普通钢桁架设计.doc

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1、 目 录 一、设计资料. 1二、设计步骤. 1三、设计内容. 21. 杆件尺寸. 22. 结构形式与布置. 23. 屋架荷载计算. 34 内力计算. 4 5. 杆件的截面选择. 5 6. 节点计算. 9 7. 节点尺寸及受力.10 四、参考文献：. 18 普通钢桁架设计一、设计资料 1.设计一房屋跨度为24m的钢屋架，房屋平面尺寸为24m54 m，地区 雪压0.7KN/m2，基本风压为0.45 KN/m2，分项系数为1.4，冬季室外计算温度为-20，不考虑地震设防。 2.钢材选用Q235-BF，焊条采用E43型，手工焊；上弦坡度i=1/10，端部高度H0=2m,每端支座缩进0.15m,下弦起拱

2、50mm. 3.荷载 恒荷载标准值： SBS沥青改性卷材 0.35 KN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2 150mm厚加气混凝土保温层 0.4 KN/m2 1.56m大型屋面板和灌缝 1.6 KN/m2 吊顶 0.4 KN/m2 屋架支撑自重为0.12 0.011L0 0.384KN/m2 活荷载标准值： 屋面活荷载（雪载） 0.7 KN/m2二、设计步骤 1.确定屋架的形式和几何尺寸，确定节点尺寸以及计算各杆件长度；绘制屋架的几何尺寸图； 2.屋架杆件的内力组合；荷载组合，计算在单位力作用左半跨的杆件内力系数；并绘制内力系数图； 3.杆件截面选择，按轴心受力构件（拉或压）

3、进行设计； 4.焊缝计算，焊缝在轴心力作用下的强度计算； 5.节点设计，根据节点板的几何尺寸，计算焊缝的实际长度，根据计算焊缝的实际长度绘制节点图； 6.绘制屋架施工图。三、 设计内容 1.杆件尺寸 桁架计算跨度: 跨中及端部高度 桁架的中间高度： 在23.7m的两端高度： 在24m轴线处端部高度： 桁架跨中起拱50mm（）。 2.结构形式与布置 桁架形式与几何尺寸如图1所示。 图1 桁架形式及几何尺寸 3.桁架荷载计算 永久荷载： SBS沥青改性卷材 0.35 KN/m21.35=0.4725KN/m2 20mm厚水泥砂浆找平层 0.4 KN/m21.35=0.54KN/m2 150mm厚加

4、气混凝土保温层 0.4 KN/m21.35=0.54KN/m2 1.56m大型屋面板和灌缝 1.6 KN/m21.35=2.16KN/m2 吊顶 0.4 KN/m21.35=0.54KN/m2 屋架支撑自重0.12 0.011L0 0.384KN/m21.35=0.5184KN/m2 共 4.771KN/m2 可变荷载： 屋面活荷载 0.7 KN/m21.4=0.98KN/m2 4.内力计算 内力分析中，通常作如下假定： 1)所有荷载都作用在节点上； 2)所有杆件都是等截面直杆； 3)各杆轴线在节点处都能相交于一点； 4)所有节点均为理想铰接。 设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1） 全垮

5、恒荷载全垮活荷载： 全跨节点永久荷载及可变荷载 （2）全垮恒荷载半跨活荷载 全跨节点永久荷载： 半跨节点可变和载： (3)全垮屋架包括支撑重半跨屋面板重+半跨屋面活荷载 全跨节点和桁架自重： 半跨节点屋面板自重及活荷载: (1)、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。 各荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1。 5.杆件的截面选择(表2） 1）上弦杆 整个上弦采用等截面，按最大内力N=-1008.28kN计算。L0x=1206mm,L0Y=3618mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=150。因L0Y/ L0x=3，故采用短边相拼的不等边角钢T形截面，整体稳定系数按b类查

6、。经计算选用规格为 18012512（A=75.824mm2,ix=357mm,iy=96. 1mm）可得到 x=1206/357=33.78 =150 y=3618/96.1=37.65 =150由max=37.65, 查得b类=0.870，即代入稳定条件 =N/(A)=1008280/(0.87075824)=152.85N/mm2 L0x，故采用短边相拼的不等边角钢T形截面，不考虑空洞削弱，整体稳定系数按b类查。需要的净截面面积为 An=N/f=969150/215=4508 mm2选用规格为 180 11012（A=6742mm2,ix=31.0mm,iy=87.6mm）可得到 x=3

7、000/31.0=97 =350 y=14850/87.6=170 =350满足要求。 3)腹杆 aB杆 NaB=-548710N , L0x=L0Y=2535mm 选用 1409010（A=4452mm2,ix=44.7mm,iy=33.74mm），长肢相拼可得到 x=2535/44.7=56.71 =150 y=2535/33.1=67.78 =150由max=67.78, 查得b类=0.795，即代入稳定条件 =N/(A)=548710/(0.795 4452)=155 N/mm2 215 N/mm2满足要求。 Bb杆 N=+468.53kN L0x=2087mm,L0Y=2609mm.

