1、1一、设计资料某车间跨度为 24m，厂房总长度 90m，柱距 6m，车间内设有两台300/50kN 中级工作制吊车（参见平面图、剖面图） ，工作温度高于-20，无侵蚀性介质，地震设防烈度为 6 度，屋架下弦标高为 12.5m；采用 1.56 m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，级防水，卷材屋面，屋架采用梯形钢桁架，两端铰支在钢筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸为 400400mm，混凝土强度等级为 C25，屋架采用的钢材为 Q235B 钢，焊条为 E43 型。2屋架形式3荷载（标准值）永久荷载：改性沥青防水层 0.35kN/m220 厚 1:2.5 水泥砂浆找平层 0.4kN/m2100 厚泡沫混
2、凝土保温层 0.6kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.4kN/m2屋架和支撑自重为 （0.120+0.011L）kN/m 2可变荷载基本风压： 0.35kN/m2基本雪压：（不与活荷载同时考虑） 0.45kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2不上人屋面活荷载 0.7kN/m2二、结构形式及支撑布置桁架的形式及几何尺寸如下图 2.1 所示图 2.1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置如图 2.2 所示19501203 5015071507150786242398236342983298104图 2.2 桁架支撑布置符号说明：SC：上弦支撑； XC：下弦支撑； CC：垂直支撑GG：刚性系
3、杆； LG：柔性系杆桁 架 及 桁 架 上 弦 支 撑 布 置桁 架 及 桁 架 下 弦 支 撑 布 置垂 直 支 撑 1-垂 直 支 撑 2-5三、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。由于风荷载为 0.35kN/m2 小于 0.49kN/m2，故不考虑风荷载的影响。沿屋面分布的永久荷载乘以 换算为沿水平1cos1.04投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（ =0.12+0.011 跨度）计算，跨度单位为 m。wP标准永久荷载：改性沥青防水层 1.004x0.35=0.351kN/m220 厚 1:2.5
4、水泥砂浆找平层 1.004x 0.4=0.402kN/m2100 厚泡沫混凝土保温层 1.004x 0.6=0.602kN/m2预应力混凝土大型屋面板（包括灌缝） 1.004x 1.4=1.406kN/m2屋架和支撑自重为 0.120+0.011x24=0.384kN/m2_共 3.145kN/m 2标准可变荷载：屋面活荷载 0.7kN/m2积灰荷载 0.75kN/m2_共 1.45kN/m 2考虑以下三种荷载组合 全跨永久荷载+全跨可变荷载 全跨永久荷载+半跨可变荷载 全跨桁架、天窗架和支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载效应控制的组合）全跨节
5、点荷载设计值： 22 2F.3514kNm.407.kNm1.409.75kNm6.89（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨永久荷载设计值：对结构不利时：（按永久荷载效应控制的组合）21,2F.354kN1.5638.21kN（按可变荷载效应控制的组合）21,2.m976对结构有利时： 213F.045kNm1.628.31kN，半跨可变荷载设计值： 222,1F.47.k.97.5=68N（ 按 永 久 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ）22,.0.51.673k（ 按 可 变 荷 载 效 应 控 制 的 组 合 ）（3）全跨桁架包括支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载效
6、应控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时： 23,1F.2084kNm1.56=4.1kN对结构有利时： , 3半跨节点屋面板自重及活荷载设计值： 224F1.k1.407k1.56=2.94k四、内力计算荷载组合（1）计算简图如图 4.1，荷载组合（2）计算简图如图 4.2，荷载组合（3）计算简图如图 4.3.图 4.1 荷载组合（1）图 4.2 荷载组合（2）图 4.3 荷载组合 4.3由电算先解得 F=1 的桁架各杆件的内力系数（F=1 作用于全跨、走半跨和右半跨） 。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见附表 1F12/12F12F12/F1/21F11F3/243
7、4F3434F34/2F3/23F33F/2FFF/2FABCDEGHIabcde7五、杆件设计（1）上弦杆整个上弦杆采用等截面，按 FG、GH 杆件的最大设计内力设计。N=788.27kN=788270N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度： 150.7cmoxl在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取： .342.oyl因为 =3 ，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。oxly腹杆最大内力 N=470.35kN 节点板厚度选用 10mm，支座节点板厚度用 12mm设 =60，选用角钢，为 b 类截面，查表得 。 0.87需要截面积： 2278NA45.6m0.15kf需要的回转半
