钢结构课程设计——24m跨钢屋架设计计算书目录设计资料 (2)结构形式与布置 (3)荷载计算 (5)内力计算 (6)杆件设计 (8)节点设计 (12)附件pf程序数据 (18)钢结构课程设计——24m跨钢屋架设计计算书一、设计资料：1.某单层单跨工业厂房，跨度24m，长度102m。

2.厂房柱距6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度C20，上柱截面尺寸400x400mm，钢屋架支承在柱顶。

3.吊车一台50T，一台20T，中级工作制桥式吊车（软钩），吊车平台标高12.000m。

4.荷载标准值（1）永久荷载三毡四油（上铺绿豆沙）防水层 0.4KN/m2水泥砂浆找平层 0.3 KN/m2保温层 0.6 KN/m2一毡二油隔气层 0.05 KN/m2预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2屋架（包括支撑）自重 0.12+0.011L=0.384 KN/m2（2）可变荷载屋面活载标准值 0.7 KN/m2雪荷载标准值 0.35 KN/m2积灰荷载标准值 0.3 KN/m25.屋架结构形式、计算跨度及几何尺寸见图1(屋面坡度为1:10)。

图1 梯形屋架示意图（单位: mm）6.钢材选用Q235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16m，运输高度3.85m，工地有足够的起重安装设备。

二、结构形式与布置（1）屋架形式及几何尺寸如图2所示。

图2 屋架形式及几何尺寸（单位mm）（2）屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。

横向支撑：根据其位于屋架上弦平面或者下弦平面，又可分为上弦横向支撑和下弦横向支撑，上弦平面横向支撑对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要作用。

设计人无数种屋架跨度为24m，室内有悬挂吊车，因此上弦与下弦都需在第一个柱间设置横向支撑，又因为长度为102m，所以应该在跨中增设一道横向支撑，保证横向支撑之间小于60m。

纵向支撑：设于屋架的上弦与下弦平面，布置在沿柱列的各屋架端部节间部位，它可以与横向支撑一起形成水平刚性盘，增加房屋的整体刚度，减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形对于梯形屋架，纵向支撑设在屋架的下弦的平面。

垂直支撑：位于两屋架端部或跨间某处的竖向平面或者斜向平面内，它可以保证屋架侧向整体稳定性，传递纵向所受纵向荷载，对于梯形屋架跨度小于30m，因此只需在屋架两端和跨度中点设置垂直支撑。

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，其他结点设通长的柔性系杆；下弦平面，仅在跨中和两端布置通长的柔性系杆。

具体支撑形式如图3：上弦平面下弦平面图3. 1-垂直支撑；2—系杆；3—上弦横向支撑；4—下弦横向支撑；5—下弦纵向支三、荷载计算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。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式计算，跨度单位为m 。

由于坡度为1:10，所以cos α约等于1，因此按水平投影面积计算的自重与规范给定的q 值基本相同。

荷载永久荷载： 预应力混凝土大型屋面板 68.12.14.1=⨯2/m kN 屋架及支撑自重 461.02.1)24011.012.0(=⨯⨯+2/m kN 三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 48.02.14.0=⨯2/m kN 水泥砂浆找平层 36.02.13.0=⨯2/m kN 保温层 72.02.16.0=⨯2/m kN 一毡二油隔汽层 06.02.105.0=⨯2/m kN 总计 3.7612/m kN 可变荷载：屋面活荷载 98.04.17.0=⨯2/m kN 积灰荷载 42.04.13.0=⨯2/m kN总计 1.42/m kN设计屋架时，应考虑以下3种荷载组合： (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：449.4665.1)4.1761.3(=⨯⨯+=F kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载：849.3365.1761.31=⨯⨯=F kN 半跨节点可变荷载：6.1265.14.12=⨯⨯=F kN（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：149.465.1461.03=⨯⨯=F kN半跨节点屋面板自重及活荷载：72.2765.1)4.168.1(4=⨯⨯+=F kN （1） 、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

四、内力计算屋架在上述3种荷载组合作用下的计算简图见图4所示。

由已知得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，计算结果见表1 （a ）全跨永久荷载与全跨可变荷载（b ）全跨永久荷载与半跨可变荷载（F 2可左可右）（c ）全跨屋架包括支撑、半跨屋面板自重、半跨屋面活荷载（F 4可左可右）图4 荷载组合内力计算表格（表1）五、 杆件设计支座斜杆最大内力设计值N=-418041N ，选取中间节点板厚t=10mm ，支座结点板厚t=12mm 。