8、Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为 An=N/f=439.9103/215=2046 mm2选用 708（A=2134mm2,ix=21.3mm,iy=33.0mm）可得到 x=2087/21.3=98 =350 y=2609/33=79 =350满足要求。 bD杆 N=-383.18kN L0x=2288mm,L0Y=2860mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用 90 8（A=2788mm2,ix=27.6mm,iy=40.9mm），可得到 x=2288/27.6=83 =150 y=2860/40.9=70 =150由max=83, 查得b类=

9、0.668，即代入稳定条件 =N/(A)=371.8103/(0.6682788)=199 N/mm2 215 N/mm2满足要求。 Dc 杆 N=290.84kN L0x=2288mm,L0Y=2860mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为 An=N/f=280.7103/215=1306 mm2选用 705（A=1376mm2,ix=21.6mm,iy=32.4mm）可得到 x=2288/21.6=106 =350 y=2860/32.4=88.3 =350满足要求。 cF杆 N=-228.52kN L0x=2495mm,L0Y=3119mm.Q235钢f=2

10、15N/mm2，压杆=350选用 906（A=2128mm2,ix=27.9mm,iy=40.5mm），可得到 x=2495/27.9=89 =150 y=3119/40.5=77 =150由max=89, 查得b类=0.628，即代入稳定条件 =N/(A)=266.4103/(0.628 2128)=202 N/mm2 215 N/mm2满足要求。 Fd 杆 N=+153.88kN L0x=2495mm,L0Y=3119mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为 An=N/f=153.1103/215=712 mm2选用 636（A=1458mm2,ix=19.3m

11、m,iy=29.8mm）可得到 x=2495/19.3=129 =350 y=3119/24.5=105 =350满足要求. dH杆 N=-95.5kN L0x=2708mm,L0Y=3385mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用 706（A=1632mm2,ix=21.5mm,iy=32.6mm），可得到 x=2708/21.5=126 =150 y=3385/32.6=103 =150由max=126, 查得b类=0.406，即代入稳定条件 =N/(A)=144.9103/(0.406 1632)=218 N/mm2 = 215 N/mm2满足要求。 He杆 N=-27.9

12、kN L0x=2708mm,L0Y=3385mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用 635（A=1228mm2,ix=19.4mm,iy=29.6mm），可得到 x=2708/19.4=139 =150 y=3385/29.6=114 =150由max=139, 查得b类=0.349，即代入稳定条件 =N/(A)=0.438103/(0.349 1228)=1.02 N/mm2 215 N/mm2满足要求. eg 杆 N=+132.09kN L0x=2926mm,L0Y=3657mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为 An=N/f=132090/2

13、15=614 mm2选用 635（A=1228mm2,ix=19.4mm,iy=29.6mm）可得到 x=2926/19.4=151 =350 y=3657/29.6=124 =350满足要求。 gK杆 N=-47.43kN L0x=2926mm,L0Y=3657mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用 705（A=1080mm2,ix=21.6mm,iy=32.4mm），可得到 x=2926/21.6=135 =150 y=3657/32.4=113 =150由max=135, 查得b类=0.365，即代入稳定条件 =N/(A)=47430/(0.365 1080)=120.3

14、1N/mm2215 N/mm2满足要求.6. 节点计算（表3、4、5） 1）杆件与节点板的焊缝计算 2)节点设计钢桁架一般在节点处设置节点板，把汇交于节点的各杆件都与节点板相连接，形成桁架的节点，各杆件把力传给节点板并互相平衡。一般杆件把全部内力N传给节点板，而在节点处连续的杆件则把两侧的内力差传给节点板；当节点上作用有荷载时，则传给节点的力为N或 与P。有局部弯矩的杆件则还要传递弯矩和剪力。 7.节点尺寸及受力 1)节点A（如图2）因为AB杆内力为0，所以按构造要求设计焊缝。按画图时为满足腹杆焊缝长度所确定的节点板实际宽度设计焊缝长度l=150mm,焊脚尺寸hf=5mm.0KN-25.88K

