钢结构设计模板

1设计资料

1.1结构形式

某厂房跨度为24m，总长90m，纵向柱距6m，采用梯形钢屋架，无盖体系为无檩屋盖，钢筋混凝土柱，预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度为i=L/10。地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，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150/30t。

1.2屋架形式及选材

屋架跨度为24m，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。屋架采用的钢材及焊条为：设计方案采用Q345钢，焊条为E50型。

1.3荷载标准值

（1）永久荷载：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m2

水泥砂浆找平层 0.4 KN/m2

保温层 0.55KN/m2

一毡二油隔气层 0.05KN/m2

水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2

预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2

屋架及支撑自重(按经验公式L

.0+

=计算) 0.384KN/m2

12

q011

.0

（2）可变荷载：

屋面活荷载标准值： 0.7KN/m2

雪荷载标准值： 0.35KN/m2

积灰荷载标准值： 1.3KN/m2

2支撑布置

2.1桁架形式及几何尺寸布置

1990

1350

22902590289031902608

28

59

31

19

33

70

25

35

2859

3129

3396

150915

08150

A

a

c e

g

I

B C

D F

G H I 15008=12000

×150815081508150815

08

1508起拱50

24米跨屋架几何尺寸

A a

+4.73

0.000-8.72-13.53-15.26-14.71-14.71-8.87

-5.4

4

-2.46

+0

.02

-1.08

+6.88

+3.70

+1.11

-1.

08

-1.0-1.0-1.0-0.5+11.

53+14.65

+15.

17+15.17

c

e

g

I

B C D

E F

G H

I 0.5 1.0 1.0 1.

01.0

1.

0 1.0

1.

0 1.0

24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值

A

a

c

e

g

g'

e'

c'

a'+3.48

0.000-6.25

-9.04

-9.17

-7.38-6.09

-7.38

-4.49

-2.470.00

0.00

-6.

5

3

-3.1

4+0

.71

+1

.55

+1

.39

+1

.56

+1

.80

+2

.12

+4.76+1.

90-0.

45

-2.

47

-1.53

-1.

7

5

-2.03

-2.

34

-1.

0-1.

0-1.

00.00

+0.

970.

000.00

-0.5

+8.0

+9.34

+8.44+5.31+6.73+3.53

+1.25

B

C

D

E F G

H I H 'G 'F '

E 'D 'C 'B 'A '0.5 1.0

1.0

1.0

1.0

1.0 1.01.0

1.0

I i

24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值

2.2桁架支撑布置

根据车间长度90m ，屋架跨度m l 24=荷载情况以及吊车布置情况宜设置三道上、下弦横向水平支撑。考虑到柱网的布置情况，因为第一柱间间距小于6m ，因此厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。在第

一柱间的上弦设置刚性系杆保证安装时上弦的稳定，下弦设置刚性系杆以传递风荷载。在设置水平支撑的柱间，在屋架跨中及两端，两屋架间共设置三道垂直支撑。屋脊节点以及屋架支座处沿厂房通常设置刚性系杆，屋架下弦跨中通长设置一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架编号为2GWJ -，其余编号均为1GWJ -，其中屋架间距取15m ，两端和中间共8榀屋架。