8、径： 15.7cm.1c2. =7.546060oyox lli i，根据需要的 A、 、 查角钢规格表，选用xiy2 ， ， =2.85cm， =7.70cm，160253xiyi，按所选角钢进行验算：btcm16150.7cm2.86oxli 1bt610.5b.2oxl 24 4105103.73.7t. .76oyyzlt 60.25截面 和界面 都为 b 类截面，由于 ，只需要求 。查表的xyxyzy8=0.806。y2N78019.7A.653my25Nm故所选截面合适。（2）下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。N=779070N平面内的计算程度和平面外的计算长度分
9、别为：，30cmoxl185coyl所需截面面积： 2n279A36.5Nf选用 2 ， ， =2.56cm， =6.77cm，由于 ，140924xiyioyxl:故用不等肢角钢短肢相并185cm6.715oyyli30考虑到下弦有 的栓孔削弱，下弦净截面面积：2.5222A4.04mn22790N176.3mn215N所选截面合适。（3）端斜杆 aB杆件轴力： N=470.35kN=470350N计算长度 ，因为 ，故采用不等值角钢长肢相并。使249.coxyloxyl设 =60，查表得 。xyi0.87224350A710.9m.1kNf选用 2 ， ，249.cm60cxoil82A3
10、4， ，按所选角钢进行验算：3.831yi9249.cm6.738oxli 2bt820.4b1.6oyl 4 42 29.1.093yzoylt 80.76150截面 和界面 都为 b 类截面，由于 ，只需要求 。查表的xyxyzy=0.683。y22N47035174.0NmA.689y215故所选截面合适。（4）腹杆 He最大拉力： 21.46kN最大压力： 97.75kN按最大压力进行计算，设计计算值为 97.75kN。由于节点板的嵌固作用，桁架平面内的计算长度取 ，0.8329.5cm6.oxl节点板在桁架平面外的刚度很小，故桁架平面外的计算长度仍取节间距离，即。329.5cmoyl
11、设 =60，查表得0.8722N950A63.4m.1kf ， ，选用等肢角钢，0.8.3295cm6043xoxil.c05.9xoil2 ， ， ， ，按所选角钢进行验算：741.9cxi24y 210.9.8oxli 150 bt15.70.8b536.3oyl 4 42 2.79.07511yzoylt10 19.4150截面 和界面 都为 b 类截面，由于 ，只需要求 。查表的xyyzxx=0.433。x97502.6A.431xN215Nm由于腹杆压力大于拉力，故可不比验算拉应力。故所选截面合适。（5）腹杆 Bb腹杆拉力设计值为 N=357.85kN 2235780A164.mf选
12、用 2 组成梯形截面， ， ， ，按所8069.7cxi3.65cyi选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为 ，0.82.oxl，256.9cmoyl ， 083.2.47xi5056.9cm70.43oxli3502A1896.故所选截面合适。(6)竖杆 Ie竖杆拉力设计值： N=144.39kN 2214390A671.m5f选用 2 组成十字形截面， ， ， ，按所504 .54cxi.43cyi选截面进行验算：平面内的计算长度和平面外的计算长度分别为 ， ，0.826.oxl 08.1moyl ， 246.5cm10.oxli3531c4mxi352A792.11故所
13、选截面合适。其他腹杆：竖杆 Aa、Cb、Ec、Gd 选用 2 组成的十字形截面，腹杆 Db 选504用 2 短肢相并，腹杆 Dc、Fd、Hd 选用 2 组成的梯形截面，1409 704腹杆 Fc 选用 2 组成的梯形截面。经验算，所选截面都能满足要求。86各杆件的截面的选择见附表 2六、节点设计（1）下弦节点“b”有 E43 型焊条角焊缝的抗拉、抗压、和抗剪强度设计值 。2160Nmwf设“Bb ”杆的肢背和肢尖焊缝 ，则所需的焊缝长度为：8m6fh和肢背： ，加 后取 16cm 20.70.735N139.821wefNlh2fh肢尖： ，加 后取 10cm 2.3.87.m6efl f设“
14、Db”杆的肢背和肢尖焊缝尺寸分别为 ，所需的焊缝长度为：6fh和肢背： ，加 后取 14cm 20.750.75286N17.2m1wefNlh 2fh235.1357.89280.65.912肢尖： ，加 后取 7cm 20.250.2586N5.1m7m1wefNlh2fh“Cb”杆的内力很小，只需要按构造确定焊缝，取 。6fh根据上面求得的焊缝长度，并考虑杆件之间应有的间隙以及制作和装备等误差，按比例绘出节点详图，从而确定节点板的尺寸为 310mm 400mm。下弦与节点板的连接的焊缝长度为 400mm， 。焊缝所受的左右两mf下弦杆的内力差为 ，肢背的力最大，取肢N605.39k2.1
