30m跨度普通钢桁架设计计算书解析

1、钢结构设计计算书姓 名：班 级：学 号：指导教师：一、设计资料:1 .结构形式：某厂房总长度108m,跨度为24m,纵向柱距6m,厂房建筑采用封闭结合。采用钢筋混凝 土柱，梯形钢屋架，柱的混凝土强度等级为C30,上柱截面400mm*4001,屋面坡度i=1/10。地区计算温度 高于-200C，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台50/10t （中 级工作制），锻锤为2台5t。2 .屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所 示。屋架采用的钢材为Q345A钢，焊条为E50型。3 .屋盖结构及荷载标准值（水平投

2、影面计）无檩体系：采用1.5 x6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上。I I -卜何载： 屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L,L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自 重，以可卜W1为单位； 屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2,雪荷载的基本雪压标准值为50=0.35卜W1,施工 活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。积灰荷载标准值：0.5kN/m2。屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.40kN/m2水泥砂浆找平层0.50kN/nP保温层0.80kN/n2一毡二油隔气层0.05kN/nP水泥砂浆找平层0.40kN/nP

3、预应力混凝土屋面板1.50kN/nP桁架计算跨度：10 24 2 0.15 23.7m跨中及端部高度:桁架的中间高度：h3.490m在23.7m的两端高度：%2.005m在30m轴线处的端部高度：h01.990m桁架跨中起拱50mm二、结构形式与布置图：桁架形式及几何尺寸如图1所示：图1桁架形式及几何尺寸09基国桁架支撑布置图如图2所示：L；1广广4 1111:巧L：1C：/r- t1 TLG1LG1二LG1LG1LG1LCJ父GG2广广V vUi1LG1茎V、LG1LG1LG1.仓总LG1LG1Sc.L.nnr1r,LC1 . /1-7;/ GG3 1M ，/ 常3 rH:21i1HLG1X

4、LG1XL:口I -/知M /ggKX / 至八、 y pp 1 q Q3 、 / 人嗅-/工3 /Z，GM 、,XXXXX三、荷载计算1、荷载计算:屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/。502 1/10 1.005奂算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（PW0.12 0.011 支撑)计算，跨度单位m。永久荷载标准值:三毡四油（上铺绿豆砂）防水层1.005x0.4 kN/m2=0.402kN/m2水泥砂浆找平层1.005X 0.5 kN/m2=0.503kN/m2保温层

5、1.005X 0.8 kN/m2=0.804kN/m2一毡二油隔气层1.005X 0.05 kN/m2=0.050kN/m2水泥砂浆找平层1.005X 0.4 kN/m2=0.402kN/m2预应力混凝土屋面板1.005x 1.5 kN/m2=1.508 kN/m2桁架和支撑自重0.12 KN/ig+0.011 X24 kN/m2=0.384 kN/im总计：4.0530.5 kN/出)X1.5mX5m=61.09kN全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值: 对结构不利时：F1 1=1.35x4.053 kN/出x1.5m6m=49.24kN （按永久荷载为主的组合）Fi.2=1,2

6、x4,053 kN/出x1.5mX6m=43.77kN （按可变荷载为主的组合）对结构有利时：F1 3=1.0x4.053 kN/tfx1.5mX5m=36.48kN半跨节点可变荷载设计值：F9 =1.4x （0.7X）.7 kN/出+0.9X15 kN/出）x1.5mX5m=11.84kN （按永久荷载为主的组合）2.1F9 =1.4x （0.7+0.9x）.5） kN/出x1.5mx5m=14.49kN （按可变荷载为主的组合）2.2（3）全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3 1=1.2x）.384 kN/出x1

7、.5mx5m=4.15kN对结构有利时：F3 2=1.0x）.384 kN/出 x1.5mx5m=3.46kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4= （1.2x1.5 kN/出+1.4泣7 kN/出）xL56=25.02kN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。单位力作用下的计算详图见图3。图3单位力作用下计算详图四、内力计算由电算先解得F=1的桁架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）见图4。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1.(b)图4桁架各杆件的内力系数表1桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=1)第一种组合Fx第二种组合第三种组

