18米跨度钢结构带节点详图.docx

一、设计资料：
1.某厂房总长度60m，跨度为18m.，柱距6m。车间内设有两台30/5吨中级工作制吊车。屋架端高1900mm,屋面坡度为1/10,置于钢筋混凝土柱上，上柱截面400x400，柱的混凝土强度等级为C25，无檩屋盖体系，采用1.5×6.0m。计算最低温度-200C。采用1.5×6.0m预应力混凝土大型屋面板和卷材屋面。

二、结构形式与布置图：
屋架支撑布置图如下图所示。
2800
0061

a.18米跨屋架(几何尺寸) b.18米跨屋架全跨单位荷载
作用下各杆件的内力值

c . 18米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

四、荷载计算与组合
1、荷载计算
预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡×1.35=1.89kN/m2
三毡四油防水层 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m2
找平层（20mm厚） 0.4kN/㎡×1.35=0.54kN/m2
泡沫混凝土保温层 （80mm） 0.48kN/㎡×1.35=0.648kN/m2
钢屋架和支撑自重 （0.12+0.011×30）×1.35=0.608kN/㎡
管道荷载 0.1×0.35=0.135 kN/㎡
永久荷载总和 4.361 kN/㎡
屋面活荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡
积灰荷载 0.5×1.4=0.7kN/㎡
可变荷载总和 1.4 kN/㎡

2、荷载组合
计算屋架杆内力时，应考虑如下三种荷载组合：
1全跨永久荷载+全跨可变荷载
F=（4.361+1.4）×1.5×6=51.849kN
2全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
F1=4.361×1.5×6=39.249 kN
半跨节点可变荷载：
F2=1.4×1.5×6=12.6 kN
3全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载
全跨节点屋架自重：
F3=0.608×1.5×6=5.47kN
半跨节点屋面板自重及活荷载：
F4=（1.89+0.5）×1.5×6=21.51 kN

屋架杆件内组合表
注：表内负责表示压力：正值表示拉力。 表1
杆件
名称
内力系数(F=1)
第一种
组 合
F
第二种组合
第三种组合
计算杆件内力/KN
全跨
左半
全跨
右半
全跨
F1
F1
F3
F3
上
弦
AB
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
BCD
-6.22
-4.37
-1.85
-332.82
-300.19
-255.72
-126.17
-65.81
-332.82
DEF
-8.99
-5.64
-3.36
-481.13
-421.91
-381.71
-166.04
-111.48
-481.13
FG
-9.10
-4.55
-4.55
-486.96
-406.68
-406.68
-140.44
-140.44
-486.96
下

弦
a-c
3.47
2.54
0.93
185.65
169.19
140.89
72.74
34.34
185.65
c-e
7.96
5.33
2.64
425.97
379.45
332.03
155.03
90.68
425.97
e-g
9.28
5.31
3.97
496.43
426.45
402.72
159.27
127.08
496.43
斜腹杆
aB
-6.50
-4.75
-1.75
-347.86
-317.02
-264.00
-136.31
-64.34
-347.86
Bc
4.74
3.16
1.58
253.54
225.65
197.83
92.00
54.25
253.54
cD
-3.38
-1.86
-1.52
-180.94
-154.12
-148.09
-56.28
-48.09
-180.94
De
1.88
0.54
1.34
100.79
77.09
91.27
19.45
38.69
100.79
eF
-0.69
0.62
-1.31
-36.92
-13.89
-47.76
12.34
-33.63
-47.76
12.34
Fg
-0.46
-1.63
1.17
-24.72
-45.36
4.07
-40.67
26.41
-45.36
4.07
竖杆
Aa
-0.50
-0.50
0.00
-26.75
-26.75
-17.93
-13.70
-1.73
-26.75
Cc
-1.00
-1.00
-1.00
-53.50
-53.50
-53.50
-27.40
-27.40
-53.50
Ee
-1.00
-1.00
-1.00
-53.50
-53.50
-53.50
-27.40
-27.40
-53.50
Gg
0.81
0.46
0.41
43.44
37.23
36.28
13.82
12.53
43.44
1、上弦杆(FG杆)；
整个上弦杆采用相同一截面，按最大内力计算，N=486.96kN（压）。
上弦杆计算长度：
在桁架平面内，为节间轴线长度：
在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：
因为，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并(详见图3)。
腹杆最大内力N=347.86KN，查表9.6.4，节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度用12mm。
设λ=60，查附录4得
需要截面积

需要回转半径：
，
根据需要A、、的查角钢型钢规格表(附录8)，选2L125×80×10，A=3942，=2.26cm、=6.11cm，按所选角钢进行验算：

，
满足允许长细比：<[λ]=150的要求。
截面在x和y平面皆属b类，由于，只需求。
查(附录4)轴心受力稳定系数表得。
，所选截面合适。
2、下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大的内力eg杆计算:N=496.43kN（拉）
计算长度：屋架平面内取节点间轴线长度：
屋架平面外根据支撑布置取：
计算所需要净截面面积为：