15、N370.8k背进行计算，则肢背处的焊缝应力为：2785.2.mf（ 4-） 216N焊缝强度满足要求。（2）上弦节点 B“Bb”杆与节点板的焊缝尺寸和节点“b”相同。“Ba”杆的肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为 ，所需的焊缝长度10mfh和 8为：肢背： ，加 后取 16cm 20.650.65473N36.521wefNlh 2fh肢尖： ，加 后取 11cm 2.3. 91.m8mefl f考虑焊缝长度，同时为了在上弦搁置屋面板，节点板的上边缘可缩进上弦肢背8mm，选择节点板尺寸为 295mm 480mm。用槽焊缝把上弦角钢和节点板连接起13来。验算上弦杆的焊缝：忽略桁架上弦坡度的影响，假定集
16、中荷载 F 与上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷载，肢尖承受左右弦杆的内力差。槽焊缝的计算焊角尺寸为 ， =8mm1105m22fh节 点 板 厚 度 fh由节点板的长度确定槽焊缝的长度为 480mm，22 212 22890.746N1. 1.0.70.55.6Nm2 209.6mm+4 8mm+15 2=481.2mm，合适。根据腹杆的内力，取节点板尺寸为 200mm 450mm，上弦与节点板之间的槽焊，假定承受节点荷载，计算长度为 450mm-2x15mm-4 ， =5mm，故计fhf算长度为 3800mm，节点荷载为 52.89kN，焊缝承受的剪应力： ，满足。2F52890N19.m20
17、.7.7m3f fwhl 2160N上弦肢尖与节点板的连接焊缝的内力计算值为上弦内力的 15%，设肢尖的焊缝 =8mm，节点板的长度为 200mm，则节点一侧弦杆的计算长度为：f，焊缝应力为：4501281942wl20.57N51.8mmNf26032.894Mf22 21.351. 1.8.fNf 2160Nm（8）支座节点“a”17腹杆“aB”的焊缝尺寸同节点“B”肢背： ，肢尖：10m 6cfwhl8mfh。节点板的厚度为 12cm，所确定的节点板尺寸如图 6.8.1，下弦杆焊1cwl脚尺寸为肢背： ，肢尖： ，竖杆焊脚尺8fh14cmwl 6fh14cwl寸肢背和肢尖均为 ，经验算焊
18、缝满足要求。为了便于施焊，6f下弦角钢水平肢的底面与支座底板的净距离取 160mm。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋与节点板的高度相等，厚度为 12mm。 支座底板的计算支座反力： R=8F=8 52.89kN=423.12kN支座所需的净截面为： 224310NA849.6m.5ncRf选择的支座底板的尺寸如图 6.8.2。仅考虑有加劲肋的部分承受支座反力，由于290mmx232mm=67280mm33849.6mm，故底板的面积合适。底板的厚度按桁架反力作用下的弯矩计算，节点板和加劲肋将底板分成四块，每块为两相邻边支撑而另两边自由的板。根据底板尺寸确定 ， / =0.474 查表得 的值1
19、7.2ma1b8.21ba为 0.054。底板下的平均应力为： 22430N6.9m6每块板的单位宽度的最大弯矩为： 2221M0.5.917.5.Nma6.1 支 座 节 点 .82支 座 底 板18底板厚度： 26M95.Nm16.71tf取 t=18mm。加劲肋与节点板的焊接焊缝计算。计算简图如图 6.8.3假定一个加劲肋承受的力为支座反力的 1/4，即加劲肋的计算内力为 ，则R42310N45780焊缝的内力为 2V10578NM=3m=7设焊缝 ，焊缝的计算长度为：6fh，则焊缝的应力：495125468wl 22210578N6.9m0.7.m431.6f fwffVhlMl ，满
20、足。2 26.9N1.9.51.ff 260N 节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。设焊缝传递全部的支座反力，每块加劲肋各传力为 R/4=105780N，节点板传递的力为 R/2=211560N。设节点板与焊缝的焊脚尺寸 ，则焊缝的计算长度我为：6mfh2901256mwl节点板的应力：RN0.7.76ffwhl2229.6Nm1.0195./强度满足。加劲肋焊脚尺寸 每块加劲肋与地板的连接焊缝长度为：8fh210512m6wlMVR/4图 6.8.1 加劲肋计算简图19加劲肋焊缝的应力为：R410578N0.7.m26ffwhl2 219.N.195.m强度满足。七、参考资料1、张耀春.钢结
21、构设计原理.高等教育出版社，2004 版。2、王国凡.钢结构连接方法及工艺.化学工业出版社,2005 版。3、钢结构设计规范（GB50017-2003）.北京计划出版社，2003 版。4、房屋建筑制图统一标准（GB/T50001-2001）.北京计划出版社，2002 版20内力系数 第二种组合 第三种组合杆件名称 全跨 左半跨右半跨第一种组合 F 计算杆件内力 /kNAB 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00BC、CD -8.74 -6.26 -2.48 -462.42 -426.03 -405.55 -370.48 -3
22、39.98 -186.24 -95.65 -462.42DE、EF -13.37 -8.93 -4.44 -707.14 -642.02 -609.01 -575.99 -531.05 -269.37 -161.68 -707.14FG、GH -14.90 -8.96 -5.50 -788.27 -700.99 -661.53 -650.16 -601.53 -276.31 -193.43 -788.27上弦HI -14.20 -7.10 -7.10 -751.04 -646.81 -605.42 -646.81 -605.42 -228.90 -228.90 -751.04ab 4.45 3
