撑自重8. 运输单元最大尺寸长度为9m,高度为0.55m。二、屋架几何尺寸的确定1. 屋架杆件几何长度屋架的计算跨度10 = L - 300 = 18000-

3、300 = 17700mm，端部高度取H = 1500mm rmn跨中高度为H = H0 + L = 1500 += 1942.5mm,取H = 1943mm。跨中起拱高度22 x 20为60mm (L/500)。梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。253402502.5025V025VIV0061O53.爲300OQ4/125050X翠，1 d.00O/ 33 一茫 2 - COT-C02k. 50_- - 1 -02,15O0QAZ x-亠 J O15A51501485015000图1 梯形屋架形式和几何尺寸虚线为起拱后轮廓）2. 檩条、拉条、及撑杆：长尺复合屋面板可以不考虑搭接需要，檩条

4、最大允许间距为1800mm。另外, 屋架上弦节点处一般应设檩条。所以，将檩条设置在各上弦结点上，檩距为1502mm，檩条跨度在4 6m时,至少在跨中布置一道拉条，跨度大于6m时，宜布置两道。此檩条跨度为9m,可 在3分点处分别布置一道拉条，布置如下图：拉三、屋盖支撑布置1、设置支撑的必要性及图示必要性：平面屋架在其本身平面内，由于弦杆与腹杆构成了三角形几何不变 铰接体系而具有较大刚度，但在垂直于屋架平面内，不设支撑体系却不能保持其 几何不变，当在屋架端部两屋架间未设置垂直支撑时，虽然有檩条和系杆的连系， 屋架相互间仍是几何可变的，在侧向为作用下屋架会倾斜。各支撑作用：1）横向支撑 上弦平面横向

5、支撑能保证上弦杆的侧向稳定性，当山墙柱的上 端支撑于屋架上下弦某些节点上时，横向支撑可传递山墙上的纵向水平荷载。2）纵向支撑 与横向支撑一起形成水平刚性盘，增加房屋整体刚度，在车 间设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷载较大 的框架所受水平荷载和产生的水平变形，有托梁时，可保证托梁的侧向稳定。3）垂直支撑 保持屋架侧向的几何特性和稳定性，下弦无横向支撑时，作 为下弦系杆的节点，传递山墙所受纵向风荷载等至屋架柱，保证吊装屋架时的稳 定和安全。垂直支撑1-1垂直支撑2-2其中SC为上弦支撑、XC为下弦支撑、CC为垂直支撑、GG为刚性系杆、LG为 柔性系杆、 GWJ 为屋架

6、。、荷载计算1、永久荷载（水平投影面）压型钢板0.15容二小。kN/打檩条（0.5kN/m）查表得到Z250 X 70X20X2.5的檩条每米长质量为8.380 kg/m8.8380 x 9.81.5x1000=0.058kN/m：屋架及支撑自重0.12+0.01L=0.42kN/m：合计0.628kN/2、可变荷载（水平投影面）屋面荷载和雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活 荷载0.5 kN/m2进行计算。3、风荷载风压高度变化系数为1.025，屋面迎风面的体型系数为-0.6，背风面为-0.5，所以负风 压标准值（垂直于屋面）为： w迎风面：W1 = 1. x

7、0.6 x 1.025 x 0.45 = 0.27675 kN/m 背风面：2 = 1.0 x 0.5 x 1.025 x 0.45 = 0.230625 kN/m对轻型钢屋架，当风荷载较大时，风吸力可能大于屋面永久荷载，此时屋架弦杆和腹杆 中的内力均可能变号，必须考虑风荷载组合。但此处风荷载小于永久荷载，故不考虑风荷载 的影响。五、屋架杆件内力计算与组合由永久荷载控制的荷载组合值为：1.35 x 0.628 + 0.7 x 1.4 x 0.50 = 1.3378 kN/m 由可变荷载控制的荷载组合值为：1.2 x 0.628 +1.4 x 0.50 = 1.4536 kN/m 故可变荷载效应

