钢结构普通钢桁架设计要点

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2454m m ⨯，地区雪压20.7kN m ，基本风压为20.45kN m ，分项系数为1.4，冬季室外计算温度为0

20C -，不考虑地震设防。 1.2钢材选用235Q BF -，焊条采用43E 型，手工焊；上弦坡度110i =，端部高度02H m =，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 0.352kN m 20mm 厚水泥砂浆找平层 0.42kN m 150mm 厚加气混凝土保温层 0.42kN m 1.5⨯6m 大型屋面板和灌缝 1.62kN m

吊顶 0.42kN m

屋架支撑自重为0.12+0.011L 0 0.3842kN m 活荷载标准值：

雪荷载 0.72

kN m 屋面活荷载 0.642kN m 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: 02420.1523.7l m =-⨯=

跨中及端部高度

桁架的中间高度： 3.2h

m =

在23.7m 的两端高度： 2.015h m = 在24m 轴线处端部高度： 2.0h m = 桁架跨中起拱50mm （500L ≈）。

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 0.352kN m ⨯1.35=0.47252kN m 20mm 厚水泥砂浆找平层 0.42kN m ⨯1.35=0.542kN m 150mm 厚加气混凝土保温层 0.42kN m ⨯1.35=0.542kN m 1.5⨯6m 大型屋面板和灌缝 1.62kN m ⨯1.35=2.162kN m 吊顶 0.42kN m ⨯1.35=0.542

kN m

屋架支撑自重0.12 +0.011L 0 0.3842kN m ⨯1.35=0.51842

kN m

共 4.7712kN m

可变荷载：

雪荷载 0.72kN m ⨯1.4=0.982kN

m

3.4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) 1.5651.76kN F

=+⨯⨯=

（2）全垮恒荷载＋半跨活荷载 全跨节点永久荷载：

1

4.7711.5642.94kN F

=⨯⨯=

半跨节点可变和载：

2

0.981.568.82kN F

=⨯⨯=

（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： 3

0.46081.56 4.15kN F

=⨯⨯= （4）半跨节点屋面板自重及活荷载:

4

(1.920.98) 1.5626.1kN F

=+⨯⨯=

(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

k

N 1=51.76k

上 弦 杆

AB

0 0 BC CD -9.052 -468.53 DE EF -14.984 -775.57 FG GH -18.905 -978.52 HI -19.072 -987.22

IJ JK -19.48 -1008.28

下 弦 杆

ab

4.705 +243.53 bc 12.362 639.86 cd 16.76 867.5 de 18.724 969.15

ef 18.305 947.47

斜 杆

aB -10.601 -548.71 Bb 8.732 451.97 bD -7.403 -383.18 Dc

5.619 290.84 cF -4.415 -228.52 Fd 2.973 153.88 dH -1.845 -95.5 He 0.654 44.19 eg 1.122 124.8 gK 1.798 111.61 gI

0.613 31.73 竖 杆

Aa -0.5 -25.88 Cb Ec

-1.0

-51.76

Gd Jg -1.0 -51.76 Ie -1.5 -77.64 Kf

3.5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。ox L =1206mm,

oy L =3618mm.Q235钢f=215N/mm 2，压杆[]λ=150。因oy L /ox L =3，故采用短边相拼的不等边角钢T 形

截面，整体稳定系数ϕ按b 类查。

经计算选用规格为┐┌ 180⨯125⨯12（A=7582mm 2

, x i =35．7mm, y i =96. 1mm ）

可得到 x λ=1206/35.7=33.78< []λ=150 y λ=3618/96.1=37.65 < []λ=150 由max λ=37.65, 查得b 类ϕ=0.870，即代入稳定条件

σ=N/(ϕA)=1008280/(0.870⨯7582.4)=152.85N/mm 2

< 215 N/mm

2

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。ox L =3000mm,

oy L =1485mm.

Q235钢f=215N/mm 2

，压杆[]λ=350。因oy L >>ox L ，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ϕ按b 类查。 需要的净截面面积为 A n =N/f=969150/215=4508 mm 2

选用规格为┐┌ 180 ⨯110⨯12（A=6742mm 2

, x i =31.0mm, y i =87.6mm ）

可得到 x λ=3000/31.0=97< []λ=350 y λ=14850/87.6=170 < []λ=350 满足要求。

3.5.3腹杆 ① aB 杆

N aB =-548。7N , ox L =oy L =2535mm

选用┐┌ 140⨯90⨯10（A=4452mm 2

, x i =44.7mm, y i =33.74mm ），长肢相拼