2022年m跨度普通钢桁架设计计算书.docx
名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -钢结构设计运算书姓 名：班 级：学 号：指导老师：细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 1 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -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,厂房建筑采纳封闭结合；采纳钢筋混凝土柱 , 梯形钢屋架,柱的混凝土强度等级为 C30,上柱截面 400mm× 400mm,屋面坡度 i=1/10 ；地区运算温度高于 -20 0C,无腐蚀性介质, 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；屋架采纳的钢材为Q345A钢,焊条为E50 型；3. 屋盖结构及荷载标准值（水平投影面计）无檩体系：采纳 1.5 × 6.0m 预应力混凝土屋面板,屋架铰支于钢筋混凝土柱上；荷载： 屋架及支撑自重：按体会公式 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 kN/m 2 为单位； 屋面活荷载：施工活荷载标准值为 0.7kN/m 2,雪荷载的基本雪压标准值为 S0=0.35kN/m 2,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；222 222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/m水泥砂浆找平层 0.50kN/m保温层 0.80kN/m一毡二油隔气层 0.05kN/m水泥砂浆找平层 0.40kN/m预应力混凝土屋面板 1.50kN/m桁架运算跨度：l02420.1523.7m 1 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -跨中及端部高度：桁架的中间高度：h3.490m 在 23.7m 的两端高度：h 02.005m 在 30m 轴线处的端部高度：h 01.990m 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桁架支撑布置图如图 2 所示：2 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -图 23 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 4 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -三、荷载运算1、荷载运算：屋面活荷载与雪荷载不会同时显现,从资料可知屋面活荷载大于雪荷载,故取屋面活荷载运算；沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/ cos2 101 /101.005换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）按体会公式（P W0.120.011支撑）运算,跨度单位m；永久荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 1.005× 0.4 kN/m 2=0.402kN/m2水泥砂浆找平层 1.005× 0.5 kN/m 2=0.503kN/m2保温层 1.005× 0.8 kN/m2=0.804kN/m2 一毡二油隔气层 1.005× 0.05 kN/m2=0.050kN/m2水泥砂浆找平层 1.005× 0.4 kN/m2=0.402kN/m2预应力混凝土屋面板 1.005× 1.5 kN/m2=1.508 kN/m2桁架和支撑自重 0.12 KN/m2+0.011 × 24 kN/m2=0.384 kN/m22总计： 4.053kN/m 可变荷载标准值：屋面活荷载 0.7kN/m 积灰荷载 0.5kN/m2 22、荷载组合：设计桁架时,应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载 +全跨可变荷载（按永久荷载为主掌握的组合）全跨节点荷载设计值：F=（1.35 ×4.053kN/ +1.4 ×0.7 ×0.7 kN/ +1.4 ×0.9 ×0.5 kN/） ×1.5m×6m =61.09kN 2 全跨永久荷载 +半跨可变荷载4 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1.1=1.35 ×4.053 kN/ ×1.5m×6m=49.24kN 按永久荷载为主的组合 F1.2=1.2 ×4.053 kN/ ×1.5m×6m=43.77kN 按可变荷载为主的组合 对结构有利时：F1.3=1.0 ×4.053 kN/ ×1.5m×6m=36.48kN 半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4 ×（0.7 ×0.7 kN/ +0.9 ×0.5 kN/ ） ×1.5m×6m=11.84kN 按永久荷载为主的组合 F2.2=1.4 ×（0.7+0.9 ×0.5 ）kN/ ×1.5m×6m=14.49kN 按可变荷载为主的组合 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=1.2 ×0.384 kN/ ×1.5m×6m=4.15kN 对结构有利时：F3.2=1.0 ×0.384 kN/ ×1.5m×6m=3.46kN 半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2 ×1.5 kN/+1.4 ×0.7 kN/ ） ×1.5 ×6=25.02kN （1）、（ 2）为使用阶段荷载情形,（3）为施工阶段荷载情形；单位力作用下的运算详图见图 3；5 