鋼結(jié)構(gòu)桁架設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、renchunmin一、設(shè)計(jì)計(jì)算資料1. 辦公室平面尺寸為18m×66m，柱距8m，跨度為32m，柱網(wǎng)采用封閉結(jié)合?；馂?zāi)危險(xiǎn)性：戊類，火災(zāi)等級：二級，設(shè)計(jì)使用年限：50年。2. 屋面采用長尺復(fù)合屋面板，板厚50mm，檁距不大于1800mm。檁條采用冷彎薄壁卷邊槽鋼C200×70×20×2.5，屋面坡度i=l/20l/8。3. 鋼屋架簡支在鋼筋混凝土柱頂上，柱頂標(biāo)高9.800m，柱上端設(shè)有鋼筋混凝土連系梁。上柱截面為600mm×600mm，所用混凝土強(qiáng)度等級為C30，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc14.3N/mm2。抗風(fēng)柱的柱距為6m，上端與屋架上弦用板

2、鉸連接。4. 鋼材用 Q235-B，焊條用 E43系列型。5. 屋架采用平坡梯形屋架，無天窗，外形尺寸如下圖所示。 6. 該辦公樓建于蘇州大生公司所屬區(qū)內(nèi)。7. 屋蓋荷載標(biāo)準(zhǔn)值：(l) 屋面活荷載0.50 kN/m2 (2) 基本雪壓 s0 0.40 kN/m2 (3) 基本風(fēng)壓 w0 0.45 kN/m2 (4) 復(fù)合屋面板自重 0.15 kN/m2 (5) 檁條自重 查型鋼表 (6) 屋架及支撐自重0.12+0. 01l kN/m2 8. 運(yùn)輸單元最大尺寸長度為9m，高度為0.55m。二、屋架幾何尺寸的確定1.屋架桿件幾何長度屋架的計(jì)算跨度，端部高度取跨中高度為?？缰衅鸸案叨葹?0mm（L

3、/500）。梯形鋼屋架形式和幾何尺寸如圖1所示。 （虛線為起拱后輪廓）2.檁條、拉條、及撐桿：長尺復(fù)合屋面板可以不考慮搭接需要，檁條最大允許間距為1800mm。另外，屋架上弦節(jié)點(diǎn)處一般應(yīng)設(shè)檁條。所以，將檁條設(shè)置在各上弦結(jié)點(diǎn)上，檁距為1502mm，檁條跨度在時(shí)，至少在跨中布置一道拉條，跨度大于時(shí)，宜布置兩道。此檁條跨度為9m，可在3分點(diǎn)處分別布置一道拉條，布置如下圖：三、屋蓋支撐布置1、設(shè)置支撐的必要性及圖示必要性：平面屋架在其本身平面內(nèi)，由于弦桿與腹桿構(gòu)成了三角形幾何不變鉸接體系而具有較大剛度，但在垂直于屋架平面內(nèi)，不設(shè)支撐體系卻不能保持其幾何不變，當(dāng)在屋架端部兩屋架間未設(shè)置垂直支撐時(shí)，雖然有

4、檁條和系桿的連系，屋架相互間仍是幾何可變的，在側(cè)向?yàn)樽饔孟挛菁軙A斜。各支撐作用：1）橫向支撐 上弦平面橫向支撐能保證上弦桿的側(cè)向穩(wěn)定性，當(dāng)山墻柱的上端支撐于屋架上下弦某些節(jié)點(diǎn)上時(shí)，橫向支撐可傳遞山墻上的縱向水平荷載。2）縱向支撐 與橫向支撐一起形成水平剛性盤，增加房屋整體剛度，在車間設(shè)有吊車時(shí)，在吊車橫向制動力作用下使框架起空間作用，可減輕受荷載較大的框架所受水平荷載和產(chǎn)生的水平變形，有托梁時(shí)，可保證托梁的側(cè)向穩(wěn)定。3）垂直支撐 保持屋架側(cè)向的幾何特性和穩(wěn)定性，下弦無橫向支撐時(shí)，作為下弦系桿的節(jié)點(diǎn)，傳遞山墻所受縱向風(fēng)荷載等至屋架柱，保證吊裝屋架時(shí)的穩(wěn)定和安全。其中SC為上弦支撐、XC為下弦支

5、撐、CC為垂直支撐、GG為剛性系桿、LG為柔性系桿、GWJ為屋架。四、荷載計(jì)算1、永久荷載（水平投影面）壓型鋼板 kN/檁條（0.5kN/m） 查表得到Z250×70×20×2.5的檁條每米長質(zhì)量為8.380 kg/m kN/屋架及支撐自重 0.12+0.01L=0.42kN/ 合計(jì) 0.628kN/ 2、可變荷載（水平投影面）屋面荷載和雪荷載不會同時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算時(shí)，取較大的荷載標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算。故取屋面活荷載0.5 kN/進(jìn)行計(jì)算。3、風(fēng)荷載風(fēng)壓高度變化系數(shù)為1.025，屋面迎風(fēng)面的體型系數(shù)為-0.6，背風(fēng)面為-0.5，所以負(fù)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值（垂直于屋面）為：迎風(fēng)面：kN