23、.52 1.26 235.31 221.66 212.12 188.49 172.97 102.71 48.63 235.31bc 11.45 7.95 3.50 605.59 554.18 526.70 488.93 449.66 237.79 131.38 605.59cd 14.36 9.16 5.20 759.50 683.15 646.53 625.08 577.98 278.86 184.15 759.50下弦de 14.73 8.19 6.54 779.07 683.11 642.36 658.81 613.68 257.27 217.65 779.07aB -8.89 -6.5
24、5 -2.35 -470.35 -435.93 -415.57 -374.23 -342.73 -193.67 -93.05 -470.35Bb 6.77 4.68 2.08 357.85 327.28 311.00 289.12 265.96 140.19 77.97 357.85bD -5.30 -3.31 -1.99 -280.26 -251.02 -237.32 -231.73 -214.55 -101.16 -69.70 -280.26Dc 3.52 1.79 1.74 186.23 160.74 150.54 160.02 149.69 57.35 56.17 186.23cF -
25、2.28 -0.59 -1.68 -120.38 -95.69 -87.61 -111.66 -106.46 -23.67 -49.71 -120.38Fd 0.95 -0.54 1.49 50.03 28.16 22.71 58.02 57.96 -9.10 39.60 58.02，-9.10dH 0.18 1.61 -1.46 9.73 30.67 34.15 -14.34 -18.98 39.31 -34.0939.31，-34.09斜腹杆He -1.51 -2.67 1.16 -80.08 -97.09 -97.75 -40.84 -31.35 -70.27 21.4621.46，-9
26、7.751,2 1,2F 1,2 1,2F 3,14 3,14F附表 1 桁架杆件内内力组合表21Aa -0.50 -0.50 0.00 -26.45 -26.45 -25.65 -19.11 -16.99 -14.05 -2.08 -26.45Cb -1.00 -1.00 0.00 -52.89 -52.89 -51.30 -38.21 -33.97 -28.09 -4.15 -52.89Ec -1.00 -1.00 0.00 -52.89 -52.89 -51.30 -38.21 -33.97 -28.09 -4.15 -52.89Gd -1.00 -1.00 0.00 -52.89 -5
27、2.89 -51.30 -38.21 -33.97 -28.09 -4.15 -52.89竖杆Ie 2.73 1.37 1.37 144.39 124.35 116.39 124.35 116.39 44.01 44.01 144.39杆件 计算长度/cm 回转半径/cm 长细比 稳定系数名称 编号计算内力/kN 截面规格截面面积/cm容许长细比应力/(N/mm)上弦 FG、GH -788.27 160x100x10 5063 150.7 452.1 2.85 7.7 52.88 60.26 150 0.81 190.72下弦 de 779.07 140x90x10 4452 300 1185
28、 2.56 6.77 117.20 175 350 176.3Aa -26.45 50x4 779 196.5 196.5 1.54 2.43 127.60 80.86 150 0.40 85.09aB -470.35 125x80x10 3942 249.4 249.4 3.98 3.31 62.67 80.76 150 0.68 174.7bB 357.85 80x6 1879 205.5 256.9 2.47 3.65 83.2 70.4 350 190.4bC -52.89 50x4 779 178.6 223.3 1.54 2.43 115.97 91.89 150 0.46 148
29、.2bD -280.26 140x90x10 4452 225 281.3 2.56 6.77 87.89 41.55 150 0.63 99.3cD 186.23 70x4 1114 224.2 280.3 1.96 2.94 114.39 95.34 350 167.2cE -52.89 50x4 779 201.3 251.6 1.54 2.43 130.71 103.54 150 0.38 176.8cF -120.38 80x6 1879 244.5 305.6 2.47 3.65 98.99 83.73 150 0.56 114.2dF 58.02，-9.10 70x4 1114
30、243.6 304.5 1.96 2.94 124.29 103.57 150 0.41 52.08腹杆dG -52.89 50x4 779 223.8 279.8 1.54 2.43 145.32 115.14 150 0.33 208.9oxloylxiyixyzxy附表 2 桁架杆件截面选择表22dH 39.31，-34.09 70x4 1114 264.4 330.5 1.96 2.94 134.90 112.41 150 0.37 83.6eH 21.46，-97.75 70x4 1114 263.6 329.5 1.96 2.94 120.9 119.4 150 0.43 202.6eI 144.39 50x4 779 246.5 308.1 1.54 2.43 160.1 126.8 350 185.423