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -图 3 单位力作用下运算详图四、内力运算由电算先解得 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形下的内力进行组合,运算结果见表1. （ a）6 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -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内力系数 F=1 第一种其次种组合第三种组合运算杆件名称左半右半组 合F1,i× + F1,i× + F3,i× + F3,i× + 内力 /KN 全跨AB 跨跨F× F2, i× F2,i× F4× F4× 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC、CD -8.72 -6.25 -2.47 -532.70 -532.70 上DE、EF -13.53 -9.04 -4.49 -826.55 -826.55 弦FG、GH -15.26 -9.17 -6.09 -932.23 -932.23 HI -14.71 -7.38 -7.38 -898.63 -898.63 ac 4.73 3.48 1.25 288.96 288.96 下ce 11.53 8.00 3.53 704.37 704.37 eg 14.65 9.34 5.31 894.97 894.97 弦gi 15.17 8.44 6.73 926.74 926.74 aB -8.87 -6.53 -2.34 -541.87 -541.87 斜Bc 6.88 4.76 2.12 420.30 420.30 腹杆cD -5.44 -3.41 -2.03 -332.33 -332.33 De 3.7 1.90 1.80 226.03 226.03 7 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -150.28 -129.54 -141.85 -27.97 -53.99 -150.28 eF -2.46 -0.71 -1.75 67.81 F1,1 ,F2,1 F1,1 ,F2,1 F3,1 ,F4F3,1 ,F4-7.42 49.33 73.36 F1,-7.42 43.64 Fg 1.11 -0.45 1.56 1.22 F1,1 ,F2,11 ,F2,1 F3,2 ,F4F3,1 ,F473.36 23.33 -21.44 38.86 -38.21 -38.21 gH 0.02 1.55 -1.53 -65.98 F1,2,F2,2 F1, 3,F2,2 F3,1 ,F4F3,2 ,F438.86 -83.06 -36.72 -66.28 31.04 -83.06 Hi -1.08 -2.47 1.39 -30.55 F1,2 ,F2,2 F1,1 ,F2,1 F3,1 ,F4F3,2 ,F431.04 Aa -0.50 -0.50 0 -30.55 Cc -1.00 -1.00 0 -61.09 -61.09 竖杆Ee -1.00 -1.00 0 -61.09 -61.09 Gg -1.00 -1.00 0 -61.09 -61.09 Ii 1.94 0.97 0.97 118.51 118.51 注：F=61.09kN；F1.1=49.24kN ；F1.2=43.77kN ；F1.3=36.48kN ；F2.1=11.84kN ；F2.2=14.49kN ；F3.1=4.15kN ；F3.2=3.46kN ；F4=25.02kN ；四、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采纳等截面,按FG、GH 杆之最大设计内力设计；N=932.23 kN ；上弦杆运算长度：在桁架平面内,为节间轴线长度：l ox 150 8. cm在桁架平面外,依据支撑布置和内力变化情形,取：loy 2 150 . 8 cm 301 . 6 cm由于 l oy 2 l ox,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=541.87kN,查表 9.6.4 ,节点板厚度选用 12mm,支座节点板厚度用 14mm；设 =60,查附录 4得 0.807需要截面积：8 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 9 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -AN932.23103N23726mm2f0.807310N/mm需要回转半径：ixlox150 . 8 cm.251 cm,iyloy301.6 cm5.03cmxi =2.56cm、6060依据需要的 A、xi 、yi 查角钢型钢规格表 附录 8 ,选 2L140× 90× 10,A=44522 mm ,yi =6.85cm,b1/t=140/10=14,按所选角钢进行验算：xlox150 . 8 cm58 . 91,yloy301.6 cm44.03ix.256 cmiy6.85 cm由于b 1/t140.56l0y/b 10.563016/14012. 06所以yz3.7b 11l2t237.14013016210254.13150oyt527.4 b 11052.71404满意答应长细比的要求；截面在 x和y平面皆属 b类,由于 x yz,只需求 x；查附录得 x 0.743；3N 932.23 10 N2 281.82 N / mm 2310 N / mm 2,所选截面合适；x A 0.743 4452 mm图 52、下弦杆整个下弦杆采纳同一截面,按最大设计值运算cm:Ngi926.74kN运算长度：l0x300cm,l0y1185所需净截面面积为：9 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -AnN926. 