一、设计资料1. 某单层单跨工业厂房，跨度18 m，长度102 m。

2. 厂房柱距6 m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级C20，上柱截面尺寸400*400，钢屋架支承在柱顶。

3. 吊车一台150 T，一台30 T，吊车平台标高12.000 m4. 荷载标准值(1)永久荷载：屋面材料自重： 0.6kN/m2屋架及支撑自重：q=0.12+0.011L=0.12+0.011×18=0.318kN/m2 (2)可变荷载：屋面活荷载标准值：0.5kN/m2雪荷载标准值：0.6kN/m2积灰荷载标准值：0.4kN/m2 (3)风荷载：B 类地区，βz=1.0，基本风压：3.0kN/m25. 屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度：屋架几何尺寸图图1-1 屋架几何尺寸图6.钢材Q235 号钢、角钢、钢板各种规格齐全；有各种类型的焊条和C 级螺栓可供选用。

7. 钢屋架的制造、运输和安装条件：在金属结构厂制造，运往工地安装，最大运输长度16 m，运输高度3.85 m，工地有足够的起重安装条件。

8.屋架几何尺寸及屋架全跨上弦节点单位荷载作用下构件内力系数：02.279图1-2 屋架全跨单位荷载作用下各杆件内力值Aacege'c'a'+2.5370.000-4.371-5.636-4.551-3.357-1.8500.00-4.754-1.862+0.615+1.170+1.344+1.581+3.158+0.540-1.632-1.305-1.520-1.748-1.0-1.0+0.4060.000.00-0.5+5.325+5.312+3.967+2.637+0.933BC DE FG F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.0 1.0 1.01.0 1.01.0图1-3 屋架半跨单位荷载作用下各杆件内力值二、设计计算1.屋架支撑系统的布置为提高结构整体刚度、发挥结构的空间作用；保证结构的几何稳定性及受压构件的侧向稳定；防止构件在动力荷载作用下产生较大的震动；承担和传递房屋所受水平荷载以及保障安装时的稳定和安全，在屋架中设置横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。

厂房的柱距为6m ，屋架的间距取为6m 。

（1）横向支撑：由于屋架室内有悬挂吊车，故在在上弦平面和下弦平面均需设置横向支撑。

厂房的长度为102m 大于60m ，为增加屋盖刚性，除在两端第一个柱间各设一道上弦平面横向支撑和一道下弦平面横向支撑外，在长度方向正中间的柱间再加设一道横向支撑。

（2）纵向支撑：设计房屋为厂房，厂房的跨度和高度较大并设有吊车，因而对房屋整体刚度要求较大。

对梯形屋架，纵向支撑设在屋架的下弦平面。

（3）垂直支撑：此梯形屋架跨度L=18m<30，在跨度中点和两端各布置一道垂直支撑。

跨中：h/l=2890/6000=0.48，故采用图 2.1的支撑形式；屋架两端：h/l=1990/6000=0.33,故采用图2.2所示支撑形式。

l=6mh=2.89m图2.1图2.2（4）系杆：在屋架上弦平面，屋架跨中和两端各布置一道通长的刚性系杆，其它节点设置柔性系杆；下弦平面仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。

屋架支撑系统的设置如图2.3所示：屋架上弦平面支撑布置图屋架下弦平面支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2CCCCCCCCCCCCLGLGLGLG2.3 梯形屋架支撑布置图sc—屋架上弦横向水平支撑；xc —屋架下弦横向水平支撑；zc—屋架下弦纵向水平支撑；cc—垂直支撑；LG —系杆2.杆件内力的计算 2.1 荷载计算恒载设计值分项系数取 1.2，活载分项系数取1.4。

屋面活载和雪荷载不会同时出现，计算时取其中的较大值进行计算。

对于屋面风荷载,由于屋面坡角α=arctan 110=5.71°≪30°,此时的风荷载一般为吸力，因此风荷载不参与内力组合。

表2.1 荷载汇集表2.2 荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载∑q=1.1016+1.40=2.5016kN/m2永久荷载+可变荷载下节点荷载设计值：P1=bl∑q=2.5016∗6∗1.5=22.5144KN 屋架受力图如下：P1图2.4 第一种荷载组合受力图（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载P 1=22.5144KN永久荷载下节点荷载设计值：P 2=1.1016∗6∗1.5=9.9144KN屋架受力图为：P1/2+P2/2图2.5 第二种荷载组合受力图（3）全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载P 3=(0.3816+0.72+0.7)∗1.5∗6=16.2144KN屋架及支撑自重下的节点荷载设计值：P 4=0.3816∗1.5∗6=3.4344KN屋架受力图为:P3/2+P4/2图2.6 第三种荷载组合受力图2.3内力计算根据任务书给出的杆件在单位荷载作用下各杆件的内力系数，通过计算可得各杆件在各荷载组合情况下的内力值并得到控制内力。