2.3荷载计算

屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1.35换算为沿水平投影面分布的荷载。

标准永久荷载值：

三毡四油防水层： 1.35×0.4=0.54kN/m2

水泥砂浆找平层： 1.35×0.4=0.54kN/m2

保温层： 1.35×0.55=0.74kN/m2

一毡二油隔气层： 1.35×0.05=0.068kN/m2

水泥砂浆找平层： 1.35×0.3=0.405kN/m2

预应力混凝土大型屋面板： 1.35×1.4=1.89kN/m2

屋架及支撑自重： 0.518kN/m2

悬挂管道： 0.15kN/m2

共 4.701kN/m2可变荷载标准值：

屋面活荷载标准值（大于雪荷载）： 0.98kN/m2

积灰荷载标准值： 1.82kN/m2

共 2.66kN/m2 设计桁架时应考虑以下三种荷载组合：

2.4全跨永久荷载+全跨可变荷载

屋架上弦节点荷载（端点荷载取半）：

P=(4.701+2.66）×1.5×6＝66.249kN

2.5全跨永久荷载+半跨可变荷载

有可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：

=4.701×1.5×6＝42.336kN

P

1

无可变荷载作用屋架上弦节点处的荷载：

=2.66×1.5×6＝20.16kN

P

2

2.6全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载

全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载：P

=0.518×1.5×6＝4.662kN

3

作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载

=（1.958+1.12）×1.5×6＝27.702kN

P

4

3内力计算

经计算P=1作用于全跨、左半跨、和右半跨，屋架杆件内力系数，求出以上三种荷载组合下的杆件内力，列于表3.1所示，选取最大的杆件内力进行杆件设计。

表3.1 屋架杆件内力计算表

杆件名称

杆内力系数（P=1）内力组合

计算杆件内力/kN 全跨左半跨右半跨

第一种组合

P=86.16kN

N=P×①

第二种组合P1=52.56kN，P2=28.80kN 第三种组合P3=5.53kN，P4=32.02kN

N左=P1×①+P2×②N右=P1×①+P2×③N左=P3×①+P4×②N右=P3×①+P4×③

①②③

上弦杆

AB 0.0000.0000.0000.000.000.000.000.000.000 BC,CD -8.72-6.25-2.47-544.97-495.17-418.97-213.79-109.08-544.97 DE,EF -13.53-9.04-4.49-845.57-755.05-663.32-313.50-187.46-845.57 FG,GH -15.26-9.17-6.09-953.69-830.91-768.82-325.17-239.85-953.69 HI -14.71-7.38-7.38-919.32-771.54-771.54-273.02-273.02-919.32

下弦杆ac 4.73 3.48 1.25295.61270.41225.45118.4556.68295.61 ce 11.538.0 3.53720.58649.41559.30275.37151.54720.58 eg

14.65

9.34 5.31915.57808.52727.27327.03215.40915.57 gi 15.178.44 6.73948.06812.39777.91304.53257.16948.06

斜腹杆aB

-8.87 -6.53 -2.34

-554.34-507.17-422.69-222.25-106.17-554.34 Bc 6.88 4.76-2.12429.97387.23248.53163.94-26.65429.97 cD

-5.44 -3.14 -2.02

-339.98-293.61-271.03-112.35-81.32-339.98 De 3.70 1.90 1.80231.24194.95192.9369.8867.11231.24 eF

-2.46

0.71-1.75-153.74-89.83-139.438.20-59.95-153.74 Fg 1.11

-0.45

1.5669.3737.9278.44-7.2948.3978.44

6

gH 0.02 1.55-1.53 1.2532.09-30.0043.03-42.29-42.29 Hi -1.08-2.47 1.39-67.50-95.52-17.70-73.4633.47-95.52

竖杆Aa

-0.5 -0.5 0

-31.25-31.25-21.17-16.18-2.33-31.25 Cc

-1.0 -1.0 0

-62.50-62.50-42.34-32.36-4.66-62.50 Ee

-1.0 -1.0 0

-62.50-62.50-42.34-32.36-4.66-62.50 Gg -1.0

-1.0

0-62.50-62.50-42.34-32.36-4.66-62.50 Ii 00.970.970.0019.5619.5626.8726.8726.87

7

4杆件设计

4.1上弦杆

整个上弦架采用等截面，按杆件最大设计内力设计。

（受压）N N -948060-948.06kN ==

上弦杆计算长度：

在桁架平面内，为节间轴线长度：cm l ox 8.150=

在桁架平面外，根据支承布置及内力变化情况，取：cm l oy 300= 因为2l 0x ≈l 0y ，故截面宜采用两个不等肢角钢，短肢相并（图5.1）

腹杆最大内力N=-948.06k N ，查表得，节点版厚度选用10mm ，支座节点板厚度用12mm 。

设λ=60查附录得807.0=?。

需要截面积： A req =N/f=554300/（0.807×215）=3194.72mm 2

需要的回转半径： i=l ox /λ=1508/60=25.13mm ； i= l/＝3000/60＝50mm

根据需要的A ，ix ，iy 查角钢规格表，选2L125×80×10， A=2×19.7×100=3940mm 2、i x =22.6mm 、

i y =61.1mm

，按所选角钢进行验算：

截面验算：＝l/ i ＝1508/22.6=79.87<［］＝150(满足) y λ＝l/ i=3000/61.1=49.10<［］＝150(满足)

b/t=125/10=12.5＜0.58×3000/125=13.92

所以近似取==49.10＜=79.87，==79.87

查表4.2得＝0.688

由N/A=554300/(0.688×3940)＝204.48N/ <215(满足) 故上弦杆采用2 L125×80×10短肢相并

4.2下弦杆

整个下弦杆采用等截面，按最大内力N=948.06KN计算

l＝300cm l=1800/2=1200cm

由附表7.6选2 L125×80×12短肢相并a=10

A＝2×23.4＝46.8 cm，i ＝2.24cm ，i＝6.16cm

=948060/4680= 202.58N/ < 215(满足)

＝l/ i＝300/2.24=133.93<［］＝350(满足)

＝l/ i=1200/6.16=194.81<［］＝350(满足)