8、起控制作用。每个节点的负载面积为9 x 1.5 = 13.5 m 压型钢板0.150X13.5=2.025kN 檩条（0.5kN/m）0.058 X13.5=0.783kN 屋架及支撑自重0.42X13.5=5.67kN 活荷载取为0.5X 13.5=6.75kN1、荷载组合 考虑以下三种荷载组合（1 ）全跨永久荷载+全跨可变荷载（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载（3）全跨屋架、支撑及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷载 组合一:全跨永久荷载+全跨可变荷载：中间节点荷载：p=1.2x （+）+1.4 x=19.62 kN中P端部节点荷载：P =才=9.81 kN端2内力组合1组合二:全跨永久

9、荷载+半跨可变荷载：（假设半跨可变荷载在左边半跨）左中结点荷载P =1.2x （+）+1.4x二19.62 kN左中P左端结点荷载P =中=9.81kN左端 2右中结点荷载p右中=.2x （+）二1017 kNP右端结点荷载p右端=电中=5.09 kN正中结点荷载 P =正中19.62+10.172=14.90 kN19.62 19.62 19.62 19.62 19.62 10.17 10.17 10.17 10.17 10.1719 6219 6219.6214.9010.1710 17、9内力组合2组合三:全跨屋架及支撑自重+半跨屋面结构材料+半跨施工荷载（假设半跨屋面结构材料+半跨施工

10、荷载在左半跨）左中结点荷载P =1.2x （+）+1.4x二19.62 kN左中P左端结点荷载P =-中=9.81kN左端 2右中结点荷载p右中=1.2x二68。kNP右端结点荷载p右端=寸=3.40 kN正中结点荷载 P =正中19.62+6.802=13.21 kN19.62 19.62 19.62 19.62 19.62 6.80 6.80 6.80 6.80 6.80( 19621962 BN 6806806 806 8040内力组合32、由结构力学求解器求得各杆内力组合一 (kN)N k 一一 合 组值、厂 XJ 设kN 力 内下弦杆aaoOOOOOd bh fJ h力481.766

11、上弦杆AB8660.547g33-0788660.BB8660.547g33-0788660.CD08-73630DE0873630EE099344-FG099344-H G3 a35H3 a35J655JK655竖杆Aa297972.2524464.762929BB65-752-3 a752-力752-Dd26-262-7 a262-8262-26-262-7 a262-8262-Hh-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Jj-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Kk000000Ab239.89209.76154.48199.011

12、24.02239.89Cb-214.95-184.62-141.76-173.8-115.65-214.95Cd170.79143.1116.21133.2296.75170.79Ed-138.86-112.2-98.64-102.69-84.29-138.86Ef103.1578.6477.9969.8969.01103.86Gf-75.17-51.41-62.72-42.94-58.28-75.17Gh45.7123.7245.6915.8845.6845.71Ih-20.381.03-31.988.67-36.128.67 -36.12Ij-4.33-24.2717.69-31.3825

13、.5425.54-31.38Kj27.8447.33-5.0654.28-16.7954.28-16.79斜斜将上表中每根杆件的内力最大值选出，即得到最不利内力组合，如下图：A B C D E F G H I J K-160.68：2.691-160.68 - tE/ 厂?吗-305.419 -乂-421.08 -421.087 6 移过一 沖509.65E f-650.52 -650.52-576.56 .-576.56-TW/9+621.7* 科/-659.88 -65988661.5皐5杆件最不利布置组合六屋架节点板厚度，杆件截面选择和填板设置。1.屋架节点板厚度确定一个桁架的所有节点板

14、厚宜相等（支座节点板比其他节点板厚2mm）,根据受 力最大杆件来确定,所有腹杆中，Ab杆的内力最大，为181kN239.89KNV300KN, 查表得：屋架中间节点板厚度取8mm,支座节点板厚度取10mm。2. 杆件截面选择上弦杆上弦杆J和JK所受轴力最大，为受压杆，内力设计值为N = -659.88kN。规范规定弦杠在桁架平面内的计算长度均取l二l故上弦杠l二150.2cmox ox平面外侧向支承点的间距为节间长度的3倍，故l二31 = 450.6cm0y上弦截面选用两不等肢角钢短肢相并，设九二70 , p = 0.751, f = 215N mm2,有：l150.2i ox x久 70 2

