班級：姓名：
學號：2009
指導老師：
2023年 7月 5 日
目錄一、設計資料 1
二、結構形式及支撐布置 2
三、荷載計算 4
四、內力計算 5
五、桿件設計 6
六、節點設計 10
七、參考資料 17
八、附表一 18
九、附表二 19
一、設計資料
某車間跨度為21m，廠房總長度96m，柱距6m，車間內設有兩台50/10t中級工作制吊車（參見平面圖、剖面圖），工作溫度高於-20℃，無侵蝕性介質，**設防烈度為6度，屋架下弦標高為12.5m；採用1.5×6 m預應力鋼筋混凝土大型屋面板，ⅱ級防水，卷材屋面，屋架採用梯形鋼桁架，兩端鉸支在鋼筋混凝土柱上，混凝土柱上柱截面尺寸為450×450mm，混凝土強度等級為c25，屋架採用的鋼材為q235b鋼，焊條為e43型。
屋面構造採用二氈三油防水層；20mm水泥砂漿找平層；80mm厚泡沫混凝土保溫層。
荷載（標準值）
永久荷載：
懸掛荷載0.15kn/ m2
二層氈三油防水層0.35kn/m2
20mm1:2.5水泥砂漿找平層0.4kn/m2
80mm 泡沫混凝土保溫層0.5kn/m2
預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫） 1.4kn/m2
屋架和支撐自重為0.120+0.011l）kn/m2
可變荷載
基本風壓0.35kn/m2
基本雪壓：（不與活荷載同時考慮0.50kn/m2
積灰荷載0.50kn/m2
不上人屋面活荷載0.7kn/m2
二、結構形式及支撐布置
桁架的形式及幾何尺寸如下圖2.1所示
圖2.1 桁架形式及幾何尺寸
桁架支撐布置如圖2.2所示
圖2.2 桁架支撐布置
符號說明：sc：上弦支撐； xc：下弦支撐； cc：垂直支撐
gg：剛性系杆； lg：柔性系杆
三、荷載計算
屋面活荷載與雪荷載不會同時出現，從資料可知屋面活荷載大於雪荷載，故取屋面活荷載計算。由於風荷載為0.35kn/m2 小於0.
49kn/m2，故不考慮風荷載的影響。沿屋面分布的永久荷載乘以換算為沿水平投影面分布的荷載。桁架沿水平投影面積分布的自重（包括支撐）按經驗公式（=0.
12+0.011跨度）計算，跨度單位為m。
標準永久荷載：
懸掛荷載1.003x0.15=0.150kn/m2
二層氈三油防水1.003x0.35=0.351kn/m2
20mm1:2.5水泥砂漿找平層1.003x 0.4=0.401kn/m2
80mm 泡沫混凝土保溫層1.003x 0.=0.502kn/m2
預應力混凝土大型屋面板（包括灌縫） 1.003x 1.4=1.404kn/m2
屋架和支撐自重為0.120+0.011x21=0.351kn/m2
共 3.159kn/m2
標準可變荷載：
屋面活荷載0.7kn/m2
積灰荷載0.5kn/m2
共 1.2kn/m2
考慮以下三種荷載組合
1 全跨永久荷載+全跨可變荷載
2 全跨永久荷載+半跨可變荷載
3 全跨桁架、天窗架和支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載
（1）全跨永久荷載+全跨可變荷載（按永久荷載效應控制的組合）
全跨節點荷載設計值：
（2）全跨永久荷載+半跨可變荷載
全跨永久荷載設計值：
對結構不利時：
（按永久荷載效應控制的組合）
（按可變荷載效應控制的組合）
對結構有利時：
半跨可變荷載設計值：
（3）全跨桁架包括支撐自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載（按可變荷載效應控制的組合）
全跨節點桁架自重設計值：
對結構不利時：
對結構有利時：
半跨節點屋面板自重及活荷載設計值：
四、內力計算
荷載組合（1）計算簡圖如圖4.1，荷載組合（2）計算簡圖如圖4.2，荷載組合（3）計算簡圖如圖4.3.
