钢结构桁架设计计算书

renchunmin一、设计计算资料1. 办公室平面尺寸为18m66m，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C20070202.5，屋面坡度i=l/20l/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600mm600mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc14.3N/mm2。抗风柱的柱距为6m，上端与屋架上弦用板铰连接。4. 钢材用 Q235-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。 6. 该办公楼建于苏州大生公司所属区内。7. 屋盖荷载标准值：(l) 屋面活荷载0.50 kN/m2 (2) 基本雪压 s0 0.40 kN/m2 (3) 基本风压 w0 0.45 kN/m2 (4) 复合屋面板自重 0.15 kN/m2 (5) 檩条自重 查型钢表 (6) 屋架及支撑自重0.12+0. 01l kN/m2 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，端部高度取跨中高度为。跨中起拱高度为60mm（L/500）。梯形钢屋架形式和几何尺寸如图1所示。 （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，檩条跨度在时，至少在跨中布置一道拉条，跨度大于时，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：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。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。四、荷载计算1、永久荷载（水平投影面）压型钢板 kN/檩条（0.5kN/m） 查表得到Z25070202.5的檩条每米长质量为8.380 kg/m kN/屋架及支撑自重 0.12+0.01L=0.42kN/ 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/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：迎风面：kN/背风面：kN/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：kN/由可变荷载控制的荷载组合值为：kN/故可变荷载效应起控制作用。每个节点的负载面积为 压型钢板 0.15013.5=2.025kN檩条（0.5kN/m） 0.05813.5=0.783kN屋架及支撑自重 0.4213.5=5.67kN活荷载取为 0.513.5=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： kN 端部节点荷载： kN组合二:全跨永久荷载+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kN左端结点荷载kN右中结点荷载kN右端结点荷载kN正中结点荷载kN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+半跨施工荷载在左半跨）左中结点荷载kN左端结点荷载kN右中结点荷载kN右端结点荷载kN正中结点荷载kN2、由结构力学求解器求得各杆内力杆件组合一（kN）组合二（kN）组合三(kN)内力设计值（kN）在左在右在左在右下弦杆ab000000bd305.41264.8198.92250.32160.94305.41df509.65433.28340.56406.03280.26509.65fh621.77515.15428.93477.12360.15621.77hj661.58529.05475.48481.77409.1661.58jk643.58488.6488.6433.32433.32643.58上弦杆AB-160.68-140.5-103.47-133.3-83.07-160.68BC-160.68-140.5-103.47-133.3-83.07-160.68CD-421.08-361.73-277.62-340.56-226.45-421.08DE-421.08-361.73-277.62-340.56-226.45-421.08EF-576.56-484.34-391.09-451.44-324.94-576.56FG-576.56-484.34-391.09-451.44-324.94-576.56GH-650.52-530.31-457.43-487.43-388.55-650.52HI-650.52-530.31-457.43-487.43-388.55-650.52IJ-659.88-515.56-486.4-464.07-424.51-659.88JK-659.88-515.56-486.4-464.07-424.51-659.88竖杆Aa-196.2-172.79-125.12-164.44-99.76-196.2Bb-19.56-19.57-10.13-19.57-6.77-19.57Dd-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Ff-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Hh-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Jj-19.62-19.62-10.17-19.62-6.8-19.62Kk000000斜杆Ab239.89209.76154.48199.01124.02239.89Cb-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-4.33-24.2717.69-31.3825.5425.54 -31.38Kj27.8447.33-5.0654.28-16.7954.28 -16.79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：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， 杆的内力最大，为181kN239.89KN300KN，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IJ和JK所受轴力最大，为受压杆，内力设计值为。规范规定弦杠在桁架平面内的计算长度均取 故上弦杠平面外侧向支承点的间距为节间长度的3倍，故上弦截面选用两不等肢角钢短肢相并，设， ，有： 且节点板厚为8mm,试选截面， 短肢相并其截面几何特性: , , ，截面验算：,对短肢相并不等边双角钢： 故可近似取取，查表得所选截面满足。下弦杆下弦杆轴力最大，为受拉杆，内力设计值为下弦杆计算长度： , 节点板厚度为8mm,试取截面，短肢相并其截面几何特性: , , 截面验算：,所选截面满足。受压腹杆腹杆中受压力最大者，即杆内力设计值为由于为单系斜杆，故其计算长度： 上弦截面选用两不等肢角钢长肢相并，设， ，有： ， 且节点板厚为8mm,试选截面， 长肢相并其截面几何特性: , , ，截面验算：对长肢相并不等边双角钢：故取取，查表得 所选截面满足。受拉腹杆腹杆中受拉力最大者，即杆，其内力设计值为计算长度： ， 节点板厚度为8mm,试取截面，其截面几何特性: , , 截面验算： 所选截面满足。