钢结构桁架设计计算书

1. 办公室平面尺寸为18m×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C200×70×20×2.5，屋面坡度i=l/20～l/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×600mm，所用混凝土强度等级为C30，轴心抗压强度设计值fc＝14.3N/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Z250×70×20×2.5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㎡ 

①压型钢板                0.150×13.5=2.025kN

②檩条（0.5kN/m）         0.058×13.5=0.783kN

③屋架及支撑自重          0.42×13.5=5.67kN

④活荷载取为              0.5×13.5=6.75kN

1、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kN

2、由结构力学求解器求得各杆内力

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181kN<239.KN＜300KN，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

⑴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。

⑵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。

⑶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。

⑷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

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=50~80 mm   b ≥8hf+2hf

              高度 h= 角钢连接边宽度+2（10~15）mm 当为十字形截面时，填板不伸出角钢轮廓以外，每边缩进10~15mm

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，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。