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钢结构桁架设计计算书

renchunmin

一、设计计算资料
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：
长尺复合屋面板能够不考虑搭接需要，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。
因此，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，因此负风压标准值（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

杆件
组合一（kN）
组合二（kN）
组合三(kN)
内力设计值（kN）
在左
在右
在左
在右
下弦杆
ab
0
0
0
0
0
0
bd
305.41
264.8
198.92
250.32
160.94
305.41
df
509.65
433.28
340.56
406.03
280.26
509.65
fh
621.77
515.15
428.93
477.12
360.15
621.77
hj
661.58
529.05
475.48
481.77
409.1
661.58
jk
643.58
488.6
488.6
433.32
433.32
643.58
上弦杆
AB
-160.68
-140.5
-103.47
-133.3
-83.07
-160.68
BC
-160.68
-140.5
-103.47
-133.3
-83.07
-160.68
CD
-421.08
-361.73
-277.62
-340.56
-226.45
-421.08
DE
-421.08
-361.73
-277.62
-340.56
-226.45
-421.08
EF
-576.56
-484.34
-391.09
-451.44
-324.94
-576.56
FG
-576.56
-484.34
-391.09
-451.44
-324.94
-576.56
GH
-650.52
-530.31
-457.43
-487.43
-388.55
-650.52
HI
-650.52
-530.31
-457.43
-487.43
-388.55
-650.52
IJ
-659.88
-515.56
-486.4
-464.07
-424.51
-659.88
JK
-659.88
-515.56
-486.4
-464.07
-424.51
-659.88
竖杆
Aa
-196.2
-172.79
-125.12
-164.44
-99.76
-196.2
Bb
-19.56
-19.57
-10.13
-19.57
-6.77
-19.57
Dd
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Ff
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Hh
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Jj
-19.62
-19.62
-10.17
-19.62
-6.8
-19.62
Kk
0
0
0
0
0
0
斜杆
Ab
239.89
209.76
154.48
199.01
124.02
239.89
Cb
-214.95
-184.62
-141.76
-173.8
-115.65
-214.95
Cd
170.79
143.1
116.21
133.22
96.75
170.79
Ed
-138.86
-112.2
-98.64
-102.69
-84.29
-138.86
Ef
103.15
78.64
77.99
69.89
69.01
103.86
Gf
-75.17
-51.41
-62.72
-42.94
-58.28
-75.17
Gh
45.71
23.72
45.69
15.88
45.68
45.71
Ih
-20.38
1.03
-31.98
8.67
-36.12
8.67 -36.12
Ij
-4.33
-24.27
17.69
-31.38
25.54
25.54 -31.38
Kj
27.84
47.33
-5.06
54.28
-16.79
54.28 -16.79

将上表中每根杆件的内力最大值选出，即得到最不利内力组合，如下图：

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（支座节点板比其它节点板厚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<239.89KN＜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

杆 件
计算内力(N)
几何长度(mm)
计算长度(mm)
截面规格
截面面积(cm2)
回转半径(mm)
长细比
容许长细比
稳定系数
验算强度N/An 或整体稳定N/(φmin A)
填板数量
焊缝(mm)
名称
编号
l0x
l0y

A
ix
iy
λx
λy(λyz)
[λ]
φmin

hf
l1
l2
上弦杆
AB
-660
1502
1502
4506
2∠ 140×90×10
44.5
2.56
6.69
58.67
67.35
150
0.77
193.24
1
8
70
50
BC
1
8
70
50
CD
1
8
180
60
DE
1
8
180
60
EF
1
8
250
90
FG
1
8
250
90
GH
1
8
280
100
HI
1
8
280
100
IJ
1
8
280
100
JK
1
8
280
100
下弦杆
ab
662
3000
3000
14850
2∠ 125×80×8
32
2.28
6
131.58
247.5
350

