1.1基本质料某工程为单层单跨钢结构厂房，跨度为21m，总长度为80m，纵向柱距8m，采用角钢梯形屋架，屋架坡度i=1:10,檩条间距1.5m,屋面板为带保温层的压型钢板夹芯板，屋架构件钢材选用Q235，焊条采用E43型，手工焊。

屋架形式及几何尺寸如下图1.1所示，屋架与钢筋混凝土柱铰接，钢筋混凝土柱上柱截面400mm×400mm，混凝土强度等级C25。

基本风压0.45KN/㎡，檐口标高12m，其他荷载标准值为：屋面均布活荷载0.5KN/㎡，雪荷载0.35KN/㎡，积灰荷载0.55KN/㎡，屋面板自重0.35KN/㎡，檩条自重0.15KN/㎡，管道荷载0.15KN/㎡。

图1.1 屋架形式及几何尺寸要求：根据所给设计质料，进行屋架支撑布置和屋架杆件、节点设计，并绘制屋架施工图。

1.2支撑布置车间总长80M,大于60m，共设置三道上、下弦横向水平支撑；在设置横向水平支撑的同一柱间，分别在屋架的两端和跨中共设置垂直支撑三道；在垂直支撑平面内的屋架上下弦节点处设置通长的刚性系杆。

支撑布置如图1.2所示。

(a)屋架上弦平面支撑布置图（b）屋架下弦平面支撑布置图（c）1-1屋架端部垂直支撑布置图（d）2-2屋架跨中垂直支撑布置图1.3荷载标准值计算（1）永久荷载标准值：（水平投影）保温层的压型钢板屋面板自重： 0.35×1.507/1.5=0.351 KN/㎡檩条自重: 0.15 KN/㎡屋架和支撑自重：（0.12+0.011×21）=0.351 KN/㎡管道荷载自重： 0.15 KN/㎡永久荷载标准值合计： 1.002 KN/㎡（2）可变荷载标准值：（水平投影）因屋面坡度小于30°，此时屋面上的风荷载为风吸力，且风荷载值不是很大，故风荷载不参与组合。

屋面活荷载与雪荷载不同时考虑，从设计质料可知屋面活荷载大于雪荷载，故可变荷载仅考虑屋面活荷载和积灰荷载；屋面活荷载标准值0.5 KN/㎡，组合值系数取0.7 KN/㎡；积灰荷载标准值0.55 KN/㎡，组合值系数取0.9。

（3）荷载设计值由分析可知由可变荷载效应控制，且屋面活荷载为主导可变荷载，则：永久荷载设计值为：1.2×1.002=1.2024 KN/㎡可变荷载设计值为：1.4×0.5+1.4×0.55×0.9=1.393 KN/㎡（4）荷载组合屋面采用压型钢板屋面，因此屋架考虑以下2种荷载组合：①跨永久荷载+全跨可变荷载屋架在全跨永久荷载+全跨可变荷载P作用下的计算简图如下：全跨永久荷载和全跨可变荷载作用全跨节点荷载设计值 P=（1.2024+1.393）×1.5×8=31.1448 KN②全跨永久荷载+半跨可变荷载屋架在全跨永久荷载+半跨可变荷载作用下的计算简图如下：全跨永久荷载荷载和半跨可变荷载作用全跨节点永久荷载：KNP4288.1485.12024.11=⨯⨯=半跨节点可变荷载：KNP716.1685.1393..12=⨯⨯=1.4内力计算由力学方法计算得屋架在全跨和半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数如图。

(a)全跨节点单位荷载作用下杆件内力系数Aa c e g g'e'c'a'+3.0100.000-5.310-7.339-6.861-5.319-3.923-2.1620.00 -5.641-2.633-.47+1.913+1.367+1.57+1.848 +3.96+1.222-1.39-1.2-1.525-1.776-2.43 -1.-1.-1....-.5+6.663+7.326+5.884+4.636+3.081+1.090B CD EF G H G'F'E'D'C'B'A'0.5 1.01.0 1.01.01.0 1.0 1.0（b）半跨节点单位荷载作用下杆件内力系数屋架各杆件内力可列表计算:表屋架杆件内力计算注:* 考虑两种荷载组合情况：(全跨永久荷载＋全跨可变荷载)P: 全跨永久荷载P1＋半跨可变荷载P2* 各杆内力系数见课程任务书。

1.5屋架杆件设计屋架杆件轴线尺寸及计算内力根据腹杆最大内力N=-239.31 KN,选择中间节点板厚度t=8 mm ，支座节点板厚度t=10 mm 。

（1） 上弦杆整个上弦采用等截面，选用两个不等肢角钢短肢相并，按弦杆最大内力KN N N FG HG 34.379-==进行杆件设计。

根据上弦平面屋架支撑布置情况, FG 或HG 杆在屋架平面外计算长度取mm 603045.1507=⨯=Oy l ，屋架平面内计算长度为节点长度，即m m 5.1507=Ox l 。