8、合计算杆件内力/KN全跨左半跨右半跨F, ix + F, +F2,iX F3,ix+F，F+F，上弦AB000000000BC、CD-8.72-6.25-2.47-532.70-532.70DE、EF-13.53-9.04-4.49-826.55-826.55FG、GH-15.26-9.17-6.09-932.23-932.23HI-14.71-7.38-7.38-898.63-898.63下弦ac4.733.481.25288.96288.96ce11.538.003.53704.37704.37eg14.659.345.31894.97894.97gi15.178.446.73926.74

9、926.74斜腹杆aB-8.87-6.53-2.34-541.87-541.87Bc6.884.762.12420.30420.30cD-5.44-3.41-2.03-332.33-332.33De3.71.901.80226.03226.03eF-2.46-0.71-1.75-150.28-129.54(F1,1 F2,1)-141.85(F1,1 F2,1)-27.97(F3. 1,-53.99(F3. 1 卬-150.28Fg1.11-0.451.5667.8149.3351)73.36 (F1F )1 .2,1-7.42(F3. 2 F143.64(F3. 1W-7.4273.361.

10、2223.33-21.4438.86-38.21-38.21gH0.021.55-1.53册工,)(F1, 3F2,)(F3. 1 F4)(F3. 2 W38.86-65.98-83.06-36.72-66.2831.04-83.06Hi-1.08-2.471.39(F1, 2 F2,)巴,1%1)(F3. 1 FJ(F3. 2 卬31.04Aa-0.50-0.500-30.55-30.55竖Cc-1.00-1.000-61.09-61.09Ee-1.00-1.000-61.09-61.09杆Gg-1.00-1.000-61.09-61.09li1.940.970.97118.51118.51

11、注：F=61. 09kN; F1 1=49. 24kN; F1 不43. 77kN; F1 3=36. 48kN; F2 1=11. 84kN; F2 2=14. 49kN; F3 =4 . 15kN;F3 2=3 . 46kN; F4=25. 02kN。四、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG、GH杆之最大设计内力设计。N=932.23 kN。上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：！x 150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：10y 2 150.8cm 301.6cm因为10y 21ox，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并(图5)。腹杆最大内力N=54

12、1.87kN,查表9.6.4,节点板厚度选用12mm,支座节点板厚度用14mm。设2=60,查附录4得0.807需要截面积：3726mm 2A N 932.23 103NA - f 0.807 310N /mm 2需要回转半径:150.8cm602.51cm，l-oy301.6cm605.03cm根据需要的人、ix、iy查角钢型钢规格表（附录8），选2L140X90X 10A=4452mm2，ix =2.56cm.i =6.85cm，b1/t=140/10=14,按所选角钢进行验算：因为b /t所以yzl 150.8cmox 58.91x i 2.56cm，x14 0.561 少0.56 30

13、16/1403.7 b1 tl2 t2oy52.7b 413.7140 110l-oyiy12.06301.6cm6.85cm30162 10252.7 140454.1344.03150满足允许长细比的要求。截面在乂和y平面皆属匕类，由于yz只需求。查附录得0.743。x2,所选截面合适。281.82N /mm 2 310N /mm图5计算长度:1300cm, 11185cm932.23 103N0.743 4452mm 22、下弦杆整个下弦杆采用同一截面按最大设计值计算：926.74kN所需净截面面积为:29.89cm 2短肢相并（图6）。A N926.74 103NA n f310N /

14、mm 2选用加140、90、8。因为10yk故用不等肢角钢A=36.08cim 29.89cimi 2.587Cm,i 6.8Gtm。01 /i 1185/6.80 174.26250考虑下弦有2 0 21.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积:A 3608 2 21.5 12 3092mm 2926.74 103N3092mm 2299.72N /mm 2 310N/mm 2所选取的截面满足要求。3、端斜杆（aB杆）:杆件轴力：N=-541.87kN计算长度：10x1253.5cm,因为 I。l0y故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用角钢2L125x80x 10（图7）。f，1 3.9&哽 3.

