课程设计说明书题目：钢结构梯形钢屋架设计学院（系）：年级专业：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：一、设计资料 (3)二、结构形式与布置 (3)三、荷载计算 (5)四、内力计算 (6)五、杆件设计 (8)六、节点设计 (15)梯形钢屋架课程设计计算书一、设计资料1、厂房的跨度分别取18m、21m、24m，长度为60m，柱距6m。
车间内设有两台30/5t中级工作制吊车。
梯形屋架，屋架端高分别为1.6m、1.7m、1.8m、1.9m、2.0m，屋面坡度分别为i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm ，混凝土标号为C25；计算温度最低－20℃。
采用1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。
屋面做法：三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。
屋面活荷载标准值0.52/kN m ，雪荷载标准值0.52/kN m ，积灰荷载标准值0.52/kN m 。
由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。
2、屋架计算跨度01820.1517.7l m m m =-⨯=3、跨中及端部高度：本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，屋面坡度为i=1/10，屋架在18m 轴线处的端部高度'0 1.800h m =，屋架的中间高度h=2.800m ，则屋架在17.7m 处，两端的高度为m h 817.10=。
二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸如图1所示。
根据厂房长度60m 、跨度及荷载情况，设置了两道上、下弦横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间。
在所有柱间的上弦平面设置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。
在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。
梯形钢屋架支撑布置如图2所示。
图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸×1122G W J -1G W J -1G W J -2G W J -2G W J -2G W J -2桁架上弦支撑布置图X C 1X C 2X C 2X C 2X C2G W J -1G W J -1G W J -2G W J -2G W J -2G W J -2X C 1X C 1X C 1×桁架下弦支撑布置图垂直支撑1-1垂直支撑2-2图2 梯形钢屋架支撑布置SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆三、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。
该厂房屋面活荷载与该地区的雪荷载均为20.5/kN m ，故取20.5/kN m 进行计算。
屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式()20.120.011/k g l kN m =+计算，跨度单位为米（m ）。
表1荷载计算表设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。
1、全跨永久荷载+全跨可变荷载F 4.1821.41.5650.238 kN =+⨯⨯=（）2、全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：1F 4.1821.5637.638 kN =⨯⨯=半跨节点可变荷载：2F 1.41.5612.6 kN =⨯⨯=3、全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载半跨节点屋架自重：3F 0.4291.56 3.86kN =⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：4F 1.890.71.5623.31 kN =+⨯⨯=（）四、内力计算屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示。
由图解法解得F=1的屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）。
然后求出各种荷载情况下的内力进行组合，计算结果如表2所示。
图3 屋架计算简图表2屋架杆件内力组合表五、杆件设计1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按DE 、EF 杆件的最大设计内力设计设计，即474.75N kN =-上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度，即00 1.509x l l m ==在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取0y l 为支撑节点间的距离，即0 3.0y l m =根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。
如图4所示。
腹杆最大内力335.09N kN =-，查表，中间节点板厚度选用 10mm ，支座节点板厚度选用12mm 。