15、.15cm1450.6i -oy 6.4 4cmyX70659.88 x 1030.751 x 215 x 102 40.87 cm 2且节点板厚为8mm,试选截面2Z140x90x10，短肢相并其截面几何特性: i 2.56cm , i 6.69cm , A 44.522cm2， xy截面验算：九-ox 58.67 九=150,九-y 67.35九=150x i 2.56y i 6.69xy对短肢相并不等边双角钢：b ” 1408 15.625 0.561 :b 0.56 x 4506 140 18.0241oy 1故可近似取九-九67.35yzy取 max ,九-九67.35，查表得 p

16、0.764x yzyzN659.88x103Q p-A 0.764 x 44.522 x 102194.00 N mm2 f 215N / mm2所选截面满足。下弦杆下弦杆hj轴力最大，为受拉杆，内力设计值为N - 661.58kN下弦杆计算长度：1 300cm , 1 1485cmoxoy661.58 x103215 x 102 30.77cm2节点板厚度为8mm,试取截面2Z125 x 80x 8，短肢相并其截面几何特性: i 2.28cmxi 6.00 cm yA31.978cm2截面验算：九- 。131.58 九=350 , Xx i 2.28 x7 -需-247.5 心0N _ 66

17、1.58 x 103J _ 31.978 x 102_ 206.89 N. mm2 f _ 215 N mm2所选截面满足。受压腹杆腹杆中受压力最大者，即Cb杆内力设计值为N _ -214.95kN由于为单系斜杆，故其计算长度：l _ 0.8l _ 0.8x 222.3 _ 177.84cm oxl _l _ 222.3cmoy上弦截面选用两不等肢角钢长肢相并，设X _ 100 ,(P _0.555 , f _ 215N. mm2 ,有：l177.84i -ox x X 100_ 1.78cml222.3-oy X100_ 2.22cm_ 18.01cm 2214.95 x1030.555 x

18、 215 x 102且节点板厚为8mm,试选截面2Z75 x50x 8，长肢相并其截面几何特性: i _ 2.35cm , i _ 2.19cm , A _18.934cm2， xy截面验算：X lor 75.68 九=150x i 2.35xX Ly 2223 101.51 九=150y i 2.19y对长肢相并不等边双角钢：b it 50.8 6.25 0.481b 0.48 x 2223/50 21.342oy 2故取 X _ Xyz y1.09b412 1220y=101.51x 1 +丿V1.09 x 50422232 x 82=103.70丿取maxk ,X _X 103.70，查

19、表得申0.542x yzyzN214.95x103b _9-A 0.542 x 18.934 x102209.46 Ni mm2 f 215 N； mm2所选截面满足。受拉腹杆腹杆中受拉力最大者，即Ab杆，其内力设计值为N - 239.89kN,l = 201.8cm oy计算长度：l 二 0.8 x 201.8 二 161.44cmox239.89 x 103215 x 102=11.16cm 2节点板厚度为8mm,试取截面2Z50x 6，其截面几何特性:i = 1.52cm , i - 2.40cm , A = 11.376cm2 xy截面验算：九=lox = 106.21 九=350x

20、i 1.52x九=Ly = 2018 = 84.08 l=350 y i 2.40N = 239.89 x103刁=11.376 x 102y=210.87 NJ mm2 = 276.18mm ，= 92.06 mm ，肢背：lw1肢尖：lw2肢尖： lw2肢背： l w1= 67.25mm ，= 70mmw1实际取l = 50mmw2实际取l = 280 mmw1实际取l = 100 mmw2(2) 下弦杆两端所需焊缝长度端部N = 0 , AB为零杆，只需要根据构造要求设计焊缝长度。l = 50mmwN 二 643.58kN （JK 杆）0.75N0.75 x 643.58 x103肢冃：

21、l =269.36mm,实际取l = 270mmwi肢尖： lw20.25N2 x 0.7h - f w0.25 x 643.58 x1032 x 0.7 x 8 x160= 89.79mm，实际取l = 90mmw2wi 2 x 0.7h - f w2 x 0.7 x 8 x160其余杆件焊脚尺寸及焊缝长度见表2. 支座节点设计1）支座节点的锚栓用以固定，不需计算，按构造要求取两个d = 24mm的锚栓2）支座反力R = 196.2kNR i96.2 xi03底板净面积A = 13720mm2n f 14.3c取底板面积280 x 280mm2，如仅考虑有加劲肋部分承受压力则承压面积为 28

