钢结构普通钢桁架设计

24m普通钢屋架设计（4）~1~普通钢桁架设计第一章．设计资料1.1设计一房屋跨度为24m的钢屋架，房屋平面尺寸为2454mm，地区雪压20.7kNm，基本风压为20.45kNm，分项系数为1.4，冬季室外计算温度为020C，不考虑地震设防。1.2钢材选用235QBF，焊条采用43E型，手工焊；上弦坡度110i，端部高度02Hm，每端支座缩进0.15m,下弦起拱50mm。1.3荷载恒荷载标准值：SBS沥青改性卷材0.352kNm20mm厚水泥砂浆找平层0.42kNm150mm厚加气混凝土保温层0.42kNm1.56m大型屋面板和灌缝1.62kNm吊顶0.42kNm屋架支撑自重为0.120.011L00.3842kNm活荷载标准值：雪荷载0.72kNm屋面活荷载0.642kNm注：雪荷载和屋面活荷载（二者取大值）第二章．设计步骤2.1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；2.2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；2.3杆件截面选择，按轴心受力构件（拉或压）进行设计；2.4焊缝计算，焊缝在轴心力作用下的强度计算；2.5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；2.6绘制屋架施工图。第三章．设计内容3.1杆件尺寸桁架计算跨度:02420.1523.7lm跨中及端部高度桁架的中间高度：3.2hm在23.7m的两端高度：2.015hm在24m轴线处端部高度：2.0hm桁架跨中起拱50mm（500L）。24m普通钢屋架设计（4）~2~3.2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3.3桁架荷载计算永久荷载：SBS沥青改性卷材0.352kNm1.35=0.47252kNm20mm厚水泥砂浆找平层0.42kNm1.35=0.542kNm150mm厚加气混凝土保温层0.42kNm1.35=0.542kNm1.56m大型屋面板和灌缝1.62kNm1.35=2.162kNm吊顶0.42kNm1.35=0.542kNm屋架支撑自重0.120.011L00.3842kNm1.35=0.51842kNm共4.7712kNm可变荷载：雪荷载0.72kNm1.4=0.982kNm3.4内力计算内力分析中，通常作如下假定：⑴所有荷载都作用在节点上；⑵所有杆件都是等截面直杆；⑶各杆轴线在节点处都能相交于一点；⑷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）全垮恒荷载＋全垮活荷载：全跨节点永久荷载及可变荷载(4.7710.98)1.5651.76kNF（2）全垮恒荷载＋半跨活荷载全跨节点永久荷载：14.7711.5642.94kNF半跨节点可变和载：24m普通钢屋架设计（4）~3~20.981.568.82kNF（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：30.46081.564.15kNF（4）半跨节点屋面板自重及活荷载:4(1.920.98)1.5626.1kNF(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。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=51.76k上弦杆AB00BCCD-9.052-468.53DEEF-14.984-775.57FGGH-18.905-978.52HI-19.072-987.22IJJK-19.48-1008.28下弦杆ab4.705+243.53bc12.362639.86cd16.76867.5de18.724969.15ef18.305947.47斜杆aB-10.601-548.71Bb8.732451.97bD-7.403-383.18Dc5.619290.84cF-4.415-228.52Fd2.973153.88dH-1.845-95.5He0.65444.19eg1.122124.8gK1.798111.61gI0.61331.73竖杆Aa-0.5-25.88CbEc-1.0-51.7624m普通钢屋架设计（4）~4~GdJg-1.0-51.76Ie-1.5-77.64Kf003.5杆件的截面选择(表2）3.5.1上弦杆整个上弦采用等截面，按最大内力N=-1008.28kN计算。oxL=1206mm,oyL=3618mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=150。因oyL/oxL=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。经计算选用规格为┐┌18012512（A=7582mm2,xi=35．7mm,yi=96.1mm）可得到x=1206/35.7=33.78=150y=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/(0.8707582.4)=152.85N/mm2215N/mm2满足要求。3.5.2下弦杆整个下弦采用等截面，按最大内力N=969.15N计算。oxL=3000mm,oyL=1485mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350。因oyLoxL，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=4508mm2选用规格为┐┌18011012（A=6742mm2,xi=31.0mm,yi=87.6mm）可得到x=3000/31.0=97=350y=14850/87.6=170=350满足要求。3.5.3腹杆①aB杆NaB=-548。