74/103N29.89cm2f310Nmm2选用 2L140× 90× 8；由于l0yl0x,故用不等肢角钢,短肢相并 图6； A=36.08cm2 > 29.89cm2ix2.587cm iy6.80cm ；0yl0 /iy1185/ 6.80174.26250考虑下弦有 2 21.5mm的栓孔减弱,下弦净截面面积：An36082215.123092mm2/mm 2310N/mm 2所选取的截面满意要求；N3 926.74 10N299.72 NA n2 3092 mm图63、端斜杆 aB杆 ：杆件轴力： N=-541.87kN 运算长度 :l0xl0y253 . 5 cm ,由于l0xl0y,故采纳不等肢角钢,长肢相并,使ixiy；选用角钢2L125× 80× 10图 7 ；A=39.42cm2,ix3.98 cm iy3.39 cm b 2/t80 /108；截面刚度和稳固性验算：10 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 11 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -xlox253.5 cm63.69 150,ix3.98 cm由于b 2/t80.48l0y/b 20.482535 / 8015.21/1501.094 b 2253.511.092804279.97y1yzl2t23.39253510因yz0y2 mm,所需截面合适；x,只求y0.576：N3 541.87 10N238.65 N/2 mm310NyA0.5763942 mm 2图74、腹杆 Hi: 最大拉力：NHi31.04kN按所选角钢进行验算：最大压力：NHi83.06kN桁架平面内运算长度：l0x0.8 l08.337cm2696.cm桁架平面外运算长度：l0yl337 cm选用 2L70× 4（图 8）, A=11.142 cm ,xi=2.18cm、yi=3.29cm, b/t=70/4=17.5,xlox269 .6 cm123 . 67150,ix.218 cmyloy337 cm102.43150iy3.29cm11 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -由于b t17.50.58l0y/b0.583370 / 7027.92所以yzy10 .475b4102. 4310 .475704108. 862150满意答应长细比的要求；l2t233702420y截面在 x和y平面皆属 b类,由于xyz,只需求x；N/mm,所选截面合适；查 附录 4 轴心受力稳固系数表得x0.312；310N83.06103N2238.97N/mm2xA0.3121114mm拉应力：N31.04 10 3N27.86N/2 mm310 N/2 mmA n11142 mm所选取的截面满意要求；图 8 5、中竖杆 Ii 杆 ：杆件轴力： NIi =118.51kN 拉 ,运算长度 : l009.l09.319cm287.1 cm取 250 ,需要截面面积为：AnN118.51103382.3 mm2f31012 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 13 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -需要的回转半径为：i0l0287.1 cm1.15cm ；i.2167 cm250查型钢表选用十字形截面L56× 5（图 9）,得截面几何特性：A=10.83cm 2,ol287.1 cm132.49 cm 250i2.167 cm2考虑有221.5mm的栓孔减弱,净截面面积：An1083221.512567mm2An10832215.12567mmN118 .5110 3N209 . 01 N/2 mm310N/2 mm,所需截面合适；A n2 567 mm图 9 其余各杆件的截面挑选运算过程不作一一列出,运算结果详见表 2；表2 杆件截面挑选表杆内 力截 面 规 格面 积运算长度 /cm 回转半径 /cm maxmax应力件/KN 2 /cmloxloyxiyi/N/mm2 上弦-932.23 短肢相并44.52 150.80 301.60 2.56 6.85 58.91 150 0.743 281.82 2L140X90X10 13 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 14 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -下弦短肢相并1185.0174.2926.74 2L140X90X8 36.08 300.00 0 2.587 6.80 6 350 - 299.72 长肢相并aB -541.87 39.42 253.5 253.50 3.98 3.39 79.97 150 0.576 238.65 2L125X80X10 T 形截面Bc 420.30 2L80X5 15.82 208.64 260.80 2.48 3.71 84.13 350- 265.68 T 形截面cD -332.33 2L100X623.86 228.72 285.90 3.10 4.51 73.78 1500.622 223.93 De 226.03 T 形截面11.14 228.72 285.90 2.18 3.29 104.9350- 202.90 eF -150.28 2L70X415.82 250.32 312.90 2.48 4.51 2 1500.425 223.51 T 形截面100.9Fg -7.42 2L80X511.14 249.52 311.90 2.18 3.29 4 150- 65.86 T 形截面114.473.36 2L70X4 11.14 271.68 339.60 2.18 3.29 6 150 0.306 112.09 -38.21 T 形截面124.6gH Hi 38.85 2L70X4 11.14 269.60 337.00 2.18 3.29 2 150 0.312 238.97 -83.06 