30m跨度普通钢桁架设计计算书解析

钢结构设计计算书

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一、设计资料：

1.结构形式: 某厂房总长度108m，跨度为24m，纵向柱距6m，厂房建筑采用封闭结合。采用钢筋混凝土柱,梯形钢屋架，柱的混凝土强度等级为C30，上柱截面400mm×400mm，屋面坡度i=1/10。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50/10t（中级工作制），锻锤为2台5t。

2. 屋架形式及荷载: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。屋架采用的钢材为Q345A钢，焊条为E50型。

3.屋盖结构及荷载标准值（水平投影面计）

无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上。

荷载：

①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自

重，以可kN/m2为单位；

②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35kN/m2，施工

活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值。

积灰荷载标准值：0.5kN/m2。

③屋面各构造层的荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.40kN/m2

水泥砂浆找平层 0.50kN/m2

保温层 0.80kN/m2

一毡二油隔气层 0.05kN/m2

水泥砂浆找平层 0.40kN/m2

预应力混凝土屋面板 1.50kN/m2

④桁架计算跨度：

02420.1523.7

l=-⨯=m

跨中及端部高度：

桁架的中间高度： 3.490

h=m

在23.7m的两端高度：

02.005

h=m

在30m轴线处的端部高度：

01.990

h=m 桁架跨中起拱50mm

二、结构形式与布置图：

桁架形式及几何尺寸如图1所示：

图1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置图如图2所示：

图2

三、荷载计算

1、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

α=换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水面斜面分布的永久荷载应乘以1/cos 1.005

P=+⨯支撑）

平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（0.120.011

W

计算，跨度单位m。

永久荷载标准值：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 1.005×0.4kN/m2=0.402kN/m2水泥砂浆找平层 1.005×0.5kN/m2=0.503kN/m2保温层 1.005×0.8 kN/m2=0.804kN/m2 一毡二油隔气层 1.005×0.05 kN/m2=0.050kN/m2水泥砂浆找平层 1.005×0.4 kN/m2=0.402kN/m2预应力混凝土屋面板 1.005×1.5 kN/m2=1.508 kN/m2桁架和支撑自重 0.12 KN/m2+0.011×24 kN/m2=0.384 kN/m2

总计：4.053kN/m2可变荷载标准值：

屋面活荷载 0.7kN/m2 积灰荷载 0.5kN/m2

2、荷载组合：

设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：

（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）

全跨节点荷载设计值：

F=（1.35×4.053kN/㎡+1.4×0.7×0.7 kN/㎡+1.4×0.9×0.5 kN/㎡）×1.5m×6m

=61.09kN

(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨节点永久荷载设计值：

对结构不利时：

F1.1=1.35×4.053 kN/㎡×1.5m×6m=49.24kN (按永久荷载为主的组合)

F1.2=1.2×4.053 kN/㎡×1.5m×6m=43.77kN (按可变荷载为主的组合)

对结构有利时：

F1.3=1.0×4.053 kN/㎡×1.5m×6m=36.48kN

半跨节点可变荷载设计值：

F2.1=1.4×（0.7×0.7 kN/㎡+0.9×0.5 kN/㎡）×1.5m×6m=11.84kN (按永久荷载为主的组合)

F2.2=1.4×（0.7+0.9×0.5）kN/㎡×1.5m×6m=14.49kN (按可变荷载为主的组合)

(3)全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主的组合)

全跨节点屋架自重设计值：

对结构不利时：

F3.1=1.2×0.384 kN/㎡×1.5m×6m=4.15kN

对结构有利时：

F3.2=1.0×0.384 kN/㎡×1.5m×6m=3.46kN

半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：

F4=（1.2×1.5 kN/㎡+1.4×0.7 kN/㎡）×1.5×6=25.02kN

（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。单位力作用下的计算详图见图3。

图3 单位力作用下计算详图

四、内力计算

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、左半跨和右半跨）见图4。然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果见表1.

（a）

(b)

图4 桁架各杆件的内力系数表1 桁架杆件内力组合表

杆件名称

内力系数(F=1) 第一种

组合

F×①

第二种组合第三种组合

计算杆件

内力/KN 全跨①

左半

跨②

右半

跨③

F1，i×①+

F2，i×②

F1，i×①+

F2，i×③

F3，i×①+

F4×②

F3，i×①+

F4×③

上弦

AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 BC、CD -8.72 -6.25 -2.47 -532.70 -532.70 DE、EF -13.53 -9.04 -4.49 -826.55 -826.55 FG、GH -15.26 -9.17 -6.09 -932.23 -932.23 HI -14.71 -7.38 -7.38 -898.63 -898.63

下弦ac 4.73 3.48 1.25 288.96 288.96 ce 11.53 8.00 3.53 704.37 704.37 eg 14.65 9.34 5.31 894.97 894.97 gi 15.17 8.44 6.73 926.74 926.74

斜腹杆aB -8.87 -6.53 -2.34 -541.87 -541.87 Bc 6.88 4.76 2.12 420.30 420.30 cD -5.44 -3.41 -2.03 -332.33 -332.33 De 3.7 1.90 1.80 226.03 226.03