设λ=60，查Q235钢的稳定系数表，可得ϕ=0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积为图4 上弦截面32102736.20.807215N A mm 474.75⨯===ϕƒ⨯需要的回转半径：0 1.50925.260x x l i m mm ===λ，0 3.0005060y yl i m mm ===λ根据需要的A 、x i 、y i 查角钢规格表，选用2∟125×80×12，肢背间距10a mm =，则24680A mm =，22.4x i mm =，61.6y i mm =按所选角钢进行验算：0150967.422.4x x x l i λ===，0300048.761.6y y y l i λ=== 满足长细比[]=150λ≤的要求。
双角钢T 型截面绕对称轴（y 轴）应按弯扭屈曲计算长细比yz λ，011125300010.40.560.5613.4412125y l b t b ==>=⨯=，故应按下式计算yz λ 2201413.7142.3667.452.7y yz x l t b t b λλ⎛⎫=⨯⨯+=〈 = ⎪ ⎪⎝⎭ 故由max 67.4x λλ==，按b 类查附表，得0.767ϕ=322474.7510132.3/215/0.7674680N N mm f N mm A σϕ⨯===<=⨯填板每个节间放一块（满足桁架平面外计算长度范围内不少于两块），75.34040 3.95158a l cm i cm =<=⨯=。
2、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。
485.30485300N kN N ==，03000x l mm =，017700/28850y l mm ==所需截面积为： 224853002257.222.57215N A mm cm f ====选用2∟125×80×12，因00y x l l >>，故用不等肢角钢，短肢相并，如图5所示。
图5 下弦截面2246.8A cm cm =>22.57， 2.24x i cm =， 6.16y i cm =[]0300133.93502.24x x x l i λλ===<= []0885143.735061.6y y yl i λλ===<= 填板每个节间放一块，11508080316l cm i cm =<=⨯3.95=。
3、斜端杆aB杆件轴力： 335.09335090N kN N =-=- 计算长度： 002385x y l l mm ==因为00x y l l =，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x y i i ≈。
选用2∟140×90×14，如图6所示，则图6 端斜杆aB 截面261A cm = 4.42x i cm =， 3.81y i cm =[]0238.553.961504.42x x x l i λλ===<= []0238.562.601503.81y y yl i λλ===<= 0220.4890.48238.56.4312.721.49y l b t b ⨯==≤==，故按下式计算： 44222201.09 1.099162.6166.6238.5 1.4yz y y b l t λλ⎛⎫⎛⎫⨯=+=⨯+= ⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ yz y λλ>，故由yz λ按b 类查表得0.771ϕ=322335.091071.2/0.7716100N mm f mm A σϕ=⨯==<=215N /⨯填板放两块，78.74040 2.51100.4a l cm i cm =<=⨯=。
4、腹杆Db165.79165790N kN N =-=-，00.80.8274.6219.7x l l cm ==⨯=，0274.6y l l cm ==由于杆件内力较小，可按[]=150λ选择，需要的回转半径为：[]0219.71.46150xx l i cm λ=== []0276.41.84150yy l i cm λ=== 查型钢表，选用2∟80×10，如图7所示，则230.26A cm =， 2.42x i cm =， 3.74y i cm =图7 腹杆Fd 截面[]0219.790.81502.42x x x l i λλ===<= []0274.673.41503.74y y yl i λλ===<= x y λλ>，只需求x ϕ，查表得0.615x ϕ=，则2216579089.1/215/0.6153026x N N mm N mm A σϕ===<⨯ 填板放三块，274.668.654a l cm ==，于4040 2.4296.8i cm =⨯= 5、竖杆cE50.2450240N kN N =-=-，00.80.8246.7197.4x l l cm ==⨯=，0246.7y l l cm == 由于杆件内力较小，可按[]=150λ选择，需要的回转半径为：[]0197.41.32150xx l i cm λ=== []0246.71.64150yy l i cm λ=== 查型钢表，选用2∟56×4，如图8所示，则28.78A cm =， 1.73x i cm =， 2.67y i cm =图8竖杆Ec 截面[]0197.4114.11501.73x x x l i λλ===<= []0246.792.41502.67y y yl i λλ===<= x y λλ>，只需求x ϕ，查表得0.469x ϕ=，则2250240122.0/215/0.469878x N N mm N mm A σϕ===<⨯ 填板放三块，246.761.74a l cm ==，小于4040 2.4296.8i cm =⨯=6、跨中竖杆Gd54.2654260N kN N ==000.90.9280252x y l l l cm ===⨯=查型钢表，选用2∟56×4，采用十字形截面，如图9所示，则28.78A cm =，十字形截面： 2.18x i cm =， 3.08y i cm =[]0252115.63502.18x x x l i λλ===<= []025281.83503.08y y yl i λλ===<=225426061.8/215/878N N mm N mm A σ===<填板放2块，28093.33al cm==<8080 2.42193.6i cm=⨯=图9 跨中竖杆Gd截面其余各杆件的截面选择计算过程不再一一列出，现将表列于表3。