15、N16010014635图2 2)节点B （如图3）弦杆肢背为塞焊缝，节点板厚度为10 mm 塞焊缝强度验算：设焊脚尺寸 弦杆肢尖角焊缝强度验算：设焊脚尺寸 且N=2468530N图3 3)节点C （如图4）因为节点C两侧为0，所以按构造要求设计焊缝。按画图时为满足腹杆焊缝长度所确定的节点板实际宽度设计焊缝长度l=170mm,焊脚图4 4）节点K(屋脊节点)（如图5） 图5竖杆Kk杆端焊缝按构造取为5mm和80mm。上弦与节点板的连接焊缝，角钢肢背采用塞焊缝，并假定仅受屋面板传来的集中荷载，一般可不作计算。角钢肢尖焊缝应取上弦内力的15%进行计算，即N=。产生的偏心弯矩： M=Ne=158.9

16、10380=12712000Nmm 现取节点板尺寸如图所示。设肢尖焊脚尺寸hf2=10mm,则焊缝计算长度lw2=200-210-5=175mm。验算肢尖焊缝强度： = =159 N/mm2 =160 N/mm2 (满足)拼接角钢一侧的焊缝长度按弦杆所受内力计算。设角焊缝焊脚尺寸hf=t-2=10-2=8mm。则接头一侧需要的焊缝计算长度为：=295.6 mm拼接角钢的总长度为 mm 取。拼接角钢竖肢需切去的高度为 取，即竖肢余留高度为75 。 5）节点 a (支座节点)（如图6）根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用。为便于施焊，取底板上表面至下表面的距离为160。且在支座中心线处设加劲肋，

17、高度与节点板相同，亦为440。 底板计算支座反力 ，根据构造需要，取底板尺寸为。柱采用混凝土 N/mm2。作用于底板的应力为 N/mm2 N/mm2底板被节点板和加劲肋分成4块两相邻边支撑板，计算底板单位宽度上的最大弯矩 需要底板厚度： ，取20 加劲肋计算设，取角焊缝最大计算长度（实际焊缝长度） 加劲肋、节点板与底板的连接焊缝计算取8mm.焊缝的总计算长度为取800mm.图6 7）节点c （如图7）N=867.5-639.86=227.64kN 肢背焊缝 取 肢尖焊缝 取 图7 表1 杆件内力组合表（KN）杆件组合一内力设计值跨恒活荷载kN1=50.4k上弦杆AB00BC CD-9.052-

18、468.53DE EF-14.984-775.57FG GH-18.905-978.52HI-19.072-987.22IJ JK-19.48 -1008.28下弦杆ab4.705+243.53bc12.362639.86cd16.76867.5de18.724969.15ef18.305 947.47斜杆aB-10.601-548.71Bb8.732451.97bD-7.403-383.18Dc5.619290.84cF-4.415-228.52Fd2.973153.88dH-1.845-95.5He0.65444.19eg1.122124.8gK1.798111.61 gI 0.61331

19、.73竖杆Aa-0.5-25.88Cb Ec-1.0-51.76Gd Jg-1.0-51.76Ie-1.5-77.64Kf00 表2 杆件截面选择表杆件内力设计值/kN截面形式与规格截面面积/mm2回转半径/mm长细比稳定系数应力设计值N/mm2ixiyxyxy弦杆JKIJ-1008.381601001469402878.653.838.30.838152.85de969.151409012528025.468.9118172210斜杆Aa-25.881258010394039.833.163.4676.30.714192aB-548.7 708213421.33398790.568206bB

20、451.97 908134927.640.983700.668199Cb-51.76 705137621.632.410688.3214bD-383.18 906212827.940.589770.628202Dc+290.84 636145819.329.8129.6104.90.389105Ec-51.76 706163221.532.61261030.406218cF-228.52 635122819.429.6139114.00.3491.02Fd153.88 635122819.429.61511240.304130Gd-51.76 705108021.632.41351130.36

21、5226dH-95.5 635122819.429.6103670.53633Ie-77.64 50596015.324.5119930.442165.86eG-50.27 50596015.324.51351060.36575gK-47.43 565108417.226.91341070.37081.17Kf0 565108417.226.91481180.315127gI31.73 6381902imin=23.9min=131.20.383164四、参考文献 【1】赵占彪.钢结构.北京：中国铁道出版社，2006 【2】王新堂.钢结构设计.上海：同济大学出版社，2005 【3】魏明钟.钢结构.武汉：武汉理工大学出版社，2002 【4】钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京：中国计划出版社，2003 【5】建筑结构荷载规范（GB50019-2001）.北京：中国建筑工业出版社，2001. 【6】钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）.北京：中国 划出版社，2001