钢结构设计原理课程设计计算书指导教师：学生姓名：班级：学号：设计时间：2桁架设计1.设计资料某厂房总长度108m，跨度可根据自己的情况从21m和24m两种情况中选用（同等情况下，前者的评分将较后者低5分），纵向柱距6m。

厂房建筑采用封闭结合；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，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台50/10t（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：学号为单号的同学用Q235B钢，焊条为E43型；双号的同学用Q345A钢，焊条为E50型。

3.屋盖结构及荷载无檩体系：采用1.5×6.0m预应力混凝土屋板（保证三点焊接，考虑屋面板能起到系杆的作用）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0.5kN/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0.40kKN/m2水泥砂浆找平层0.50kN/m2保温层0.80kN/m2一毡二油隔气层0.05KN/m2水泥砂浆找平层0.40kN/m2预应力混凝土屋面板 1.50kN/m 2 2.结构形式与布置1990135022902590289031902608285931193370253528593129339615091508150Aac egIB C D F G H I 15008=12000×150815081508150815081508起拱50图2a . 24米跨屋架几何尺寸桁架支撑布置如图：3.荷载计算屋面坡度i=1/10沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以1/cosα=1.005标准永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层0.40*1.005=0.402 kKN/m2水泥砂浆找平层0.50*1.005=0.503kN/m2保温层0.80*1.005=0.804kN/m2 一毡二油隔气层0.05*1.005=0.503KN/m2水泥砂浆找平层0.40*1.005=0.402kN/m2预应力混凝土屋面板 1.50*1.005=1.508kN/m2屋架及支撑自重：q=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.384 kN/m2共 4.506 kN/m2施工活荷载0.7 kN/m2积灰荷载0.5 kN/m2三种荷载组合①全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨节点荷载设计值（按永久荷载为主控制的组合）F=（1.35×4.506+1.4×0.7×0.7+1.4×0.9×0.5）×6×1.5=66.592kN②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=4.506×1.35×6×1.5=54.748kN（按永久荷载为主控制的组合）F1.2=4.506×1.2×6×1.5=48.667kN（按可变荷载为主控制的组合）对结构有利时：F1.3=4.506×1.0×6×1.5=40.554kN半跨节点可变荷载设计值F2.1=（0.7×0.7+0.9×0.5）×1.4×6×1.5=11.844kN （按永久荷载为主控制的组合）F2.2=（0.7+0.9×0.5）×1.4×6×1.5=14.490kN （按可变荷载为主控制的组合）③全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主控制的组合）全跨节点桁架自重设计值：对结构不利时：F3.1=0.384×1.2×6×1.5=4.147kN对结构有利时：F3.2=0.384×1.0×6×1.5=3.456kN半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：F 4=（1.2×1.508+1.4×0.7）×6×1.5=25.106kN ① ②为使用阶段荷载情况，③为施工阶段荷载情况。

②117③ 图2b . 24米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值④ A ac e g g 'e 'c 'a '+3.480.000-6.25-9.04-9.17-7.38-6.09-7.38-4.49-2.470.000.00-6.53-3.14+0.71+1.55+1.39+1.56+1.80+2.12+4.76+1.90-0.45-2.47-1.53-1.75-2.03-2.34-1.0-1.0-1.00.00+0.970.000.00-0.5+8.0+9.34+8.44+5.31+6.73+3.53+1.25B C D E F G H I H 'G 'F 'E 'D 'C 'B 'A '0.51.01.01.01.01.01.01.01.0i⑤ 图2c. 24米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值⑥ 图2 24m 跨屋架4.内力计算桁架杆件内力组合表Ii 0 +0.97 0 0 0 注：F=66.592kN,F1.1=54.748kN,F1.2=48.667 kN,F1.3=40.554kN;F2.1=11.844kN,F2.2=14.490kN;F3.1=4.147kN,F3.2=3.456kN,F4=25.106kN。