15、3Cm，b2/t80/10 8。截面刚度和稳定性验算：l 253.5cmx i 3.98Cmx63.69 150,因为 b2 /t 8 0.480 /b2 0.48 2535/80 15.2179.97 1501 1.0%4253.5 11.09 8041 2- 1 yz y12 t23.3925352 1020y因 yz 只求 y 0.576：N-Ay541.87 103N0.576 3942mm 2238.65N /mm 2 310N /mm 2，所需截面合适。图74、腹杆Hi:最大拉力：NHi 31.04cN269.6cm最大压力：NHi 83.0&N桁架平面内计算长度：l0x 0.8l

16、 0.8 337cm桁架平面外计算长度：l0y l 337cm选用2L70X4 （图8）, A=11.14cm 2, ix=2.18cm、 iy=3.29cm, b/t=70/4=17.5,按所选角钢进行验算：123.67150,1269.6cmex x i 2.18cmx1oyy iy337cm3.29cm102.43150因为b/t 17.5 0.580 /b0.58 3370/70 27.92所以yz1 0.475b4y12 t20y0.475 704102.43 1 108.8633702 42150满足允许长细比的要求。截面在乂和y平面皆属匕类，由于x /，只需求查（附录4）轴心受力

17、稳定系数表得x 0.312。83.06 103N0.312 1114mm 2238.97N /mm 2310N /mm 2，所选截面合适。拉应力：N 31.04 103NA 1114mm 2 n27.86N /mm 2 310N /mm 2所选取的截面满足要求。图85、中竖杆（Ii杆）:杆件轴力：NI=8.51kN（拉），计算长度：l0 0.9l 0.9 319cm 287.1cm取250，需要截面面积为:N 118.51 103310382.3mm 2118.51 103N567mm 2图9需要的回转半径为:.工 287.1cm 1151n亡 250. m。查型钢表选用十字形截面156、5

18、（图9）,得截面几何特性：A=10.83cm2 i 2.167cm2501 287.1cm 132.49cmi 2.167cm考虑有2 21.5mm的栓孔削弱，净截面面积:A 1083 2 21.5 12 567mm 2 A 1083 2 21.5 12 567mm 2209.01N /mm 2 310N /mm 2，所需截面合适。其余各杆件的截面选择计算过程不作一一列出，计算结果详见表2。表2杆件截面选择表杆件内力/KN截面规格面积/cm2计算长度/cm回转半径/cmmaxmax应力/(N/mm2)loxl oyixi y上弦-932.23短肢相并2L140X90X1044.52150.80

19、301.602.566.8558.911500.743281.82下弦926.74短肢相并2L140X90X836.08300.001185.002.5876.80174.26350-299.72aB-541.87长肢相并2L125X80X1039.42253.5253.503.983.3979.971500.576238.65Bc420.30T形截面 2L80X515.82208.64260.802.483.7184.13350-265.68cD-332.33T形截面 2L100X623.86228.72285.903.104.5173.781500.622223.93De226.03T形截

20、面 2L70X411.14228.72285.902.183.29104.92350202.90eF-150.28T形截面 2L80X515.82250.32312.902.484.51100.941500.425223.51Fg-7.4273.36T形截面 2L70X411.14249.52311.902.183.29114.4615065.86gH-38.2138.85T形截面 2L70X411.14271.68339.602.183.29124.621500.306112.09Hi-83.0631.04T形截面 2L70X411.14269.60337.002.183.29123.671

21、500.312238.97Aa-30.55T形截面 2L63X512.286199.00199.001.943.04102.581500.41559.92Cc-61.09T形截面 2L63X512.286183.20229.001.943.0494.431500.467106.47Ee-61.09T形截面 2L63X512.286207.20259.001.943.04106.801500.390127.50Gg-61.09T形截面2L63X512.286231.20289.001.943.04119.181500.328151.60Ii118.51十字形截面2L56X510.83287.10

22、287.102.1672.167132.49350-209.01五、节点设计各杆件内力由表1查得。这类节点的设计步骤是：先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸，即卜,和!，然后根 据!的大小按比例绘出节点板的形状和尺寸，最后验算下弦杆与节点板的连接焊缝。用E50型焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值f; 200N /mm 2。1、下弦节点“c”(图10)：(1)“Bc”杆与节点板的焊缝长度计算：N=420.30kN，设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为：10.7N0.7 420.30 103N。肢背i1 丁丁q而E 131. 3nm，加2h后取15cmw 2h

