钢屋架设计姓名：班级：学号：指导教师：1.原始资料：某工业厂房为单跨，无天窗，纵向长度为60m，跨度为18m，采用梯形钢屋架，无檩方案，屋面采用1.5×6m预应力钢筋混凝土屋面板，100mm厚泡沫混凝土保温层，二毡三油改性沥青防水卷材屋面，屋面为上人屋面，坡度为i=1/15。
屋架铰支于钢筋砼柱上，柱截面400mm×400mm，砼标号为C25，车间无吊车。
屋架采用的钢材为Q345钢，手工焊。
2.屋架形式和几何尺寸确定屋架计算跨度（每端支座中线缩进150mm）：l o=18-2×0.15=17.7m跨中及端部高度桁架的中间高度：h=2250mm在17.7m的两端高度：h=1650mm桁架跨中起拱50mm图1 桁架形式及几何尺寸桁架支撑布置图如图2所示：图24.荷载和内力计算4.1荷载计算：4.11屋面永久荷载标准值：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2.0kN/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。
积灰荷载标准值：0.5kN/m2。
③屋面各构造层的荷载标准值：二毡三油改性沥青防水层 0.40kN/m2水泥砂浆找平层 0.40kN/m2保温层 0.60kN/m2预应力混凝土屋面板 1.50kN/m2屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载大于雪荷载，故取屋面活荷载计算。
沿屋α=换算为沿水平投影面分布的荷载。
桁架沿水面斜面分布的永久荷载应乘以1/cos 1.005P=+⨯支撑）平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（0.120.011W计算，跨度单位m。
永久荷载标准值：二毡三油改性沥青防水层 1.002×0.4kN/m2=0.4008kN/m2水泥砂浆找平层 1.002×0.4 kN/m2=0.4008kN/m2保温层 1.002×0.6 kN/m2=0.6012kN/m2 预应力混凝土屋面板 1.002×1.5 kN/m2=1.503 kN/m2桁架和支撑自重 0.12 KN/m2+0.011×18 kN/m2=0.318kN/m2总计：3.2kN/m2可变荷载标准值：屋面活荷载 2.0kN/m2 积灰荷载 0.5kN/m2 4.2荷载组合：设计桁架时，应考虑以下三种荷载组合：（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载（按永久荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值：F=（1.35×3.2kN/㎡+1.4×0.7×2.0 kN/㎡+1.4×0.9×0.5 kN/㎡）×1.5m×6m=62.19kN(2)全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载设计值：对结构不利时：F1.1=1.35×3.2 kN/㎡×1.5m×6m=38.88kN (按永久荷载为主的组合)F1.2=1.2×3.2 kN/㎡×1.5m×6m=34.54kN (按可变荷载为主的组合)对结构有利时：F1.3=1.0×3.2 kN/㎡×1.5m×6m=28.8kN半跨节点可变荷载设计值：F2.1=1.4×（0.7×2.0 kN/㎡+0.9×0.5 kN/㎡）×1.5m×6m=23.31kN (按永久荷载为主的组合)F2.2=1.4×（2.0+0.9×0.5）kN/㎡×1.5m×6m=22.05kN (按可变荷载为主的组合)(3)全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载(按可变荷载为主的组合)全跨节点屋架自重设计值：对结构不利时：F3.1=1.2×0.318 kN/㎡×1.5m×6m=3.43kN对结构有利时：F3.2=1.0×0.318 kN/㎡×1.5m×6m=2.86kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F4=（1.2×1.503 kN/㎡+1.4×2.0 kN/㎡）×1.5×6=41.4kN（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。
单位力作用下的计算详图见图3。
4.3内力计算假设屋架杆件的连接均为铰接，则屋架为静定结构，内力计算与杆件截面无关。
在半跨单元节点力作用下，各杆件的内力系数如下图所示。
（a）(b)图4 桁架各杆件的内力系数表1 桁架杆件内力组合表杆件名称内力系数(F=1) 第一种组合F×①第二种组合第三种组合计算杆件内力/KN 全跨①左半跨②右半跨③F1，i×①+F2，i×②F1，i×①+F2，i×③F3，i×①+F4×②F3，i×①+F4×③上AB 0 0 0 0 0 0 0 0 0注：F=62.19kN ；F 1.1=38.88kN ；F 1.2=34.54kN ；F 1.3=28.8kN ；F 2.1=23.31kN ；F 2.2=22.05kN ；F 3.1=3.43kN ； F 3.2=2.86kN ；F 4=41.4kN 。
四、杆件设计 1、上弦杆整个上弦杆采用等截面，按FG 杆之最大设计内力设计。
N=565.93 kN 。
