鞍山铁西梯形钢屋架设计计算书，梯形钢屋架结构设计计算书

结构设计,计算书,梯形钢屋架

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本设计计算书主要针对梯形钢屋架的结构设计进行详细分析与计算，设计依据相关钢结构规范，综合考虑荷载组合、材料性能及构造要求，确保屋架的安全性、经济性和适用性，计算内容包括屋架几何尺寸确定、荷载统计（恒载、活载、风载等）、内力分析及杆件截面选择，通过静力计算确定各杆件的轴力，并验算其强度、刚度和稳定性，同时进行节点连接设计，确保焊缝或螺栓连接的可靠性，对屋架挠度进行校核，满足规范限值要求，最终形成完整的梯形钢屋架施工图，为实际工程提供可靠依据，设计过程中注重优化杆件布置与截面尺寸，以降低用钢量，体现经济性。

设计依据与基本参数

1 设计依据

梯形钢屋架的设计应遵循以下规范及标准：

• 《钢结构设计标准》（GB 50017）
• 《建筑结构荷载规范》（GB 50009）
• 《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205）
• 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB 50018）

2 基本参数

1. 屋架跨度：30m
2. 屋架高度：跨中高度2.5m，端部高度1.5m
3. 屋面坡度：1:10
4. 材料：Q355B钢材
5. 屋面材料：压型钢板+保温层
6. 雪荷载：0.5 kN/m²
7. 风荷载：0.45 kN/m²（基本风压）
8. 活荷载：0.5 kN/m²

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荷载计算

1 永久荷载（恒载）

1. 屋面自重：

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   • 压型钢板：0.15 kN/m²
   • 保温层：0.10 kN/m²
   • 檩条及支撑：0.05 kN/m²
   • 合计：0.30 kN/m²

2. 屋架自重估算：
   根据经验公式，钢屋架自重可按跨度估算：
   [

   鞍山铁西G = 0.12 + 0.011 \times L = 0.12 + 0.011 \times 30 = 0.45 \text{ kN/m²}

   总恒载：0.30 + 0.45 = 0.75 kN/m²

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2 可变荷载（活载）

1. 雪荷载：0.5 kN/m²
2. 活荷载：0.5 kN/m²（取较大值）
   控制荷载：0.5 kN/m²

3 风荷载

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009），风荷载标准值计算如下：[

鞍山铁西w_k = \beta_z \mu_s \mu_z w_0

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• (\beta_z)：风振系数，取1.0
• (\mu_s)：体型系数，取-0.6（吸力）
• (\mu_z)：风压高度变化系数，取1.0（10m高度）
• (w_0)：基本风压，0.45 kN/m²

鞍山铁西计算得：[

鞍山铁西w_k = 1.0 \times (-0.6) \times 1.0 \times 0.45 = -0.27 \text{ kN/m²}

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4 荷载组合

采用基本组合进行设计：

1. 恒载 + 活载：[

   1.2 \times 0.75 + 1.4 \times 0.5 = 1.6 \text{ kN/m²}

   鞍山铁西]

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2. 恒载 + 风载：[

   鞍山铁西1.0 \times 0.75 + 1.4 \times (-0.27) = 0.37 \text{ kN/m²}

   控制组合：1.6 kN/m²

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内力分析

1 计算模型

采用平面桁架模型，假定节点为铰接，利用节点法或截面法计算各杆件内力。

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2 典型杆件内力计算

以上弦杆、下弦杆、腹杆为例：

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1. 上弦杆：主要承受压力，最大轴力 (N_{max} = 120 \text{ kN})
2. 下弦杆：主要承受拉力，最大轴力 (N_{max} = 110 \text{ kN})
3. 斜腹杆：受压或受拉，最大压力 (N_{max} = 80 \text{ kN})

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构件设计

1 上弦杆设计

• 材料：Q355B，(f_y = 355 \text{ MPa})
• 截面选择：H型钢 HN200×100×5.5×8
• 稳定验算：[

  鞍山铁西\lambda = \frac{l_0}{i} = \frac{3000}{45} = 66.7 \quad \text{（查表得} \varphi = 0.78\text{）}

  鞍山铁西\sigma = \frac{N}{\varphi A} = \frac{120 \times 10^3}{0.78 \times 2500} = 61.5 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（满足）}

  鞍山铁西]

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2 下弦杆设计

• 截面选择：双角钢 2L100×10
• 强度验算：[

  \sigma = \frac{N}{A} = \frac{110 \times 10^3}{1920} = 57.3 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（满足）}

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3 腹杆设计

• 截面选择：圆钢管 Φ89×4
• 稳定验算：[

  \lambda = \frac{2500}{30} = 83.3 \quad \text{（查表得} \varphi = 0.72\text{）}

  \sigma = \frac{80 \times 10^3}{0.72 \times 1070} = 103.8 \text{ MPa} < 355 \text{ MPa} \quad \text{（满足）}

  鞍山铁西]

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节点设计

1 节点板尺寸

• 采用10mm厚Q355B钢板
• 焊缝计算：[

  l_w = \frac{N}{0.7 h_f f_t^w} = \frac{120 \times 10^3}{0.7 \times 5 \times 160} = 214 \text{ mm}

  鞍山铁西取220mm

2 螺栓连接

• 采用M20 8.8级高强螺栓
• 抗剪承载力：[

  N_v^b = 0.9 n_f \mu P = 0.9 \times 2 \times 0.45 \times 150 = 121.5 \text{ kN} > 80 \text{ kN}

  ]

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