21m跨厂房梯形钢屋架设计钢结构课程设计计算书题目：21m跨厂房梯形钢屋架设计姓名：蒙立强学号：359409798班级：土木3班目录一、设计资料 (2)二、结构形式与支撑布置 (2)1.屋架形式及几何尺寸 (2)2.屋架支撑布置 (3)三、荷载计算 (4)1.荷载设计值 (4)2.荷载组合 (4)四、内力计算 (6)五、杆件设计 (7)1.上弦杆 (7)2.下弦杆 (8)3.斜腹杆“Ba” (9)4.竖杆“Gg” (10)5.各杆件的截面选择计算 (10)六、节点设计 (12)1.下弦节点“c” (12)2.上弦节点“B” (13)3.屋脊节点“H” (15)4.支座节点“a” (16)七、屋架施工图 (19)附节点详图1-6 (20)一、设计资料某厂房总长度为90m，跨度为L=21m，屋盖体系为无檩体系，纵向柱距为6m。

1.结构形式:钢筋混凝土柱，梯形钢屋架。

柱的混凝土强度等级为C30，屋面坡度i=L/10，L为屋架跨度。

地区计算温度高于-200C，无侵蚀性介质，不考虑地震设防，屋架下弦标高为18m，厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。

2.屋架形式及荷载:屋架形式、几何尺寸及内力系数（节点荷载P=1.0作用下杆件的内力）如附图所示。

屋架采用的钢材、焊条为：用Q345钢，焊条为E50型。

3.屋盖结构及荷载:无檩体系：采用1.5m×6.0m预应力混凝土屋板（考虑屋面板起系杆作用）。

荷载：①屋架及支撑自重：按经验公式q=0.12+0.011L，L为屋架跨度，以m为单位，q为屋架及支撑自重，以kN/m2为单位；②屋面活荷载：施工活荷载标准值为0.7kN/m2，雪荷载的基本雪压标准值为S0=0.35kN/m2，施工活荷载与雪荷载不同时考虑，而是取两者的较大值，积灰荷载0.8kN/m2。

③屋面各构造层的荷载标准值：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.4kN/m2水泥砂浆找平层0.4kN/m2保温层0.65kN/m2一毡二油隔气层0.05kN/m2水泥砂浆找平层0.3kN/m2预应力混凝土屋面板 1.45kN/m2二、结构形式与支撑布置1.屋架形式及几何尺寸如下图1所示：图1 屋架形式及几何尺寸2.屋架支撑布置如下图2所示：符号说明：SC —上弦支撑 XC —下弦支撑 CC —垂直支撑 GG —刚性系杆 LG —柔性系杆图2 屋架支撑布置三、荷载计算由于屋架的受荷水平投影面积为：22260126621m m m A >=⨯=，故按《建筑结构荷 载规范》取屋面活荷载（按上人屋面）标准值为0.7kN/m 2，雪荷载为0.35kN/m 2， 取屋面活荷载与雪荷载中较大值0.7kN/m 2。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式q =0.12+0.011L 计算，L 为屋架跨度，以m 为单位。

1.荷载设计值永久荷载设计值：预应力混凝土屋面板 2/9575.135.145.1m kN =⨯ 屋架及支撑自重 2/474.035.1)21011.012.0(m kN =⨯⨯+ 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 2/54.035.14.0m kN =⨯ 水泥砂浆找平层 2/54.035.14.0m kN =⨯ 保温层 2/8775.035.165.0m kN =⨯一毡二油隔汽层 2/0675.035.105.0m kN =⨯ 水泥砂浆找平层 2/405.035.13.0m kN =⨯计 4.8622kN /m 可变荷载设计值：屋面活荷载 98.04.17.0=⨯2k N /m积灰荷载 12.14.18.0=⨯2k N /m合计 2.12kN /m 2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合： 使用阶段荷载情况：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点永久荷载及可变荷载：kN kN F 66.6265.1)1.2862.4(=⨯⨯+= （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kN kN F 76.4365.1862.41=⨯⨯= 半跨节点可变荷载：kN kN F 9.1865.11.22=⨯⨯=施工阶段荷载情况：（3）全跨屋架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架自重：kN kN F 266.465.1474.03=⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：kN kN F 438.2665.1)98.09575.1(4=⨯⨯+= 屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图如下图3所示：F/2图3 荷载组合作用下的计算简图四、内力计算由以下图4得F=1时屋架各杆件的内力系数（F=1作用于全跨、左半跨和右半跨）21米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值21米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值图4 屋架各杆件的内力系数由屋架各杆件的内力系数求出各种组合荷载情况下的内力，计算结果见下表1：注：F=62.66kN，1F=43.76kN，2F=18.9kN，3F=4.266kN，4F=26.438kN··`````````·五、杆件设计腹杆最大内力N= -481.479kN，查表7.4，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。