T 形截面123.6Aa 31.04 2L70X4 12.286 199.00 199.00 1.94 3.04 7 1500.415 59.92 T 形截面102.5-30.55 2L63X512.286 183.20 229.00 1.94 3.048 150 0.467 106.47 Cc -61.09 T 形截面94.43 2L63X5 Ee -61.09 T 形截面12.286 207.20 259.00 1.94 3.04 106.8150 0.390 127.50 2L63X5 0 14 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 15 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -T 形截面 119.1Gg -61.09 2L63X5 12.286 231.20 289.00 1.94 3.04 8 150 0.328 151.60 Ii 118.51 十字形截面10.83 287.10 287.10 2.167 2.167 132.4350 - 209.01 2L56X59 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：先依据腹杆的内力运算腹杆与节点板连接焊缝的尺寸,即 h f 和 l w,然后根据 wl 的大小按比例绘出节点板的外形和尺寸,最终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 f w200 N / mm 2；1、下弦节点“c” 图10 ：1 “ Bc” 杆与节点板的焊缝长度运算 : 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 : 3肢背 : l w 0.7 Nw 0.7 420.30 10 N2 131.3 mm,加 2 fh 后取 15cm2 h f f 2 0.7 8 mm 200 N / mm3肢尖：l w 0.3 Nw 0.3 420.30 10 N2 75.1 mm,加 2 fh 后取 9cm2 h f f 2 0.7 6 mm 200 N / mm2 “ Dc”杆与节点板的焊缝长度运算 : 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 : 3肢背 : l w 0.7 Nw 0.7 332.33 10 N2 103.9 mm,加 2 fh 后取 13 cm2 h f f 2 0.7 8 mm 200 N / mm3肢尖：l w 0.3 Nw 0.3 332.33 10 N2 59.3 mm,加 2 fh 后取 8cm2 h f f 2 0.7 6 mm 200 N / mm3 “ Cc”杆与节点板的焊缝长度运算：N=-61.09kN, 其 内 力 很 小 , 焊 缝 尺 寸 可 按 构 造 确 定 , 取 焊 脚 尺 寸 h f =6mm, 焊 缝 长 度l w 8 h f 48 mm ,取 wl 6 cm ； 4 节点板尺寸：依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15 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 16 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为 315mm× 380mm；下弦与节点板连接的焊缝长度为 380mm,h f =6mm；焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差N=704.37-288.96=415.41KN, 受力较大的肢背处的焊缝应力为：3f 0.75 415.41 10 N100.79 N / mm 2200 N / mm 2 焊缝强度满意要求；2 0.7 6 mm 380 mm 12 mm 图10 2、下弦节点“e” 图11 ：1 “ De” 杆与节点板的焊缝长度运算 : 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 : 3肢背 : l w 0.7 Nw 0.7 226.03 10 N2 70.63 mm,加 2 fh 后取 11cm2 h f f 2 0.7 6 mm 200 N / mm3肢尖：l w 0.3 Nw 0.3 226.03 10 N2 40.37 mm,加 2 fh 后取 6cm2 h f f 2 0.7 6 mm 200 N / mm2 “ eF” 杆与节点板的焊缝长度运算 : N=-150.28kN, 设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为 8mm和6mm.所需焊缝长度为 : 3肢背 : l w 0.7 Nw 0.7 150.28 10 N2 47.0 mm,加 2 fh 后取 8 cm2 h f f 2 0.7 8 mm 200 N / mm3肢尖：l w 0.3 Nw 0.3 150.28 10 N2 26.8 mm,加 2 h f 后取 5cm2 h f f 2 0.7 6 mm 200 N / mm16 细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 17 页,共 28 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -3 “ eE” 杆与节点板的焊缝长度运算 : 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 h f =6mm, 焊 缝 长 度l w 8 h f 48 mm , 取 wl 6 cm ；4 节点板尺寸：依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,按比例绘出节点详图,从而确定节点板尺寸为 280mm× 310mm；下弦与节点板连接的焊缝长度为 310mm,h f =6
