60米圆钢屋架计算书

第一篇 钢结构构件设计计算 第一章 钢结构屋盖系统

19 跨度L＝60m圆钢管空间桁架

一、 设计资料 1.工程概述

本工程平面轴线尺寸为60m x 63m，屋盖为圆钢管空间桁架，桁架下弦标高15.00m。屋面材料为压型钢板、玻璃丝棉保温层，屋面檩条为冷弯薄壁型钢。

图19.1 桁架平、立面图

2．设计基本条件：

1) 建筑结构的安全等级为二级，设计使用年限为50年。建筑抗震设防类别丙类；

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60m跨圆钢管空间桁架计算示例

2) 抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组； 3) 建筑场地土类别Ⅳ类。

二、荷载及荷载效应组合

1. 荷载标准值

1）永久荷载（屋面恒荷载）标准值（不含钢桁架自重） 屋面双层彩色压型钢板＋玻璃丝保温层：0.30 kN/m2 支托及檩条： 0.2 kN/m2 管线及喷淋等： 0.25 kN/m2 合计： 0.75 kN/m2 2）可变荷载标准值

① 屋面活荷载： 0.5 kN/m2（水平投影）；

② 基本雪压： 0.35 kN/m2，屋面积雪分布系数e1.0; ③ 基本风压： 0.55kN/m2 (地面粗糙度类别为B类)

2. 荷载效应组合 见《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.3条； 1）1.2恒荷载＋1.4活荷载（或者雪荷载） 2）1.35恒荷载＋1.4*0.7活荷载（或者雪荷载） 3）1.2恒荷载＋1.4半跨雪荷载 4）1.0恒荷载＋1.4风荷载

在风的吸力作用下，恒荷载对结构有利，故取恒荷载分项系数取1.0

三、桁架设计

1. 材料选用 按《钢结构设计规范》GB50017－2003 第10.1.2、10.1.3条；

钢材采用Q235B钢、屈强比≤0.8；

桁架杆件采用圆钢管，钢管的径厚比满足：b/t100(235/fy)。 2. 桁架形式及几何尺寸

高跨比：4240 / 60000 ≈ 1 / 14.2（满足经验要求1 / 15 ~ 1 / 10）；

腹杆间最小夹角39°≥ 30°, 见《钢结构设计规范》GB50017－2003第10.2.1条； 节间长度：3000 mm 3. 节点荷载计算

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60m跨圆钢管空间桁架计算示例

1） 屋面永久荷载标准值：

单个节点荷载标准值：2） 屋面活荷载标准值：

PD0.75960202.5kN

2PDD/n202.5/238.8kN

P0.5960135kN

2D单个节点荷载标准值：

P/n135/235.87kN

3） 屋面雪荷载：由于基本雪压为0.35 kN/m2<屋面活荷载＝0.5 kN/m2,雪载和屋面

活载不同时组合，故仅考虑屋面活载的作用。 4） 屋面风荷载标准值：

风载体形系数：背风面s0.5

迎风面s0.6

风压高度变化系数：z1.14，本算例风振系数取：z1.0。 wkzszw0

2背风面 w11.0(0.5)1.140.550.3135kN/m（风吸力）

单个节点 F10.31359.030113.848kN （垂直表面向上）

2迎风面 w21.0(0.6)1.140.550.3762kN/m（风吸力）

单个节点 F20.37629.0305）地震荷载：

114.617kN （垂直表面向上）

抗震设防烈度为7度，按《建筑抗震设计规范》（GB50011——2001）5.3.2条，可不进行抗震验算。 4. 桁架内力计算

采用整体计算，计算模型见下图, 计算结果见表19.1，由于上、下弦的弯矩很小，计算中忽略次应力。

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60m跨圆钢管空间桁架计算示例

图19.2 计算模型

表19.1 最大组合杆件内力

最大组合内力（kN) 杆件名称 最小值 最大值 腹杆 -349.2 313.8 上弦支撑 -49 80.6 上弦杆 -1066.6 66.3 下弦杆 -33 2139.8 5. 截面选择及验算