5.杆件设计（1）上弦杆整个上弦采用等截面，按FG、GH杆件的最大设计内力设计。

N=-1016.19kN=-1016190N上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度，l ox=150.8cm在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况，取l oy=3×l ox=3×150.8=452.4cm由于l oy=3l ox，故截面宜选择两个不等支角钢，短肢相并，如下图：腹杆最大内力N=590.671kN ,查表9.6.4，节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

设λ=60，查附录4得ϕ=0.807需要截面积：A=N/( ϕf)= 1016190/（0.807×310）=4062.0mm2需要的回转半径：i x=l ox/λ=150.8/60=2.51cmi y=l oy/λ=452.4./60=7.54cm根据需要的A，i x，i y查角钢规格表（附录8），选用2∟125×80×12,A=46.70cm2, i x=3.95cm,i y=6.23cm,b1/t=125/12=10.42,按所选角钢进行验算：λx = l ox/ i x=150.8/3.95=38.18因为b1/t=10.42<0.56 l oy/ b1=0.56×4524/125=20.27故有λyz=λy= l oy/i y=452.4/6.23=72.62<[λ]=150截面在x和y平面皆属b类，由于λyz >λx ,只需求ϕy，查表得ϕy =0.738N/( ϕy A)= 1016190/（0.738×4670）=294.85N/mm2<310 N/mm2所选截面合适.（2）下弦杆整个下弦采用同一截面，按gi杆件的最大设计值设计。

N=1010.201kN =1010201N ，l ox=300cm ，l oy=1185cm所需截面积A n=N/f=1010201/310=3258.7mm2=32.59 cm2选用2∟125×80×12，由于l oy >> l ox ,故用不等支角钢，短肢相并，如图A=46.70cm2 > 32.59cm2 i x=3.95cm , i y=6.23cm,λoy = l oy/ i y=1185/6.23=190.20<[λ]=350考虑下弦有2φ21.5mm栓孔削弱，下弦净截面面积A n=4670-2×21.5×12=4154mm2σ=N/A n=1010201/4154=243.19 N/mm2 <310 N/mm2（3）端斜杆aB杆件轴力：N=-590.671kN =-590671kN计算长度：l ox = l oy =253.5cm，由于l ox = l oy，故采用不等肢角钢，长肢相并，使i x≈i y。

选用2∟140×90×10 ，如图所示：A=44.522cm2，i x=4.47cm , i y=3.74cm , b2/t=90/10=9.λx = l ox/ i x=253.5/4.47=56.71由于b/t=90/10=9<0.48 l oy / b =0.48×2535/90=13.52故λyz=λy [1+1.09×b 4/（l oy2t2）]=75.32<[λ]=150由于λyz >λx ,只求ϕy =0.718σ=N/( ϕy A)= 590671/（0.718×4452.2）=184.78 N/mm2 <310 N/mm2所需截面合适（4）Bc杆杆件轴力：N=458.153KN=458153N杆件计算长度：l ox =0.8*260.8cm=208.64cm，l oy =260.8cm 所需截面积：An=N/f=1477.91mm2选用2∟100×7等边角钢如图，A=27.592cm2 i x =3.09cm i y =4.53cmλx = l ox/ i x=208.64/3.09=67.52<[λ]=350λy = l oy/ i y=260.8/4.53=57.57<[λ]=350σ=N/A n= 458153/2759.2=166.05 N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。

（5） cD杆杆件轴力：N=-362.26KN计算长度：l ox =0.8*285.9=228.72cm l oy=285.9cm 选用2∟100×7等边角钢如图，A=27.592cm2 i x =3.09cm i y =4.53cmλx = l ox/ i x=228.72/3.09=74.02<[λ]=150因为b/t=100/7=14.29<0.58 l oy / b =0.58×2859/100=16.58所以λy = l oy/ i y=285.9/4.53=63.11λyz=λy [1+0.475×b 4/（l oy2t2）]=70.59<[λ]=150ϕx=0.751σ=N/( ϕx A)= 362260/（0.751×2759.2）=174.82N/mm2 <310 N/mm2所选截面合适。