上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：cm l ox 8.150在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取：cm cm l oy 6.3018.1502=⨯= 因为ox oy l l 2=，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并(图5)。
腹杆最大内力N=404.24kN ，查表9.6.4，节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度用14mm 。
设λ=60，查附录4得0.807ϕ= 需要截面积：322932.231037260.807310/N N A mm f N mmϕ⨯===⨯ 需要回转半径：cm cm l i oxx 51.2608.150===λ， cm cml i oy y 03.5606.301===λ 根据需要的A 、x i 、y i 查角钢型钢规格表(附录8)，选2L140×90×10，A=44522mm ，x i =2.56cm 、y i =6.85cm ，b 1/t=140/10=14,按所选角钢进行验算：91.5856.28.150===cm cm i l x ox x λ， 301.644.036.85oy y y l cm i cmλ=== 因为 06.12140/301656.0/56.014/101=⨯=>=b l t b y所以 []15013.541407.521030*********.37.5217.342241221=<=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λλb t l t b oy yz 满足允许长细比的要求。
截面在x 和y 平面皆属b 类，由于x y z λλ>，只需求x ϕ。
查附录得0.743x φ=。
3222932.2310281.82/310/0.7434452x N NN mm N mm A mmφ⨯==<⨯，所选截面合适。
图52、下弦杆整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算: N=577.12 kN 。
计算长度： ,3000cm l x =01185y l cm = 所需净截面面积为：22389.29/3101074.926cm mmN N f N A n =⨯== 选用2L140×90×8。
因为x y l l 00>>，故用不等肢角钢，短肢相并(图6)。
A=36.08cm 2> 29.89cm 22.587, 6.80x y i cm i cm ==。
[]00/1185/6.80174.26250y y y l i λλ===<= 考虑下弦有2φ21.5mm 的栓孔削弱，下弦净截面面积：23092125.2123608mm A n =⨯⨯-=3222926.7410299.72/310/3092n N NN mm N mm A mmσ⨯===<所选取的截面满足要求。
图63、端斜杆(aB 杆)：杆件轴力： N=-404.24kN计算长度:,5.25300cm l l y x ==因为y x l l 00=，故采用不等肢角钢，长肢相并，使y x i i ≈。
选用角钢2L125×80×10(图7)。
A=39.42cm 2,23.98, 3.39,/80/108xy i cm i cm b t ====。
截面刚度和稳定性验算：253.563.69[]1503.98ox x x l cm i cmλλ===<=， 因为 202/80.48/0.482535/8015.21y b t l b =<=⨯=442222201.09253.5 1.09801179.97[]1503.39253510yz y y b l t λλλ⎛⎫⎛⎫⨯=+=+=<= ⎪ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭ 因x yz λλ>，只求0.576y ϕ=：3222541.8710238.65/310/0.5763942y N N N mm N mm A mmσϕ⨯===<⨯，所需截面合适。
图74、腹杆Hi:最大拉力：N=31.04kN 最大压力：N=-83.06kN桁架平面内计算长度：cm cm l l x 6.2693378.08.00=⨯== 桁架平面外计算长度：cm l l y 3370==选用2L70×4（图8），A=11.142cm ，x i =2.18cm 、y i =3.29cm ，b/t=70/4=17.5,按所选角钢进行验算：[]15067.12318.26.269=<===λλcm cm i l x ox x ， []337102.431503.29oy y yl cmi cmλλ===<=因为0/17.50.58/0.583370/7027.92y b t l b =<=⨯=所以[]15086.1084337070475.0143.102475.012242204=<=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=λλλt l b y y yz 满足允许长细比的要求。
截面在x 和y 平面皆属b 类，由于x y z λλ>，只需求x ϕ。