6、/背風(fēng)面：kN/對輕型鋼屋架，當(dāng)風(fēng)荷載較大時(shí)，風(fēng)吸力可能大于屋面永久荷載，此時(shí)屋架弦桿和腹桿中的內(nèi)力均可能變號，必須考慮風(fēng)荷載組合。但此處風(fēng)荷載小于永久荷載，故不考慮風(fēng)荷載的影響。五、屋架桿件內(nèi)力計(jì)算與組合由永久荷載控制的荷載組合值為：kN/由可變荷載控制的荷載組合值為：kN/故可變荷載效應(yīng)起控制作用。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載面積為 壓型鋼板 0.150×13.5=2.025kN檁條（0.5kN/m） 0.058×13.5=0.783kN屋架及支撐自重 0.42×13.5=5.67kN活荷載取為 0.5×13.5=6.75kN1、荷載組合考慮以下三種荷載組合（1）

7、全跨永久荷載+全跨可變荷載（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載（3）全跨屋架、支撐及天窗架自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載組合一:全跨永久荷載+全跨可變荷載：中間節(jié)點(diǎn)荷載： kN 端部節(jié)點(diǎn)荷載： kN組合二:全跨永久荷載+半跨可變荷載：（假設(shè)半跨可變荷載在左邊半跨）左中結(jié)點(diǎn)荷載kN左端結(jié)點(diǎn)荷載kN右中結(jié)點(diǎn)荷載kN右端結(jié)點(diǎn)荷載kN正中結(jié)點(diǎn)荷載kN組合三:全跨屋架及支撐自重+半跨屋面結(jié)構(gòu)材料+半跨施工荷載：（假設(shè)半跨屋面結(jié)構(gòu)材料+半跨施工荷載在左半跨）左中結(jié)點(diǎn)荷載kN左端結(jié)點(diǎn)荷載kN右中結(jié)點(diǎn)荷載kN右端結(jié)點(diǎn)荷載kN正中結(jié)點(diǎn)荷載kN2、由結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器求得各桿內(nèi)力桿件組合一（kN）組合二（kN）組合三

8、(kN)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（kN）在左在右在左在右下弦桿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上弦桿AB-160.68-140.5-103.47-133.3-83.07-160.68BC-160.68-140.5-103.47-133.3-83.07-160

9、.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

10、.51-659.88JK-659.88-515.56-486.4-464.07-424.51-659.88豎桿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斜桿Ab239.89209.7

11、6154.48199.01124.02239.89Cb-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-4.33-24.2

12、717.69-31.3825.5425.54 -31.38Kj27.8447.33-5.0654.28-16.7954.28 -16.79將上表中每根桿件的內(nèi)力最大值選出，即得到最不利內(nèi)力組合，如下圖：六屋架節(jié)點(diǎn)板厚度，桿件截面選擇和填板設(shè)置。1.屋架節(jié)點(diǎn)板厚度確定一個(gè)桁架的所有節(jié)點(diǎn)板厚宜相等（支座節(jié)點(diǎn)板比其他節(jié)點(diǎn)板厚2mm），根據(jù)受力最大桿件來確定，所有腹桿中， 桿的內(nèi)力最大，為181kN<239.89KN300KN，查表得：屋架中間節(jié)點(diǎn)板厚度取8mm,支座節(jié)點(diǎn)板厚度取10mm。2.桿件截面選擇上弦桿上弦桿IJ和JK所受軸力最大，為受壓桿，內(nèi)力設(shè)計(jì)值為。規(guī)范規(guī)定弦杠在桁架平面內(nèi)的計(jì)算長

13、度均取 故上弦杠平面外側(cè)向支承點(diǎn)的間距為節(jié)間長度的3倍，故上弦截面選用兩不等肢角鋼短肢相并，設(shè)， ，有： 且節(jié)點(diǎn)板厚為8mm,試選截面， 短肢相并其截面幾何特性: , , ，截面驗(yàn)算：,對短肢相并不等邊雙角鋼：< 故可近似取取，查表得所選截面滿足。下弦桿下弦桿軸力最大，為受拉桿，內(nèi)力設(shè)計(jì)值為下弦桿計(jì)算長度： , 節(jié)點(diǎn)板厚度為8mm,試取截面，短肢相并其截面幾何特性: , , 截面驗(yàn)算：,所選截面滿足。受壓腹桿腹桿中受壓力最大者，即桿內(nèi)力設(shè)計(jì)值為由于為單系斜桿，故其計(jì)算長度： 上弦截面選用兩不等肢角鋼長肢相并，設(shè)， ，有： ， 且節(jié)點(diǎn)板厚為8mm,試選截面， 長肢相并其截面幾何特性: ,