23、 fw2 0.7 8mm 200N /mm 2fe f10.引0.3 420.30 103N ,肢尖： 1QI_pQ八 7 公.八八N/75，1nm，加2hf 后取 9cmw2hfw2 0.7 6mm200N /mm2fef(2) “Dc”杆与节点板的焊缝长度计算：N=-332.33kN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为：肢背：1W0.7N0.7 332.33 103N103 9nm，加2hf后取13cm2h fwef2 0.7 8mm 200N /mm 2肢尖：10.尔0.3 332.33 103N59.3nm，加2h后取8cm2h fwef2 0.7 6mm 20

24、0N /mm 2W(3)“Cc”杆与节点板的焊缝长度计算：N=-61.09kN,其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸卜=61,焊缝长度l 8h 48mm，取 l 6cm。(4)节点板尺寸：根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装配等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为315mmX380mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为380mm, hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差4N=704.37-288.96=415.41KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：0.75 415.41 103N2 0.7 6mm (380mm 12mm )100.79N /m

25、m 2200N /mm 2焊缝强度满足要求。图102、下弦节点“e”(图11)：(1)“De”杆与节点板的焊缝长度计算：N=226.03kN,设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为:0.7N0.7 226.03 103N 2肢背：lw 70.63nm，加2h 后取11002h fw 2 0.7 6mm 200N /mm 2加 f 后取e f10.引 0.3 226.03 103N肢尖：l 40.37nm，力2h 后取6cm双尖：w 2h fw2 0.7 6mm 200N /mm 2加 f 后取ef(2)“eF”杆与节点板的焊缝长度计算:N=-150.28kN,设肢背与肢尖的

26、焊角尺寸分别为8mm和6mm.所需焊缝长度为:肢背：l w0.7N2h fwef0.7 150.28 103N2 0.7 8mm 200N /mm 247.0nm，加 2hf 后取8cm肢尖：l 0.、0.3 150.28 103N 26.8nm,加2h 后取5cm双尖：w 2h fw 2 0.7 6mm 200N /mm 2加 f 后取ef(3)“eE”杆与节点板的焊缝长度计算:N=-61.09kN,因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf=6mm,焊缝长度1 8h 48mm ,取 1 6cm。(4)节点板尺寸：根据以上求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙和制作装配等误差，按

27、比例绘出节点详图，从而确定节点板尺寸为280mmX310mm。下弦与节点板连接的焊缝长度为310mm, hf=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差4N=894.97-704.37=190.6KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为:57.11N /mm 2 200N /mm 2焊缝强度满足要求。0.75 190.6 103Nf 2 0.7 6mm (310mm 12mm )图112L 10) -12 X 200mm=400mm。竖杆li与节点板连接焊缝计算：N=118.51KN因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸hf=6mm，焊缝长度! 8hf 48mm，取(3)弦杆与节点板的连接

28、焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定承受节点荷载，验算略。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=10mm，节点板长度为400mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：lw440丁10 20185mm，焊缝应力为:0.1引N f 2 0.71fl0.15 932.23 103N2 0.7 10mm 185mm53.99 /mm 26 0.15 932.23 103N90mm 25mm,113.8人 /mm 22 0.7 10mm 185mm 26MM f 2 0.7112f w107.79N /mm 2 200N /mm 2 ，满足要求。因桁架的跨度较大，需将桁架分

29、成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。10、支座节点“a”(图19)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, 加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度为14mm。(1)支座底板计算：支座反力I： R=8F=488.27kN支座底板的平面尺寸采用280mmX400mm,如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为:A 280 (2 100 14) 59920mm 2。验算柱项混凝土的抗压强度：R 488.27 103A-599208.15N /mm 2f 14.2N /mm 2错误！未定义书签。式中：f为混凝土强度设计值，对C30混凝土，f 14.3N/mm2。 cc底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加筋肋将底板分为四块，每