选用2L125×80×7。因为，故用不等肢角钢，短肢相并(见图4)所示。

A=28.19cm2>23.09cm2,。

按所选角钢进行截面验算，取
，
，
所选取的截面满足要求。
3、端斜杆(aB杆)：
杆件轴力：N=347.86KN(压)，
计算长度:因为，故采用不等肢角钢，长肢相并，使。选用角钢2L×125×80×7，详见图5所示。

A=28.19cm2,。
截面刚度和稳定性验算：
，
，因为，只求：

，所需截面合适。
4、斜腹杆(eF、fg)
杆件内力：二杆可以选择内力较大杆件进行计算。
计算长度：,
内力较小，按选择，需要的回转半径为：
。
查型钢表(附录8)，选项截面的和比上述计算的和略大些。选用2L63×5，得截面几何特性：A=12.286cm2,
，
，因为，只求：
查附表4.2得
，

，所需截面合适。
5、中竖杆(Ee杆)：
杆件轴力：N=53.50KN(压)，
计算长度: ,
内力较小，按选择，需要的回转半径为：
。
查型钢表(附录8)，选项截面的和比上述计算的和略大些,选用2L56×5，得截面几何特性：A=10.83cm2,
，
，因为，只求：
查附表4.2得
，所需截面合适。
其余各杆件的截面选择计算过程不作一一列出，计算结果详见表2。
杆件截面选择表 表2
杆
件
内 力
/KN
截 面 规 格
面 积
/cm2
计算长度/cm
回转半径/cm

应力
/(N/mm2)

上
弦
-486.96
短肢相并
2L125X80X10
39.42
150.75
301.5
2.26
6.11
132.74
150
0.771
160.22
下
弦
496.43
短肢相并
2L125X80X7
28.19
300.00
600.00
2.298
6.04
130.55
150
-
176.1
aB
-347.86
长肢相并
2L125X80X7
28.19
253.00
253.00
4.02
3.33
75.98
150
0.714
172.83
Bc
253.54
T形截面2L63X5
12.29
209.04
261.30
1.94
2.96
107.75
150
-
206.30
cD
-180.94
T形截面
2L75X5
14.82
229.12
286.40
2.32
3.43
90.10
150
0.620
196.92
De
100.79
T形截面
2L50X5
2.96
229.12
286.40
1.53
2.45
149.75
150
-
104.88
eF
-47.76
T形截面
2L63X5
12.29
249.92
312.40
1.94
2.96
128.82
150
0.393
98.88
12.34
Fg
-45.36
T形截面
2L63X5
12.29
249.92
312.40
1.94
2.96
128.82
150
0.393
93.91
4.07
Aa
-26.75
T形截面
2L70X5
12.29
199.00
199.00
1.53
2.45
130.07
150
0.387
71.93
Cc
-53.50
T形截面
2L56X5
10.83
183.20
229.00
1.72
2.69
106.51
150
0.514
96.11
Ee
-53.50
T形截面
2L56X5
10.83
207.20
259.00
1.72
2.69
120.47
150
0.435
113.56
Gg
43.44
T形截面
2L63X5
12.29
260.10
260.10
1.94
2.96
134.07
150
-
35.35
五、节点设计：
本设计采用E43焊条，角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值。各杆件内力由表1查得，最小焊缝长度应小于8。
1、下弦节点c点(详见图7)：

(1)、斜杆Bc与节点的连接焊缝计算:N=253.54KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm.所需焊缝长度为:
肢背:取
肢尖：取
(2)、斜杆Dc与节点的连接焊缝计算:N=180.94KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm.所需焊缝长度为:
肢背:取
肢尖：取
(3)、竖杆Cc与节点板连接焊缝计算：N=53.5KN
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度
(4)、下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差
△N=425.97KN-186.65=239.32KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
肢背:取
肢尖：取
(5)、节点板尺寸：根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290mm×420mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为420mm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=425.97KN-186.65=239.32KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：
焊缝强度满足要求。
2、下弦节点e点(详见图7-1)：
(1)、斜杆eD与节点的连接焊缝计算:N=100.79KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm.所需焊缝长度为:
肢背:取
肢尖：取
(2)、斜杆eF与节点的连接焊缝计算:N=47.76KN
设肢背与肢尖的焊角尺寸分别为6mm和5mm.所需焊缝长度为:
肢背:取
肢尖：取
(3)、竖杆eE与节点板连接焊缝计算：N=53.5KN
因为其内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度
(4)、下弦杆与节点板连接焊缝计算：焊缝受力为左右下弦杆的内力差
△N=496.43KN-425.97KN=70.46KN，设肢尖与肢背的焊脚尺寸为6mm，所需焊缝长度为：
肢背:取
肢尖：取
(5)、节点板尺寸：根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230mm×330mm。
下弦与节点板连接的焊缝长度为420mm，=6mm。焊缝所受的力为左右两下弦杆的内力差△N=496.43KN-425.97KN=70.46KN,受力较大的肢背处的焊缝应力为：
焊缝强度满足要求。
3、上弦节点B点如(详见图8)：