其余杆件截面选择见表杆 件计算内力(N)几何长度(mm)计算长度(mm)截面规格截面面积(cm2)回转半径(mm)长细比容许长细比稳定系数验算强度N/An 或整体稳定N/(min A)填板数量焊缝(mm)名称编号l0xl0yAixiyxy(yz)minhfl1l2上弦杆AB-6601502150245062 140901044.52.566.6958.6767.351500.77193.24187050BC187050CD1818060DE1818060EF1825090FG1825090GH18280100HI18280100IJ18280100JK18280100下弦杆ab66230003000148502 125808322.286131.58247.5350206.89185050bd1813050df1822080fh1827090hj18280100jk1827090受压腹杆Aa-1961500150015002 7550818.92.352.1963.8368.491500.76136.35289050Bb-19.61568125415682 563647.181.791.6170.0697.391500.5747.73345050Cb-2152223177822232 7550818.92.352.1975.66101.511500.55207.92389050Dd-19.61718137417182 563647.181.791.6176.76106.711500.5153.27345050Ed-1392336186923362 7550818.92.352.1979.53106.671500.51142.68386050Ff-19.61868149418682 563647.181.791.6183.46116.021500.4659.66345050Gf-75.22454196324542 704549.092.261.9286.86127.811500.4207.69447050Hh-19.62018161420182 563647.181.791.6190.17125.341500.4166.81445050Ih-36.12573205825732 704549.092.261.9291.06134.011500.37107.35445050Ij-31.42573205825732 704549.092.261.9291.06134.011500.3793.26445050Kj-16.82697215826972 704549.092.261.9295.49140.471500.3453.83445050Kk02243179422432 563647.181.791.61100.22139.321500.350.00445050受拉腹杆Ab2402018161420182 50611.41.522.4106.1884.08350210.872614050Cd1712225178022252 50611.41.522.4117.1192.71350150.132610050Ef1042335186823352 4546.971.382.16135.36108.10350148.97249050Gh45.72454196324542 4546.971.382.16142.25113.6135065.56245050Ih8.672573205825732 4546.971.382.16149.13119.1235012.44245050Ij25.52573205825732 4546.971.382.16149.13119.1235036.63245050jK54.32697215826972 4546.971.382.16156.38124.8635077.85245050jK,Ij,Ih 为既受拉又受压杆件，截面根据所得的截面面积最大值取值3、填板设置根据要求，双角钢杆件不论是T形截面或是十字形截面，角钢的两背面部分分别贴在节点板上，为了使两角钢整体工作，在节点与节点之间的两角钢必须设置填板。填板的间距不应超过下列数值：受压构件40i 受拉构件80i受压构件在两个侧向支撑点之间的填板不少于2个，每块填板尺寸：厚度t=节点板厚度 宽度b=5080 mm b 8hf+2hf 高度 h= 角钢连接边宽度+2（1015）mm 当为十字形截面时，填板不伸出角钢轮廓以外，每边缩进1015mm杆件杆件长度角钢连接边宽度填板厚度填板宽度填板高度i(cm)数量实际间距允许间距上AB1352908601106.69113522676弦杆其余上弦杆1502908601106.69115022676下ab300080860100613000 3200弦bd300080860100613000 3200杆df300080860100613000 3200fh300080860100613000 3200hj300080860100613000 3200jk300080860100613000 3200受Aa150075860952.192750 876压Bb156856860761.613523 644腹Cb222375860952.193741 876杆Dd171856860761.613573 644Ed233675860952.193779 876Ff186856860761.613623 644Gf245470860901.924614 768Hh201856860761.614505 644Ih257370860901.924643 768Ij257370860901.924643 768Kj269770860901.924674 768Kk224356860761.614561 644受Ab201850860702.421009 1920拉Cd222550860702.421113 1920腹Ef233545860652.1621168 1728杆Gh245445860652.1621227 1728Ih257345860652.1621287 1728Ij257345860652.1621287 1728jK269745860652.1621349 1728jK,Ij,Ih 为既受拉又受压杆件，填板根据最大者取值六、节点设计1.计算各腹杆及弦杆端部所需的焊脚尺寸及焊缝长度采用E43型焊条（1）上弦杆两端所需的焊脚尺寸及焊缝长度上弦所用角钢t=10mm ，节点板厚度t=8mm最小最大 取 （AB杆） 肢背：，实际取 肢尖：，实际取 （JK杆） 肢背：，实际取 肢尖：，实际取 (2）下弦杆两端所需焊缝长度 端部，AB为零杆，只需要根据构造要求设计焊缝长度。 （JK杆） 肢背：，实际取 肢尖：，实际取 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，按构造要求取两个的锚栓2) 支座反力底板净面积取底板面积，如仅考虑有加劲肋部分承受压力则承压面积为由得 故取最小厚度3) 加劲肋与节点板的连接焊缝 满足。4) 节点板与底板焊缝， 取加劲肋与底板连接焊缝：前述Aa杆焊缝肢背，肢尖ab杆焊缝肢背，肢尖3. 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4条焊缝平均承受此力，则，取拼接角钢总长度+弦杆杆端空隙=412mm因角钢在弦杆端部不切断，弯折，取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，代入：满足要求。4. 其余节点设计跨中jk焊缝长度取Kk杆的焊缝长度七、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。