7N,oxL=oyL=2535mm选用┐┌1409010（A=4452mm2,xi=44.7mm,yi=33.74mm），长肢相拼24m普通钢屋架设计（4）~5~可得到x=2535/44.7=56.71=150y=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)=155N/mm2215N/mm2满足要求。②Bb杆N=451.97kNoxL=2087mm,oyL=2609mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为An=N/f=439.9103/215=2046mm2选用┐┌708（A=2134mm2,xi=21.3mm,yi=33.0mm）可得到x=2087/21.3=98=350y=2609/33=79=350满足要求。③bD杆N=-383.18kNoxL=2288mm,oyL=2860mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用┐┌908（A=2788mm2,xi=27.6mm,yi=40.9mm），可得到x=2288/27.6=83=150y=2860/40.9=70=150由max=83,查得b类=0.668，即代入稳定条件=N/(A)=371.8103/(0.6682788)=199N/mm2215N/mm2满足要求。④Dc杆N=290.84kNoxL=2288mm,oyL=2860mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为An=N/f=280.7103/215=1306mm2选用┐┌705（A=1376mm2,xi=21.6mm,yi=32.4mm）可得到x=2288/21.6=106=350y=2860/32.4=88.3=350满足要求。⑤cF杆N=-228.52kNoxL=2495mm,oyL=3119mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=35024m普通钢屋架设计（4）~6~选用┐┌906（A=2128mm2,xi=27.9mm,yi=40.5mm），可得到x=2495/27.9=89=150y=3119/40.5=77=150由max=89,查得b类=0.628，即代入稳定条件=N/(A)=266.4103/(0.6282128)=202N/mm2215N/mm2满足要求。⑥Fd杆N=+153.88kNoxL=2495mm,oyL=3119mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为An=N/f=153.1103/215=712mm2选用┐┌636（A=1458mm2,xi=19.3mm,yi=29.8mm）可得到x=2495/19.3=129=350y=3119/24.5=105=350满足要求.⑦dH杆N=-95.5kNoxL=2708mm,oyL=3385mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用┐┌706（A=1632mm2,xi=21.5mm,yi=32.6mm），可得到x=2708/21.5=126=150y=3385/32.6=103=150由max=126,查得b类=0.406，即代入稳定条件=N/(A)=144.9103/(0.4061632)=218N/mm2=215N/mm2满足要求。⑧He杆N=-27.9kNoxL=2708mm,oyL=3385mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用┐┌635（A=1228mm2,xi=19.4mm,yi=29.6mm），可得到x=2708/19.4=139=150y=3385/29.6=114=150由max=139,查得b类=0.349，即代入稳定条件=N/(A)=0.438103/(0.3491228)=1.02N/mm2215N/mm2满足要求.⑨eg杆24m普通钢屋架设计（4）~7~N=+132.09kNoxL=2926mm,oyL=3657mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350需要的净截面面积为An=N/f=132090/215=614mm2选用┐┌635（A=1228mm2,xi=19.4mm,yi=29.6mm）可得到x=2926/19.4=151=350y=3657/29.6=124=350满足要求。⑩gK杆N=-47.43kNoxL=2926mm,oyL=3657mm.Q235钢f=215N/mm2，压杆=350选用┐┌705（A=1080mm2,xi=21.6mm,yi=32.4mm），可得到x=2926/21.6=135=150y=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)=120.31N/mm2215N/mm2满足要求。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计算长度/mm回转半径/mm长细比稳定系数应力设计值N/mm2oxLoyLxiyixyxy弦杆JKIJ-1008.28┐┌1801251275821206361835.796.133.7837.650.870152.85de969.15┐┌1801101267423000148531.087.697170210斜杆Aa-25.88┐┌125801039402087260939.833.163.4676.30.714192aB-548.7┐┌140901044522535253544.733.7456.7167.780.795206bB451.97┐┌70821342087260921.333.098790.668199Cb-51.76┐┌705