(1)、斜杆Bc与节点板连接焊缝计算，与下弦节点c中的cB杆计算相同。
(2)、斜杆Ba与节点板连接焊缝计算，N=347.86KN
设肢背与肢尖的焊脚尺寸分别为：10mm和6mm。所需焊缝长度为：
肢背:取
肢尖：取
(3)、上弦杆与节点板连接焊缝计算：为了便于在上弦上搁置大型屋面板，上弦节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，用槽焊缝将上弦角钢和节点板连接起来。槽焊缝可按两条焊缝计算，计算时可略去屋架上弦坡度的影响，而假定集中荷载F与上弦垂直。上弦肢背槽焊缝内的应力为：(节点板厚度)=×12mm=6mm，，，上弦与节点板间焊缝长度为400mm。
节点荷载由槽焊缝承受，上弦两相邻节间内力差由角钢肢尖焊缝承受，这时槽焊缝肯定是安全的，可不必须验算。肢尖焊缝验算为：

，满足要求。
(4)、节点板尺寸：根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290mm×410mm。
4、屋脊节点“G”(详见图9)：

(1)、弦杆一般都采用同号角钢进行拼接，为使拼接角钢与弦杆之间能够密合，并便于施工焊接，需将拼接角钢的尖角削除，且截支垂直肢的一部分宽度(一般为t++5mm)。拼接角钢的这部分削弱，可以靠节点板来补偿。接头一边的焊缝长度按弦杆内力计算。N=486.96KN，设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则所需焊缝计算长度为(一条焊缝)：
，取
拼接角钢的长度取：2×150mm+50=350mm
(2)、弦杆与节点板的连接焊缝计算：上弦肢背与节点板用槽焊缝，假定节点荷载，验算从略。
上弦肢尖与节点板的连接焊缝，应按上弦内力的15%计算，N=486.96KN×15%=73.044KN。设焊肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，节点板长度为300mm，节点一侧弦杆焊缝的计算长度为：，焊缝应力为：

，满足要求。
(3)、中竖杆与节点板的连接焊缝计算：N=53.5KN，此杆内力很小，焊缝尺寸可按构造确定，取焊脚尺寸=5mm，焊缝长度。
5、下弦跨中节点“g”(详见图10)：
(1)、弦杆与拼接角钢连接焊缝计算：拼接角钢与下弦杆截面相同，传递内力N=496.43KN。
设肢尖、肢背焊脚尺寸为8mm，则需焊缝长度为：
，取。
拼接角钢长度不小于2×150mm+10=310mm。
肢尖节切去△=t++5=7+8+5=20mm,截面削弱△A=20×7=140mm2。
(切去部分满足要求)。
(2)、弦杆与节点板连接焊缝计算：按下弦杆内力的15%计算，N=496.43KN×15%=77.465KN。
设肢背、肢尖焊脚尺寸为6mm，弦杆一侧需焊缝长度为：
肢背:取。
肢尖：按构造要求。
(3)、腹杆与接点板连接焊接缝计算：
计算过程与以上几个节点相同，本设计省略计算(因内力较小可按构造要求)。
因桁架的跨度较大，需将桁架分成两个运输单元，在屋脊节点和下弦跨中节点设置工地拼接，左半边的上弦、斜杆和竖杆与节点板连接用工厂焊缝，而右半边的上弦、斜杆与节点板的连接用工地焊缝。
6、端部支座节点a(详见图11)

为了便于施焊，下弦杆角钢水平肢的底面与支座板的净距离取160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋的高度与节点板的高度相等，厚度同端部节点板为12mm。
(1)、支座底板计算：
支座反力R=53.50KN×5+2×0.5×53.50KN=321KN
取加筋肋的宽度为80mm，考虑底板上开孔，按构造要求取底板尺寸为280mm×380mm，如仅考虑有加劲肋部分的底板承受支座反力，则承压面积为：。
验算柱项混凝土的抗压强度： (满足)。式中：为混凝土强度设计值，对C30混凝土，。
底板的厚度按支座反力作用下的弯矩计算，节点板和加筋肋将底板分为四块，每块板为两边支承而另两块相仿边自由的板，第块板的单位宽度的最大弯矩为：
式中，为底板下的平均应力为：。
为两支承边之间的对角线长度：
为系数，由查表8.4.1而定，b1为两支承边的相交点到对角线的垂直距离(如图11所示)。由相似三角形的关系，得：，，查表得。

底板厚度，取t=15mm。
(2)、加筋肋与节点板的连接焊缝计算：
加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，偏于安全地假定一个加劲肋的受力为桁架支座反力的1/4，则焊缝受力：

设焊缝尺寸为6mm，焊缝长度210mm,

加筋肋肋不210mm即可。
(3)、节点板加筋肋与底板的连接焊缝计算：
设底板连接焊缝传递全部支座反力R=321KN，其中每块加劲肋各传1/4R=80.25KN，节点板传递R/2=40.125KN。
节点板与底板的连接焊缝长度：
所需焊脚尺寸：
，取=6mm
每块加劲肋与底板的连接焊缝长度为：
所需焊脚尺寸：
，取=6mm。
节点板、加筋肋与底板的连接焊缝总长度：
，
验算焊缝应力：
，满足要求。
六、施工图(详见施工图纸)：