表2.1 屋架杆件内力组合表三、杆件截面选取3.1节点板厚选择支座斜杆最大内力设计值N=-146.39KN，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板厚取8mm，支座结点板厚取8mm。

3.2上弦杆整个上弦杆采用同一截面，免去不同截面杆件间的拼接，截面按受力最大的部位FG节间选用，最大内力为：N max=−204.93KN。

计算长度：弯矩作用平面内取节间轴线长度: l ox=150.75cm屋架平面外根据屋盖支撑布置和上弦杆内力变化,取l oy=2L=301.5cm。

方案1：设λ=80，查附表1.20得φ=0.688，需要的截面特性:A =N φf =2049300.688∗215=1385mm 2=13.85cm 2i x =l ox λx =150.7580=1.88cm ,i y =l oy λy =301.580=3.77cm根据需要的A 、i x 、i y 查型钢表，选用2∠100×80×7不等边角钢，短边相连，截面特性为：A=24.602cm 2,肢背间距a=8mm, i x =2.39cm,i y =4.64cm截面验算:λx =l ox i x =150.82.39=63.1<[λ]=150 λy =l oy i y =301.64.64=65<[λ]=150 方案2：设λ=100，查附表1.20 得φ=0.555，需要的截面特性：A =N φf =2049300.555∗215=1717mm 2=17.17cm 2i x =l ox λx =150.75100=1.51cm ,i y =l oy λy =301.5100=3.02cm 根据需要的A 、i x 、i y 查型钢表（附表2.3），选用2∠100×63×6不等边角钢，短边相连，截面特性为：A=19.234cm 2,肢背间距a=8mm, i x =1.79cm,i y =4.85cm 。

比较两个方案，综合考虑，可知方案二更合适，所以上弦杆选用2∠100×63×6。

按所选角钢进行验算验算λx =l ox i x =150.751.79=84.2<[λ]=150λy =l oy i y =301.54.85=62.2<[λ]=150由于b 1t ⁄=1006⁄=16.67<0.56∗l oy b 1⁄=0.56∗30150100⁄=16.88故取λyz=λy，由于λyz=λy>λx，只需求出φmin=φy，根据λy=65.4查轴心受力稳定系数表，φy=0.660。

N φy A =2049300.660∗1923.4=161.43MPa<215MPa故所选截面合适。

3.3下弦杆整个屋架下弦杆采用同等截面。

截面按受力最大的部位gi节间选用，最大内力为：N=208.91KN计算长度：l ox=300cm ,l oy=885cm截面选择：A=N f⁄=208910215⁄=972mm2=9.72cm2根据所需截面特性，查附表2.3选用与上弦相同角钢2∠100×63×6不等边角钢，且短肢相并。

截面特性为：A=19.234cm2,肢背间距a=8mm, i x=1.79cm,i y=4.85cm。

截面验算：考虑到下弦有221.5mm的栓孔削弱，下弦净截面面积A n=19.234−2∗2.15∗0.6=16.654cm2N A n =2080911665.4=125.44MPa<215MPaλx=l oxi x=3001.79=168.6<[λ]=250λy=l oyi y=8854.85=182.5<[λ]=250故所选截面满足要求。

3.4 斜腹杆(1) 端斜杆aB计算内力：N=-146.39KN计算长度：l ox=l oy=253截面选择:经试算λ=120较适合，查附表1.20 得，φ=0.437A =N φf =1463900.437∗215=1558mm 2=15.58cm 2 i y =i x =l ox λx =253120=2.11cm查型钢表，初选2∠70 8。

截面特性为：A =2∗10.667=21.334cm 2,肢背间距a=8mm, i x =2.12cm,i y =3.22cm 。

截面验算：λx =l ox i x =2532.12=119.6<[λ]=150 λy =l oy i y =2533.22=78.6<[λ]=150由于b t ⁄=708⁄=8.75<0.58∗l oy b ⁄=0.58∗253070⁄=21.0 则λyz=λy (1+0.475b 4l oy 2t 2)=78.6∗(1+0.475∗70425352∗82)=78.9由于λx >λyz >λy ，只需求出φmin =φx ，根据λx =119.6查轴心受力稳定系数表，φx =0.441。

N φx A =1852690.441∗2133.4=155.59MPa <215MPa 故所选截面合适。

(2) 斜腹杆Bc内力为：N =106.7KN计算长度：l ox =261.3∗0.8=209.04cm ,l oy =261.3cm 截面选择：A =N f ⁄=106700215⁄=496mm 2=4.96cm 2 根据所需截面特性，查附表2.1选用受力杆件最低规格2∠45×4。

截面特性为：A=2*3.486=6.972cm 2,肢背间距a=8mm, i x =1.38cm,i y =2.16cm 。

截面验算：N A =106700697.2=153.04MPa <215MPaλx =l ox i x =209.041.38=151.7<[λ]=250 λy =l oy i y =261.32.16=121.0<[λ]=250 故所选截面满足要求。