单层工业厂房屋盖结构—30米跨梯形钢屋架设计1.设计资料：1．1由设计任务书的已知条件：某地一机械加工车间，长102m ，跨度30m ，柱距 6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。

采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.43/m kN ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为13/m kN ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.43/m kN ），找平层2cm 厚（0.33/m kN ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。

钢筋选用Q235B ，焊条采用E43型。

屋面活荷载标准值0.73/m kN ，积灰荷载标准值0.63/m kN ，雪荷载为：0.353/m kN ，风荷载为：0.453/m kN 。

1.2屋架计算跨度：mm m m l 7.2915.02300=⨯-=1.3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，取屋架在30m 轴线处的端部高度mm h 990.1'0=，屋架的中间高度：mm h 490.3=（为5.8/0l ），则屋架在29.7处，两端的高度为mm h 005.20=。

屋架跨中起拱按500/0l 考虑，取60mm 。

屋架形式及几何尺寸如图所示：图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸根据厂房长度（102m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、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，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。

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下图所示：图2.桁架上弦支撑布置图桁图3.架下弦支撑布置图图4.垂直支撑1-1图5.垂直支撑2-2SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆3.荷载计算屋面和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。

故取屋面活荷载0.7kN/2m 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2l)kN/m 0.011(0.117g ⋅+=计算，跨度单位为m 。

表 1 荷 载 计 算 表荷载名称标准值（kN/2m ） 设计值（kN/2m ） 预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.4×1.35＝1.89 三毡四油防水层 0.4 0.4×1.35＝0.54 找平层（厚2cm ） 0.3 0.3×1.35＝0.405 10mm 厚泡沫混凝土保温层 0.10.1×1.35＝0.35 屋架和支撑自重 0.117+0.011×30=0.447 0.447×1.35＝0.603 永久荷载总和 2.647 3.573屋面活荷载 0.7 0.7×1.4＝0.98 积灰荷载 0.6 0.6×1.4＝0.84 可变荷载总和1.31.82设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：3.1.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 47.78161.50.90.840.983.573 F =⨯⨯⨯++=）（3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载全跨节点永久荷载：kN 32.157 61.53.573 F 1=⨯⨯=半跨节点可变荷载：kN 16.3861.51.82 F 2=⨯⨯=3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:全跨节点屋架自重：kN 5.427 61.50.603 F 3=⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：kN 25.8361.50.981.89 F 4=⨯⨯+=1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。

4.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所示：图6.屋架计算简图由图解法或数解法解得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，计算结果见表2 屋 架 构 件 内 力 组 合 表5.杆件设计 5.1上弦杆：全跨①左半跨② 右半跨③1F ×①+2F ×② 1F ×①+2F ×③ 3F ×①+4F ×② 3F ×①+4F ×③上 弦 AB BC 、CD DE 、EF FG 、GH HI IJ 、JK 0 -11.35 -18.19 -21.53 -22.36 -22.73 0 -8.49 -13.08 -14.62 -13.98 -14.39 -0.01 -3.45 -6.25 -8.46 -10.25 -10.20 0 -542.31 -869.14 -1028.72 -1068.38 -1086.060 -504.05 -799.19 -931.82-948.02 -966.64-0.17 -421.49 -687.31 -830.92 -886.93 -898.01 0 -280.89 -436.57 -494.47 -482.45 -495.05 -0.26 -150.71 -260.16 -335.37 -386.11 -386.82 -0.26-542.31 -869.14 -1028.72 -1068.38 -1086.06 下弦abbc cd de ef 6.33 15.36 20.21 22.12 21.234.84 11.30 14.14 14.44 11.681.83 4.98 7.43 9.39 11.68 302.45 733.92 965.65 1056.92 1014.39 282.83 679.03 881.51 947.84 874.01 233.53 575.50 771.60 865.12 874.01159.37 375.24 474.92 493.03 416.9181.62 211.99 301.60 362.59 416.91302.45 733.92 965.65 1056.92 1014.39斜腹杆aB Bb bD Dc cF Fd dH He eg gK gI-11.34 8.81 -7.55 5.39 -4.23 2.62 -1.51 0.29 1.53 2.16 0.49 -8.66 6.47 -5.23 3.39 -2.25 0.88 0.22 -1.25 3.40 4.07 0.54-3.27 2.87 -2.84 2.44 -2.43 2.13 -2.12 1.89-2.28-2.32-0.06-541.84 420.95 -360.75 257.54 -202.11 125.19 -72.15 13.8673.10103.2123.41 -506.51 389.28 -328.45 228.85 -172.88 98.67 -44.95 -11.15104.89136.1324.60-418.22 330.31 -289.31 213.29 -175.83 119.14 -83.28 40.28 11.85 31.46 14.77 -285.23 214.93 -176.07 116.82 -81.07 36.95 -2.51 -30.71 96.13 116.85 16.61 -146.01 121.94 -114.33 92.28 -85.72 69.24 -62.95 50.39 -50.59 -48.20 1.11 -541.84 420.95 -360.75 257.54 -202.11 125.19 -83.28 50.39 -30.71 104.89 -50.59 136.13 -48.20 24.60 竖 杆 Aa Cb 、Ec Gd Jg Ie Kf -0.55 -1.00 -0.98 -0.85-1.42 0.02 -0.54 -0.99 -0.98 -0.90 -1.43 00 0 0 0 0 0-26.28 -47.78 -46.83 -40.61 -67.85 0.96-26.53 -48.37 -47.57 -42.08 -69.09 0.64-17.69 -32.16 -31.51 -27.33 -45.66 0.64-16.93 -31.00 -30.63 -27.86 -44.64 0.11-2.98 -5.43 -5.32 -4.61 -7.71 0.11-26.53 -48.37 -47.57 -42.08 -69.09 0.96整个上弦采用等截面，按IJ 、JK 杆件的最大设计内力设计。

N ＝-1086.06kN上弦杆计算长度：在屋架平面内：为节间轴线长度508.1l l o ==ox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，根据支持布置和内力变化情况，取oy l 为支撑点间的距离，mm522.4508.12507.1l oy =+⨯=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。

腹杆最大内力N ＝-541.84kN ，查表得，中间节点板厚度选用12mm ，支座节点板厚度选用14mm 。

设60l =，查Q235钢的稳定系数表，可得0.807=ϕ（由双角钢组成的T 型和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积：26259.5mm 215173.50506.1086N A =⨯==f ϕ需要的回转半径：2oxmm 1.5260508.1l i ===λx ，2oy mm 4.5760522.4l i ===λy根据需要A 、y x i i 、查角钢规格表，选用2L180×110×12，肢背间距a ＝12mm ，则 A ＝67.422cm ，cm 10.3 i x =，cm .748 i y =按所选角钢进行验算： 48.6531.01508i l ox ===x x λ 76.514.874522i l oy ===yy λ满足长细比≤][λ＝150的要求。

由于x y λλ>，只需求y ϕ。

查表y ϕ＝0.847，则a a a MP 215MP 19.901MP 7426847.01086060A N y <=⨯==ϕσ所选截面合适，上弦截面如图所示：图7.上弦截面5.2下弦杆：整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的de 杆计算。

N kN 10569201056.92N ==3000mm l =ox ，mm 14850229700l l o ===oy（因跨中有通长系杆），所需截面积为:2249.16cmmm 91.9154215105690N A ====f选用2L180×110×10，因ox oy l l 〉〉，故用不等肢角钢，短肢相并。