22、0 x 280 - S x 102 + 30x 20 x 2） = 76886mm2R 1卅=255 g 6M.6 x 577312.7mm215故取最小厚度t = 20 mm3） 加劲肋与节点板的连接焊缝R b 196.2140V = =-= 49.05kN2 a + b 2140 +140b140M = V = 49.05 xx10-3 = 3.43kN m2 2h = 8mmf49.05 xl03t = 11.87 Nmm2f 2 x 0.7h (h - 2h -15) 2 x 0.7 x 8 x (400 - 2 x 8 -15)6M6x3.43xl06b = 13.49 N - mm

23、2f 2 x 0.7h (h - 2h -15)22 x 0.7 x 8 x (400 - 2 x 8 -15)20 二 1.22()2 +t 2 = (BA. * 11.872 = 16.22 N mm2 2 二2二 1.57mm,取 h = 8mmf 0.7-1 -fw 0.7x1.22x456x160ff w f加劲肋与底板连接焊缝：l = 95 一 2 x 8 一 15 = 64mmw196.2 x二 56.09N/mm2 fw 二 160N mm2 0.7x2-1 -h0.7x2x 1.22x64x8ff w f前述Aa杆焊缝肢背l 二 90 mm， 肢尖l =50mmwwab杆焊缝

24、肢背l =50mm , 肢尖l =50mmww3.屋脊节点设计屋脊拼接角钢与受压弦杆的连接可按弦杆中的实际压力 N 进行计算，每边共有条焊缝平均承受此力，则lw 吋=册需=呻如，取=190 mm拼接角钢总长度ls二2(lw + 2hf ) +弦杆杆端空隙=412mm因角钢在弦杆端部不切断，弯折，取l 二 420mms上弦杆与节点板之间的塞焊，假定承受节点荷载，可不必验算。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 二 8mm，lw 二 19 -15 -16 二 159mm=55.6 N mm20.15 N0.15 x 659.88 xl3T w =/2 x 0.7 -

25、 h -12 x 0.7 x 8 x 159fw=146.80 N mm26M0.15x659.88x70x6x103Q w =/2 x 0.7h -1 22 x 0.7 x 8 x1592fw卩 f = L22代入：(f )2 +T 2P fF(146180)2 *55.62 = 132.6N/mm2 f w = 160 N； mm2满足要求。4. 其余节点设计跨中jk焊缝长度l =w4x0.7xh x f wwf661.58x103=184.6mm4 x 0.7 x 8 x160取 l = 190 mmwKk杆的焊缝长度l = 50mmwA - fl = 2(-9-f+ 2 - h ) +

26、 (1020)s 4 x 0.7 - h fwfff11.376x102x215=2(+ 2 x 8) + (10 20) = 250mm4 x 0.7 x 8 x160七、说明(1) 由于受运输、吊装等条件的限制，有时构件需分段出厂，为保证安装的 顺利进行，应根据构件或结构的复杂程度和设计要求，出厂前进行预安装。(2) 运输过程中，应根据实际运输设备将屋架进行分割，运输时应注意杆件 的摆放，尽量避免屋架的碰撞、挤压，使其变形。(3) 凡需用C级螺栓与支撑杆件相连的屋架杆件角钢的边长，应注意其采用 的螺栓最大直径。(4) 为减少拼接，屋架弦杆的截面应根据受力最大的节间杆选用。(5) 当采用 T 形截面时，尽可能的使两个方向的长细比相近，以获得经济截 面。(6) 整榀屋架所用的角钢规格不宜超过 5 到6 种。(7) 吊装过程中选取合理的绑扎点进行起吊，屋架绑扎时，吊索与水平面的 夹角不宜小于45 度，跨度大于 18 米时，采用三点绑扎或四点绑扎，以防止桁架 弦杆在受力平面外破坏。