1） 腹杆 1408

A3317.5mm2，I7.25106mm4，iIxxA46.8mm2） 上弦支撑 6

A1565mm2，I1.35106mm4，iIxxA29.4mm 3） 上弦杆 24514

A10160mm2，I6.8107mm4，ixxIA81.8mm 4

60m跨圆钢管空间桁架计算示例

4） 上弦杆 35114

IA14822mm2，I2.11108mm4，ixxA119.3mm 截面验算：

1） 腹杆：Nmin349.2kN(压力）,l03510mm， l0i75，b类界面，查表得 0.72

NA349.21030.723317.5146.2N/mm2f215N/mm2 2） 上弦支撑：Nmax80.6kN(拉力），Nmin49kN(压力）

l04244mm

N80.6103受拉时： 51.5N/mm2f215N/mm2A1565

受压时：l0i144.4，b类界面，查表得 0.328

N4910395.5N/mm2f215N/mm2A0.3281565 3） 上弦杆：Nmax66.3kN(拉力）， Nmin1066.6kN(压力）

ll03002mm 0i36.7，b类界面，查表得 0.912N1066.6103115.1N/mm2f215N/mm2A0.91210160 4） 下弦杆：Nmax2139.8kN(拉力），Nmin33kN(压力）

NA2139.810314822144.4N/mm2f215N/mm2 6. 屋面支撑设计 图19.3 水平支撑计算模型

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节点荷载标准值：Fwk0.51.140.81012/227.4kN

Fw1.4Fwk38.4kN

斜杆拉力设计值：N38.4cos5668.7kN

斜杆选25的圆钢，NfA215491105.5kNN 7. 节点设计

1）K形节点

d11400.57d245满足0.21； di14017.560ti8

d24517.5100t14受压支管在节点处承载力设计值计算如下： 图19.4 K形节点

0.2Npjck11.51d2tfndasinct其中d0.0690.930.0690.930.57＝0.62105105n10.30.3＝1－0.30.3＝0.782fy215215fy2

2.1920.1a1110.777.5ad6.61dt1.211.5124523Ncpjk0.7820.61.21421510sin14kN>N10.2

受压支管焊缝长度计算如下：

lw(3.25di0.025d)(0.5340.466)sini0.5340.466)

sin（3.25140－0.02514）(475.9mmpj； 0.7hflwftw0.78475.9160103426.4kNNck

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取hf＝12mm，0.7hflwft0.712475.916010639.6kNN受拉支管在节点处承载力设计值计算如下：

pjNtkw3pjck

sincpjsinNck538.6518.5kN>N2

sintsin690.5340.466)sini0.5340.466)

sin69受拉焊缝长度计算如下：

lw(3.25di0.025d)(（3.25140－0.02514）(466mmpj 0.7hflwftw0.78466160103417.5kNNtk取hf＝12mm，0.7hflwft0.71246616010626.3kNN2） KK形节点

w3pjck

d11400.4d351满足0.21；di14017.560ti8

d35125.1100t14k形受压支管在节点处承载力设计值计算如下： 图19.5 KK形节点

pjNck11.51d2ndatfsinct0.2其中d0.0690.930.0690.930.4＝0.44；n1主管受拉

2.1920.1a1110.777.5ad6.61dt1.5511.5135123N10.441.551421510sin6614kN>N2pjck0.2

pjpjkk形受压节点承载力设计值Nckk0.9Nck622.4kN>N2

受压支管焊缝计算：

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lw(3.25di0.025d)(0.5340.466)sini0.5340.466)

sin66（3.25140－0.02514）(468.8mm取hf＝12mm，pj0.7hflwftw0.712468.8160630.1kNNck

pjpjkk形受拉节点承载力设计值Nckk0.9Nck622.4kN>N2

pjNtkksincpjsin66Nckk622.4622.4kN>N1

sintsin690.5340.466)sini0.5340.466)

sin66受拉支管焊缝计算：

lw(3.25di0.025d)(（3.25140－0.02514）(468.8mm取hf＝12mm，0.7hflwft0.712468.8160630.1kNNwpjtk

四、点评

1．本工程背景系某会展建筑，应建筑师要求，屋盖结构采用圆钢管空间桁架。桁架两端简支，采用双上弦杆、单下弦杆的空间桁架，结构受力也是合理的。

2．本工程中桁架应起拱，起拱值可根据《钢结构设计规范》GB50017－2003第3.5.3条确定。

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