故下弦杆采用2 L125×80×12短肢相并，如下图：

4.3腹杆aB

N=-554.3KN，l

0x =0.8l=0.8×2535=2028mm，l

0y

=2535mm

选用截面2L90×12 a=10 截面几何特性：

几何面积：A=40.62cm2

回转半径：i

x =2.71cm，i

y

=4.17cm

长细比：

b/t=90/12=7.5＜0.58×253.5/9=16.3

故，

因>，只需求，查表得=0.722

则=554300/0.722×4062= 189N/ < 215(满足)

所以选择截面为2L90×12的等肢角钢，肢背间距为a=10mm，如下图：

4.4斜腹杆gH

按压杆计算：N=-42.29KN，l

0x =0.8×339.6=271.68cm，l

0y

=339.6cm，

选用截面2L63×6 a=10 截面几何特性：

几何面积：A=14.58cm2

回转半径：i

x =1.93cm，i

y

=2.98cm

长细比：

b/t=63/6=10.5＜0.58×339.6/6.3=31.3

故，

因>，只需求，查表得=0.342

则= 42290/0.342×1458= 84.81N/ < 215(满足) 按拉杆计算：

N=43.03KN

=43030/1458=29.52（满足）

所以采用等肢角钢2L63×6，如下图所示

4.5腹杆Bc

N=429.97KN，l

0x =0.8×260.8=208.6cm，l

0y

=260.8cm

选用截面2L90×8 a=10 截面集合特性：

几何面积：A=21.28cm2

回转半径：i

x =2.79cm，i

y

=4.05cm

长细比：

承载力验算：

=429970/2128=202.05N/mm2< 215(满足)

所以选择截面为2L90×8的等肢角钢，肢背间距为a=10mm，如下图：

其余截面选择见下表：

屋架杆件截面选用表

杆件名称杆

件

号

内力设

计值

（kN）

计算长度

所用截面

截面

积

(cm2)

计算

应力

（N/

cm2）

容许长

细比

[λ]

填板数l

0x

(m

m)

l

0y

(mm

)

上弦杆FG

、

GH

-953.6

9

1508 3000

2 L125×80×

10

39.4

204.

48

150

每节间

1

下弦杆gi 948.06 1500 12000

2 L125×80×

12

46.8

202.

58

350

每节间

1

腹杆aB

-554.3

4

2535 2535 2L90×12 40.62

189.

00

150 2 Bc 429.97 2086 2608 2L90×8 27.88

202.

05

350 2 cD

-339.9

8

2287 2859 2L90×12 40.62

127.

2

150 2

De 231.24 2287 2859 2L90×8 27.88 82.94 350 2 eF -153.74

2503 3129

2L90×12 40.62 62.56 150 2 Fg

78.44 2495 3119

2L90×8 27.88 28.13 350 2 gH -42.29 2717 3396 2L63×6 14.58 84.81 150 3 Hi -95.52 2696 3370 2L63×6 14.58 189.9 150 3 Aa -31.25 1990 1990 2L63×6 14.58 39.99 150 2 Cc -62.50 1832 2290 2L63×6 14.58 75.47 150 2 Ee -62.50 2072 2590 2L63×6 14.58 84.38 150 3 Gg -62.50 2312 2890 2L63×6 14.58 98.09 150 3 Ii

26.87 2891 2891

2L63×6

14.58

18.43

200

3

5节点设计

选用E50焊条，则焊缝的抗压、抗拉和抗剪强度设计值为：f 200/w f N mm =，设计时考虑无引弧的影响。

腹杆最大内力554.3KN ，查表7.4选用中间节点板厚度12mm ，支座节点板厚度14mm 。

① 、上弦“B ”节点（见附图） 计算腹杆的杆端焊缝。

N Ba =-554.34KN ；N Bc =429.97KN ；

设“Ba ”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为h f =10mm 和h f =8mm

2554340/320.710200210184.98w l =?????+?=肢背： 取190mm 1554340/320.7820028119.11w l =?????+?=肢尖： 取120mm

设“Bc ”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为h f =8mm 和h f =6mm

2429970/320.7820028179.68w l =?????+?=肢背： 取190mm 1429970/320.7620026118.64w l =?????+?=肢尖： 取120mm

验算上弦杆与节点板的连接

假定上弦杆的形心线至肢背的距离为30mm ，上弦节点板的上边缘缩进上弦肢背10mm ，肢背采用塞焊缝。

，由斜杆焊缝确定的节点板尺寸，得节点板长度是： 410mm ，则焊缝的计算长度为。 则肢背焊缝强度为：

肢尖焊缝承担上弦杆内力差

偏心力矩M=544970×95=36.41×10N/mm 选择，则

则肢尖焊缝强度为：

222

222136.59(

)()86.89141.72/200/1.22

f f f N mm N mm δτβ+=+=? 都满足要求。

② 下弦节点“c ”