（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按照FG 、GH 杆件之最大设计内力设计。

最大内力：N=-735427N ， 上弦杆计算长度在屋架平面内：l 0x =1507.48 mm在屋架平面外：根据支撑布置和内力变化情况21507.483014.96oy l mm =⨯=。

因为2oy ox l l =，假设75===y x λλλ，则2=xy i i ，故截面宜选用两个等边角钢相并。

查附表1.20得，72.0=ϕ， 由282.475021572.0735427mm f N A =⨯==ϕ，cm l i x ox x 01.275748.150===λ cm l i yoyy 02.475496.301===λ 考虑到板厚度为t<16mm,且单个面积大于23.75cm 2 ，节点板厚度为10mm ，由此，查附表2.1得：考虑选用2∠110×10等边角钢。

所以截面特性为：2522.42261.212cm A =⨯=，cm i x 38.3=，cm i y 93.4=则[][]cmcm i l cm cm i l y oyy x ox x 15015.6186.4496.3011506.4441.3748.150=<====<===λλλλ由 cm y 15.61=λ 查附表1.20得，802.0=ϕ 故22/215/65.2152.52.42028.0735427mm N f mm N A N =>=⨯==ϕσ，不可。

考虑选取2∠125×10等边角钢，截面特性为：2224.37348.746A cm =⨯=， 3.85x i cm =， 5.52y i cm =则：[]0150.74839.21503.85x x x l cm i λλ===<=[]0301.49654.61505.52y y y l i λλ===<= 由54.6y λ=cm 查附表1.20得，0.833ϕ=故22/215/1.1816.4874833.0735427mm N f mm N A N =<=⨯==ϕσ， 可。

（2）下弦杆下弦杆属于轴心受拉杆件，截面按受力最大的部位g-i 节间选用。

最大内力为：N F 5.729992= 在屋架平面内： 3000ox l mm=在屋架平面外： 3000oy l mm= 假设120===y x λλλ，则1=xy i i ，故截面宜选用两个不等边角钢长边相并。

截面选择231.33952155.729992mm f N A ===， 考虑到板厚度为t<16mm,且单个面积大于16.97cm 2 ，节点板厚度为10mm ，由此，查附表2.3得：考虑选用2∠125×80×10等边角钢。

所以截面特性为：2424.39cm A =，cm i x 98.3=，cm i x 31.3=[][]cm cm i l cm cm i l yoy y x ox x 1506.9031.330015037.7598.3300=<====<===λλλλ22/215/16.1854.39425.729992mm N f mm N A N =<===σ，可。

（3）端斜杆aB最大内力：N=-418041N ， 上弦杆计算长度在屋架平面内：l 0x =0.8×2442.1 =1953.68mm 在屋架平面外：l 0y =2442.1 mm 。

因为2oy ox l l =，假设65===y x λλλ，则2=xy i i ，故截面宜选用两个等边角钢相并。

查附表1.20得，78.0=ϕ， 由271.249221578.0418041mm f N A =⨯==ϕ，cm l i x ox x 01.365368.195===λ cm l i yoyy 757.36521.244===λ 考虑到板厚度为t<16mm,且单个面积大于12.46cm 2 ，节点板厚度为12mm ，由此，查附表2.1得：考虑选用2∠100×8等边角钢。

所以截面特性为：2276.31638.152cm A =⨯=，cm i x 08.3=，cm i y 56.4=则[][]cm cm i l cm cm i l yoy y x ox x 15055.5356.4221.24415043.6368.3368.195=<====<===λλλλ由 cm y 43.63=λ 查附表1.20得，917.0=ϕ 故22/215/98.1686.3127.7910418041mm N f mm N A N =<=⨯==ϕσ，可。

（4）斜腹杆Bc最大内力：N=322588.3N ， 上弦杆计算长度在屋架平面内：l 0x =0.8×2528.1 =2022.48mm 在屋架平面外：l 0y =2528.1 mm 。

假设100===y x λλλ，则25.1=xy i i ，故截面宜选用两个等边角钢相并。

由241.15002153.322588mm f N A ===，cm l i x ox x 02.2100248.202===λ cm l i yoyy 5281.210081.252===λ考虑到板厚度为t<16mm,且单个面积大于7.50cm 2 ，节点板厚度为10mm ，由此，查附表2.1得：考虑选用2∠70×6等边角钢。

所以截面特性为：232.16638.152cm A =⨯=，cm i x 15.2=，cm i y 26.3=则[][]cmcm i l cm cm i l y oyy x ox x 35055.7726.381.25235006.9415.2248.202=<====<===λλλλ故22/215/66.19700.16323.322588mm N f mm N A N =<===σ，可。