圖 4.1 荷載組合（1）
圖 4.2 荷載組合（2）
圖 4.3 荷載組合4.3
由電算先解得f=1的桁架各桿件的內力係數（f=1作用於全跨、走半跨和右
半跨）。然後求出各種荷載情況下的內力進行組合，計算結果見附表1
五、桿件設計
（1）上弦杆
整個上弦杆採用等截面，按fg、gh桿件的最大設計內力設計。
n=696.00kn=696000n
上弦杆計算長度：
在桁架平面內，為節間軸線長度：
在桁架平面外，根據支撐布置和內力變化情況，取：
因為=3，故宜選用兩個不等肢角鋼，短肢相並。
腹杆最大內力n=470.35kn節點板厚度選用10mm，支座節點板厚度用12mm
設=60，選用角鋼，為b類截面，查表得。
需要截面積：
需要的迴轉半徑：
根據需要的a、、查角鋼規格表，選用2∟140×90×10，， =2.56cm， =6.77cm，，按所選角鋼進行驗算：
∵＞∴截面和介面都為b類截面，由於<，只需要求。查表的=0.806。
＜ 故所選截面合適。
（2）下弦杆
整個下弦杆採用同一截面，按最大內力設計值設計。
n=675.59n
平面內的計算程度和平面外的計算長度分別為：
， 所需截面面積：
選用2∟，， =2.56cm， =6.77cm，由於，故用不等肢角鋼短肢相並
＜考慮到下弦有的栓孔削弱，下弦淨截面面積：
＜所選截面合適。
（3）端斜桿ab
桿件軸力n=400.333kn=400333n
計算長度，因為，故採用不等值角鋼長肢相並。使設=60，查表得。
選用2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：
∵＜∴截面和介面都為b類截面，由於＞，只需要求。查表的=0.683。
＜故所選截面合適。
（4）腹杆dh
最大拉力54.63kn
最大壓力30.36kn
按最大拉力進行計算，設計計算值為54.63kn。
由於節點板的嵌固作用，桁架平面內的計算長度取，節點板在桁架平面外的剛度很小，故桁架平面外的計算長度仍取節間距離，即。
設=60，查表得
，，選用等肢角鋼，
2∟，，，，按所選角鋼進行驗算：
＜ ∵＜
∴＜ 截面和介面都為b類截面，由於＞，只需要求。查表的=0.433。
＜由於腹杆壓力大於拉力，故可不比驗算拉應力。
故所選截面合適。
（5）腹杆bb
腹杆拉力設計值為n=306.905kn
選用2∟組成梯形截面，，，，按所選截面進行驗算：
平面內的計算長度和平面外的計算長度分別為，，
＜，＜＞故所選截面合適。
(6)豎桿gd
豎桿拉力設計值n=50.23n
選用2∟組成十字形截面，，，，按所選截面進行驗算：
平面內的計算長度和平面外的計算長度分別為，，
＜，＜＞故所選截面合適。
其他腹杆：豎桿aa、cb、ec、gd選用2∟組成的十字形截面，腹杆db選用2∟短肢相並，腹杆dc、fd、hd選用2∟組成的梯形截面，腹杆fc選用2∟組成的梯形截面。經驗算，所選截面都能滿足要求。
各桿件的截面的選擇見附表2
六、節點設計
*（1）下弦節點「b」
有e43型焊條角焊縫的抗拉、抗壓、和抗剪強度設計值。設「bb」杆的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：
肢背：，加後取14cm
肢尖：，加後取9cm
設「db」杆的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：
肢背：，加後取12cm
肢尖：，加後取6cm
「cb」杆的內力很小，只需要按構造確定焊縫，取。
根據上面求得的焊縫長度，並考慮桿件之間應有的間隙以及製作和裝備等誤差，按比例繪出節點詳圖，從而確定節點板的尺寸為310mm400mm。
下弦與節點板的連線的焊縫長度為400mm，。焊縫所受的左右兩下弦杆的內力差為，肢背的力最大，取肢背進行計算，則肢背處的焊縫應力為：
＜ 焊縫強度滿足要求。
（2）上弦節點b
「bb」杆與節點板的焊縫尺寸和節點「b」相同。
「ba」杆的肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：
肢背：，加後取16cm
肢尖：，加後取11cm
考慮焊縫長度，同時為了在上弦擱置屋面板，節點板的上邊緣可縮排上弦肢背8mm，選擇節點板尺寸為295mm480mm。用槽焊縫把上弦角鋼和節點板連線起來。驗算上弦杆的焊縫：
忽略桁架上弦坡度的影響，假定集中荷載f與上弦杆垂直。上弦肢背承受集中荷載，肢尖承受左右弦杆的內力差。
槽焊縫的計算焊角尺寸為， =8mm
由節點板的長度確定槽焊縫的長度為480mm，
上弦肢尖角焊縫的剪應力為：
故焊縫強度滿足要求。
（3）下弦節點「c」
設「dc」杆的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：
肢背：，加後取10cm
肢尖：，加後取5cm
設「fc」杆的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：
肢背：，加後取6cm
肢尖：，由於焊縫計算長度不得小於和40mm，肢尖焊縫長度取6cm。
「cb」杆的內力很小，只需要按構造確定焊縫，取。
節點板取265mm315mm，取，下弦杆與節點板的焊縫長度為315mm，焊縫受左右弦杆的內力差為，受力較大的肢背處的剪應力為：
＜焊縫強度滿足要求。
（4）下弦節點「d」
設「fd」杆的肢背和肢尖焊縫，則所需的焊縫長度為：
肢背： <，計算長度取48mm，加後取7cm
肢尖： <，計算長度取48mm，加後取6cm
設「hd」杆的肢背和肢尖焊縫尺寸分別為，所需的焊縫長度為：
肢背： <，計算長度取48mm，加後取7cm
肢尖： <，計算長度取48mm，加後取6cm。
「cb」杆的內力為52890n，。
肢背： <，焊縫長度取6cm，肢尖的力比肢背的小，肢尖焊縫長度取6cm。
節點板取255mm285mm，由於d點左右兩端的拉力值相差不大，可只按構造確定其焊角尺寸為。
（5）上弦節點「c」、「e」、「g」。
由於節點處左右弦杆的內力值相等，且豎桿的內力設計值相同，故採用相同的節點板。焊腳尺寸取6mm，焊縫長度取6cm。
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