14、, ，截面驗(yàn)算：對長肢相并不等邊雙角鋼：故取取，查表得 所選截面滿足。受拉腹桿腹桿中受拉力最大者，即桿，其內(nèi)力設(shè)計(jì)值為計(jì)算長度： ， 節(jié)點(diǎn)板厚度為8mm,試取截面，其截面幾何特性: , , 截面驗(yàn)算： 所選截面滿足。其余桿件截面選擇見表?xiàng)U 件計(jì)算內(nèi)力(N)幾何長度(mm)計(jì)算長度(mm)截面規(guī)格截面面積(cm2)回轉(zhuǎn)半徑(mm)長細(xì)比容許長細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)算強(qiáng)度N/An 或整體穩(wěn)定N/(min A)填板數(shù)量焊縫(mm)名稱編號l0xl0yAixiyxy(yz)minhfl1l2上弦桿AB-6601502150245062 140×90×1044.52.566.6958.676

15、7.351500.77193.24187050BC187050CD1818060DE1818060EF1825090FG1825090GH18280100HI18280100IJ18280100JK18280100下弦桿ab66230003000148502 125×80×8322.286131.58247.5350206.89185050bd1813050df1822080fh1827090hj18280100jk1827090受壓腹桿Aa-1961500150015002 75×50×818.92.352.1963.8368.491500.76136

16、.35289050Bb-19.61568125415682 56×36×47.181.791.6170.0697.391500.5747.73345050Cb-2152223177822232 75×50×818.92.352.1975.66101.511500.55207.92389050Dd-19.61718137417182 56×36×47.181.791.6176.76106.711500.5153.27345050Ed-1392336186923362 75×50×818.92.352.1979.531

17、06.671500.51142.68386050Ff-19.61868149418682 56×36×47.181.791.6183.46116.021500.4659.66345050Gf-75.22454196324542 70×45×49.092.261.9286.86127.811500.4207.69447050Hh-19.62018161420182 56×36×47.181.791.6190.17125.341500.4166.81445050Ih-36.12573205825732 70×45×49

18、.092.261.9291.06134.011500.37107.35445050Ij-31.42573205825732 70×45×49.092.261.9291.06134.011500.3793.26445050Kj-16.82697215826972 70×45×49.092.261.9295.49140.471500.3453.83445050Kk02243179422432 56×36×47.181.791.61100.22139.321500.350.00445050受拉腹桿Ab2402018161420182 50&

19、#215;611.41.522.4106.1884.08350210.872614050Cd1712225178022252 50×611.41.522.4117.1192.71350150.132610050Ef1042335186823352 45×46.971.382.16135.36108.10350148.97249050Gh45.72454196324542 45×46.971.382.16142.25113.6135065.56245050Ih8.672573205825732 45×46.971.382.16149.13119.12350

20、12.44245050Ij25.52573205825732 45×46.971.382.16149.13119.1235036.63245050jK54.32697215826972 45×46.971.382.16156.38124.8635077.85245050jK,Ij,Ih 為既受拉又受壓桿件，截面根據(jù)所得的截面面積最大值取值3、填板設(shè)置根據(jù)要求，雙角鋼桿件不論是T形截面或是十字形截面，角鋼的兩背面部分分別貼在節(jié)點(diǎn)板上，為了使兩角鋼整體工作，在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的兩角鋼必須設(shè)置填板。填板的間距不應(yīng)超過下列數(shù)值：受壓構(gòu)件40i 受拉構(gòu)件80i受壓構(gòu)件在兩個(gè)側(cè)向支撐點(diǎn)之

21、間的填板不少于2個(gè)，每塊填板尺寸：厚度t=節(jié)點(diǎn)板厚度 寬度b=5080 mm b 8hf+2hf 高度 h= 角鋼連接邊寬度+2（1015）mm 當(dāng)為十字形截面時(shí)，填板不伸出角鋼輪廓以外，每邊縮進(jìn)1015mm桿件桿件長度角鋼連接邊寬度填板厚度填板寬度填板高度i(cm)數(shù)量實(shí)際間距允許間距上AB1352908601106.69113522676弦桿其余上弦桿1502908601106.69115022676下ab300080860100613000 3200弦bd300080860100613000 3200桿df300080860100613000 3200fh3000808601006130

22、00 3200hj300080860100613000 3200jk300080860100613000 3200受Aa150075860952.192750 876壓Bb156856860761.613523 644腹Cb222375860952.193741 876桿Dd171856860761.613573 644Ed233675860952.193779 876Ff186856860761.613623 644Gf245470860901.924614 768Hh201856860761.614505 644Ih257370860901.924643 768Ij257370860901

23、.924643 768Kj269770860901.924674 768Kk224356860761.614561 644受Ab201850860702.421009 1920拉Cd222550860702.421113 1920腹Ef233545860652.1621168 1728桿Gh245445860652.1621227 1728Ih257345860652.1621287 1728Ij257345860652.1621287 1728jK269745860652.1621349 1728jK,Ij,Ih 為既受拉又受壓桿件，填板根據(jù)最大者取值六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)1.計(jì)算各腹桿及弦桿端部所需的焊腳尺寸及焊縫長度采用E43型焊條（1）上弦桿兩端所需的焊腳尺寸及焊縫長度上弦所用角鋼t=10mm ，節(jié)點(diǎn)板厚度t=8mm最小最大 取 （AB桿） 肢背：，實(shí)際取 肢尖：，實(shí)際取 （JK桿） 肢背：，實(shí)際取 肢尖：，實(shí)