1.上弦杆（图5）整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大内力设计。

N= -763.199kN= -763199N，上弦杆平面内计算长度150.75cm xl=；在屋架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，平面外计算长度3150.75cm452.25cm yl=⨯=。

因为003y x l l =，故截面宜选用两个不等肢角钢短肢相并，选用2L 14090⨯⨯，如下图5所示：图5 上弦杆截面图设70=λ，查附表4.2得751.0=ϕ 需要截面面积为：222.3278310751.0763199mm mm f N A =⨯==ϕ 需要的回转半径为：cm cm l i xx 154.27075.1500===λcm cm l i yy 461.67025.4520===λ根据需要的A 、x i 、y i 查角钢规格表，选用1080125L 2⨯⨯，截面特征为： 24.39cm A =，x i =2.26cm ，y i =6.11cm ，按所选角钢进行验算：[]15070.6626.275.1500=<===λλx x x i l[]15001.7411.625.4520=<===λλyy y i l 满足长细比要求。

由于y x λλ>，只需求y ϕ，查表得725.0=y ϕ，于是222/310/2.267/3940725.0763199mm N f mm N mm N A N y=<=⨯==ϕσ，所选杆件满足要求。

2.下弦杆（图6）图6 下弦杆截面图整个下弦采用同一截面，按最大内力所在的eg “”杆计算。

N kN N 749539539.749max ==, 0300c mx l =，01035c m y l = 所需截面面积为：2218.24310749539cm mm f N A ===选用770110L 2⨯⨯，因为00x y l l <<，故选用不等肢角钢短肢相并。

26.24cm A =>218.24cm ，x i =2.00cm ，y i =5.39cm[]35015000.23000=<===λλx x x i l ，[]35002.19239.510350=<===λλyy yi l 满足长细比要求，故所选杆件满足要求。

3.斜腹杆“Ba ”（图7）图7 斜腹杆“Ba ”截面图杆件轴力-481479N-481.479k N N == 计算长度00253cm x y l l ==，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1063100L 2⨯⨯，则20.31cm A =，x i =3.15cm ，y i =2.72cm32.8015.32530===x x x i l λ，01.9372.22530===yy yi l λy x λλ>因为，故只需求y ϕ=0.601，222/310/43.258/3100601.0481479mm N f mm N mm N A N y=<=⨯==ϕσ，所选杆件满足要求。

4.竖杆“Gg ”（图8）图8 竖杆“Gg ”截面图-62660-62.66k N N ==，02890.8c m 231.2c m x l =⨯=，089c m y l =由于内力较小，故按[]150λ=选择，所需的回转半径为：[]0231.2c m 1.54c m 150xx l i λ=== []0289cm 1.93cm 150yy l i λ=== 查型钢表，选择截面的回转半径较计算的要略大些，故选用365L 2⨯。

2668mm A =，x i =1.75cm ，y i =2.64cm[]1501.13275.12.2310=<===λλx x x i l[]1505.10964.22890=<===λλyy y i l 因为x y λλ>，故只需求378.0=y ϕ，222/310/2.248/668378.062660mm N f mm N mm N A N x=<=⨯==ϕσ，杆件满足要求。

5.其余各杆件的截面选择计算过程不一一列出，其计算结果见表2（在下一页）。

六、节点设计1.下弦节点“c ”（图9）图9 下弦节点“c ” 详图（1）腹杆与节点板间连接焊缝长度的计算用E50型焊条角焊缝的抗拉、抗压和抗剪强度设计值为2f 200N /mm w f =。

Bc 杆：设“Bc ”杆的肢背和肢尖焊缝8mm f h =和6mm f h =，则所需的焊缝长度为：mm mm f h N k l w f f w 7.11320087.023639307.07.02:11=⨯⨯⨯⨯=⨯=肢背214c mf h 考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加，取为。

mm mm f h N k l w f f w 99.6420067.023639303.07.02:22=⨯⨯⨯⨯=⨯=肢尖28c m f h 实际焊缝长度为计算长度加，取为。

Dc 杆：设“Dc ”杆的肢背和肢尖焊缝8mm f h =和6mm f h =，则所需的焊缝长度为：mm mm f h N k l wf f w 3.8620087.022762687.07.02:11=⨯⨯⨯⨯=⨯=肢背210c mf h 考虑到每条焊缝两端的起灭弧缺陷，实际焊缝长度为计算长度加，取为。

mm mm f h N k l w f f w 3.4920067.022762683.07.02:22=⨯⨯⨯⨯=⨯=肢尖26c m f h 实际焊缝长度为计算长度加，取为。