假定80=λ，则查表得轴心受压构件稳定系数ϕ=0.688，则所需截面面积：23m m 50.2564215688.01034.379=⨯⨯==f N A ϕ所需截面回转半径：mm l i Ox x 84.1880/5.1507/===λ mm l i Oy y 38.7580/6030/===λ根据需要A,x i ，y i 查角钢规格表，选用2L100×80×10（短肢相并），见下列图。

,78.4,35.2,4.342cm i cm i cm A y x ===对初选截面进行刚度和整体稳定性验算。

① 刚度验算[]15015.645.23/5.1507/====λλ<x Ox x i l []15015.1268.47/6030/====λλ<y Oy y i l 刚度验算满足要求。

② 整体稳定性验算对单轴对称截面进行整体稳定性验算时，对对称轴y 轴的长细比应采用换算长细比yz λ。

对不等边角钢短肢相并组成的T形截面：11.21160/603056.0/56.01610/160/11=⨯===b l t b Oy π时，可近似取15.126y y z ==λλ，因为x y z λλ=，则由15.126y z =λ查表得轴心受压构件稳定系数=ϕ0.406。

223/215mm /65.1845060406.01034.379mm N f N A N ==⨯⨯=< ϕ 整体稳定性验算满足要求。

即所选截面满足要求。

（2）下弦杆整个下弦采用等截面杆件，按下弦最大内力KN N cd 51.366=进行设计，根据下弦平面屋架支撑布置情况，gg 杆平面内计算长度mm l Ox 3000=,平面外计算长度mm l Oy 6000=。

初选截面2L125×80×7（短肢相并），见下图，,97.5,3.2,2.282cm i cm i cm A y x ===对初选截面进行强度和刚度验算。

① 强度验算223/215mm /97.12928201051.366mm N f N A N n ==⨯=< 强度验算满足要求。

② 刚度验算[]15043.13023/3000/====λλ<x Ox x i l []15050.1007.59/6000/====λλ<y Oy y i l 刚度验算满足要求。

即所选截面满足要求。

（3）支座斜杠Ba 杆杆件轴力KN N Ba 31.239-=，计算长度mm l l Oy Ox 2530==。

假定80=λ，则则查表得轴心受压构件稳定系数ϕ=0.688，则所需截面面积：23m m 83.1617215688.01031.239=⨯⨯==f N A ϕ 所需回转半径：mm l i Ox x 30.25100/2530/===λmm l i Oy y 30.25100/2530/===λ根据需要A,x i ，y i 查角钢规格表，选用2L90×6，见下图。

,98.3,79.2,28.212cm i cm i cm A y x ===对初选截面进行刚度和整体稳定性验算① 刚度验算[]15068.909.27/2530/====λλ<x Ox x i l []15057.638.39/2530/====λλ<y Oy y i l 刚度验算满足要求。

② 整体稳定性验算对等边角钢短肢相并组成的T形截面：30.1690/253058.0/58.0156/90/=⨯=<== b l t b Oy 时，16.726253090475.0157.63475.01224224=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=t l b Oy y yz λλ 因为x y z λλ=，则由68.90y z =λ查表得轴心受压构件稳定系数=ϕ0.617。

223/215mm /30.1532530617.01031.239mm N f N A N ==⨯⨯=< ϕ 整体稳定性验算满足要求。

即所选截面满足要求。

（4）斜腹杆Bc 杆杆件内力KN N Bc 89.180=，计算长度mm l l Oy Ox 2613==假定80=λ，则则查表得轴心受压构件稳定系数ϕ=0.688，则所需截面面积： 23m m 89.1222215688.01089.180=⨯⨯==f N A ϕ 所需回转半径：mm l i Ox x 13.26100/2613/===λ mm l i Oy y 13.26100/2613/===λ根据需要A,x i ，y i 查角钢规格表，选用2L90×6，见下列图。

,98.3,79.2,28.212cm i cm i cm A y x ===对初选截面进行刚度和整体稳定性验算。

① 刚度验算[]15066.939.27/2613/====λλ<x Ox x i l []15065.658.39/2613/====λλ<y Oy y i l 刚度验算满足要求。

② 整体稳定性验算对等边角钢短肢相并组成的T形截面：83.1690/261358.0/58.0156/90/=⨯=<== b l t b Oy 时，97.736261390475.0165.65475.01224224=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=t l b Oy y yz λλ 因为x y z λλ=，则由66.93y z =λ查表得轴心受压构件稳定系数=ϕ0.597。

223/215mm /39.1422128597.01089.180mm N f N A N ==⨯⨯=< ϕ 整体稳定性验算满足要求。

即所选截面满足要求。

（5）竖腹杆Cc 杆轴力KN N Cc 15.31-=，平面内计算长度m m 183222908.08.0=⨯==l l Ox 平面外计算长度mm 2290=Oy l 。

mm l i Ox x 32.18100/1832/===λmm l i Oy y 90.22100/2290/===λ初选截面2L50×5，下图所示，,38.2,53.1,6.92cm i cm i cm A y x ===对初选截面进行刚度和整体稳定性验算。