N cD =-339.9KN ；N Bc =429.97KN ；N Cc =-62.50KN 计算腹板与节点板的连接焊缝

B-c 杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取h f1=10mm ，h f2=8mm ，则所需焊缝长度（考虑起灭弧缺陷）：

2429970/320.710200210147.97w l =?????+?=肢背： 取160mm 1429970/320.782002895.98w l =?????+?=肢尖： 取100mm 腹杆cD 杆肢背及肢尖焊脚尺寸分别取：h f1=10mm ，h f2=8mm

2339900/320.710200210121.16w l =?????+?=肢背： 取130mm 1339900/320.782002879.22w l =?????+?=肢背： 取90mm

Cc 杆因内力很小，焊缝尺寸可按构造确定为5mm 。 验算下弦杆与节点板的连接

内力差ΔN=720.58-295.61=424.97KN 。由斜腹杆焊缝决定的节点板尺寸，得实际节点板长度为430mm ，肢背及肢尖焊脚尺寸均取为6mm ，则计算长度l w =430-12=418cm 。肢背焊缝应力为：

③ 屋脊节点

弦杆杆端受力不大按照构造要求设置焊缝，取h f =5mm 。弦杆与节点板连接焊缝受力不大，按构造要求决定焊缝尺寸。上弦杆采用2L125×80×12拼接角钢采用与上线相同的角钢，热弯成型，拼接角钢除倒棱外，竖肢需切去，取，切肢后剩余高度为h-=75mm ，角焊缝用h f =8mm ，按轴心受压等强度设计。

则上弦杆件与拼接角钢肢尖在街头一侧的焊缝长度为:

712400

636.10.70.710200

w w

f f N l mm h f =

==??∑ 共有四条焊缝，认为平均受力，每条焊缝实际长度：

采用拼接角钢半长为179+5=184mm ，总长l=2184=368mm ，取实际长度为2200=400mm 。

④ 、支座节点“a ”

N Aa =-31.25KN 、N aB =-554.3KN 、N ac =295.61

1、 腹杆焊缝设计

a B 肢背取190mm ，h f1=10mm 肢尖取120mm ，h f2=8mm 。 Aa 杆内力较小取构造要求，h f2=5mm ，肢尖肢背取l=70mm 。 ac 杆设肢背焊缝厚度h f1=8mm ，h f2=6mm

2295610/320.7820028125.98w l =?????+?=肢背： 取140mm

1295610/320.762002685.31w l =?????+?=肢尖： 取100mm

2、根据端斜杆和下弦杆杆端焊缝，节点板采用—390×280×12。为便于施焊。且在支座设加 劲肋—140×12，高度为290mm 。 （1） 板底计算

支座反力：R=8×62.5=500KN

柱采用C30混凝土，所需板底净面积为 A n =500000/14.3=349.65cm 2 锚栓直径采用d=25mm ，锚栓孔直径为50mm ，则所需底板面积： A=A n +A 0=349.65+2×3×5+3.14×52/4=419.28cm 2

按构造要求采用底板面积a ×b=28×28=784cm 2>419.28cm 2，锚栓垫块采用—100×100×20，孔径26cm 。底板实际应力：

A n =784-2×3×5-3.14×52/4=734.4cm 2 q=500000/73440=6.81N/mm 2 a 1=（140-12/2）×√2=189.5mm b 1= a 1/2=94.8mm

b 1/a 1=0.5，查表得：?=0.056，则：

M= ?qa 2=0.056×6.81×189.52=13694.7Nmm 所需底板厚度：t===20.02mm

用t=22mm ，底板尺寸为280×280×22。 （2） 加劲肋与节点板连接焊缝计算：

一个加劲肋的受力为支座反力的1/4，则焊缝受力 V=R/4=500000/4=125000N e=b/4=7cm

M=125000×70=8750000N/mm

验算焊缝应力：加劲肋尺寸取为290×140×12。采用h f =6mm ，验算焊缝应力： 对V 对M

肢尖焊缝强度为q==90.00<160N/mm （3）、节点板、加劲肋与底板焊缝计算： 初选=10mm,

则实际焊缝总长度:

2a+2(b-t-2c)-12hf=2×(28+28-10-2×1.5)-12×1=84cm, 焊缝设计应力为：

=R/0.7hf=16.5N/<1.22×160=195.2N/。 底板详图：

附图节点大样：1、节点“B”详图：

3、节点“c”详图：

5、节点“a”