206.89
1
8
50
50
bd
1
8
130
50
df
1
8
220
80
fh
1
8
270
90
hj
1
8
280
100
jk
1
8
270
90
受压腹杆
Aa
-196
1500
1500
1500
2∠ 75×50×8
18.9
2.35
2.19
63.83
68.49
150
0.76
136.35
2
8
90
50
Bb
-19.6
1568
1254
1568
2∠ 56×36×4
7.18
1.79
1.61
70.06
97.39
150
0.57
47.73
3
4
50
50
Cb
-215
2223
1778
2223
2∠ 75×50×8
18.9
2.35
2.19
75.66
101.51
150
0.55
207.92
3
8
90
50
Dd
-19.6
1718
1374
1718
2∠ 56×36×4
7.18
1.79
1.61
76.76
106.71
150
0.51
53.27
3
4
50
50
Ed
-139
2336
1869
2336
2∠ 75×50×8
18.9
2.35
2.19
79.53
106.67
150
0.51
142.68
3
8
60
50
Ff
-19.6
1868
1494
1868
2∠ 56×36×4
7.18
1.79
1.61
83.46
116.02
150
0.46
59.66
3
4
50
50
Gf
-75.2
2454
1963
2454
2∠ 70×45×4
9.09
2.26
1.92
86.86
127.81
150
0.4
207.69
4
4
70
50
Hh
-19.6

1614

2∠ 56×36×4
7.18
1.79
1.61
90.17
125.34
150
0.41
66.81
4
4
50
50
Ih
-36.1
2573
2058
2573
2∠ 70×45×4
9.09
2.26
1.92
91.06
134.01
150
0.37
107.35
4
4
50
50
Ij
-31.4
2573
2058
2573
2∠ 70×45×4
9.09
2.26
1.92
91.06
134.01
150
0.37
93.26
4
4
50
50
Kj
-16.8
2697
2158
2697
2∠ 70×45×4
9.09
2.26
1.92
95.49
140.47
150
0.34
53.83
4
4
50
50
Kk
0
2243
1794
2243
2∠ 56×36×4
7.18
1.79
1.61
100.22
139.32
150
0.35
0.00
4
4
50
50
受拉腹杆
Ab
240

1614

2∠ 50×6
11.4
1.52
2.4
106.18
84.08
350

210.87
2
6
140
50
Cd
171
2225
1780
2225
2∠ 50×6
11.4
1.52
2.4
117.11
92.71
350

150.13
2
6
100
50
Ef
104
2335
1868
2335
2∠ 45×4
6.97
1.38
2.16
135.36
108.10
350

148.97
2
4
90
50
Gh
45.7
2454
1963
2454
2∠ 45×4
6.97
1.38
2.16
142.25
113.61
350

65.56
2
4
50
50
Ih
8.67
2573
2058
2573
2∠ 45×4
6.97
1.38
2.16
149.13
119.12
350

12.44
2
4
50
50
Ij
25.5
2573
2058
2573
2∠ 45×4
6.97
1.38
2.16
149.13
119.12
350

36.63
2
4
50
50
jK
54.3
2697
2158
2697
2∠ 45×4
6.97
1.38
2.16
156.38
124.86
350

77.85
2
4
50
50
jK,Ij,Ih 为既受拉又受压杆件，截面根据所得的截面面积最大值取值

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

杆件
杆件长度
角钢连接边宽度
填板厚度
填板宽度
填板高度
i(cm)
数量
实际间距
允许间距
上
AB
1352
90
8
60
110
6.69
1
1352
2676
弦
杆
其余上弦杆
1502
90
8
60
110
6.69
1
1502
2676
下
ab
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200
弦
bd
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200
杆
df
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200

fh
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200

hj
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200

jk
3000
80
8
60
100
6
1
3000
3200
受
Aa
1500
75
8
60
95
2.19
2
750
876
压
Bb
1568
56
8
60
76
1.61
3
523
644
腹
Cb
2223
75
8
60
95
2.19
3
741
876
杆
Dd
1718
56
8
60
76
1.61
3
573
644

Ed
2336
75
8
60
95
2.19
3
779
876

Ff
1868
56
8
60
76
1.61
3
623
644

Gf
2454
70
8
60
90
1.92
4
614
768

Hh

56
8
60
76
1.61
4
505
644

Ih
2573
70
8
60
90
1.92
4
643
768

Ij
2573
70
8
60
90
1.92
4
643
768

Kj
2697
70
8
60
90
1.92
4
674
768

Kk
2243
56
8
60
76
1.61
4
561
644
受
Ab

50
8
60
70
2.4
2
1009
1920
拉
Cd
2225
50
8
60
70
2.4
2
1113
1920
腹
Ef
2335
45
8
60
65
2.16
2
1168
1728
杆
Gh
2454
45
8
60
65
2.16
2
1227
1728

Ih
2573
45
8
60
65
2.16
2
1287
1728

Ij
2573
45
8
60
65
2.16
2
1287
1728

jK
2697
45
8
60
65
2.16
2
1349
1728
jK,Ij,Ih 为既受拉又受压杆件，填板根据最大者取值

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、吊装等条件的限制，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。