钢结构设计课程设计

钢结构设计课程设计

一般梯形钢屋架设计

一、设计资料

某车间跨度为 l 120m ，屋架间距 6m，屋面采纳 1.5 6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板。 20mm厚水混沙浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度 1/10 。屋架两头铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面 400×400，混凝土 C30，屋架跨度、保温层荷

载标准值和屋面积灰荷载标准值按指定的数据进行计算。

1、柱距 6m,梯形钢屋架跨度 L 21m

2、屋架采纳的钢材及焊条为： Q235钢，焊条为 E43型，手工焊。

3、梯形钢屋架荷载标准值（水平投影面计）

（ 1） 永远荷载：

三毡四油（上铺绿豆砂）防水层

20mm厚水泥沙浆找平层

保温层

预应力混凝土大型屋面板

屋架及支撑自重：按经验公式 计算：

× 21=0.351 kN/m 2

悬挂管道： kN/m 2

永远荷载总和： 0.4 ×2＋ kN/m 2

（2） 可变荷载：

屋面活荷载标准值：

雪荷载标准值：

积灰荷载标准值：

因为 屋面活荷载与屋面雪荷载不一样时考虑，屋面活荷载比屋面雪荷载大，取

较大值，这里下边计算只需考虑屋面活荷载。

1 钢结构设计课程设计

二、节点荷载计算

①全跨屋面永远荷载作用下

28.03kN / m2

②全跨可变荷载作用下

P 0.7 6 1.5 0.8 0.9 6 1.5 12.78kN / m2

③当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为

Sp

当基本组合由永远荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为：

Sp

由上可知，本工程屋面荷载组合由永远荷载效应控制，节点集中力设计值

。

④屋架节点荷载计算，计算屋架时应试虑以下三种荷载组合状况：

第一、全跨永远荷载 +全跨可变荷载；

第二、全跨永远荷载 +（左）半跨可变荷载；

第三、屋架和支撑自重 +（左）半跨屋面板重 +（左）半跨施工荷载

设：

P1 --- 由永远荷载换算得的节点集中荷载；

P2 --- 由可变荷载换算得的节点集中荷载；

P3 --- 由部分永远荷载（屋架及支撑自重）换算得的节点集中荷载；

P4 --- 由部分永远荷载（屋面板重）和可变荷载（屋面活荷载）换算得的节点集中荷载。

2 钢结构设计课程设计

则：

P1

P2 6

P3

P4 1.35 1.4 1.4 0.7 6 1.5 25.83kN ( 施工时无积灰荷载）

三、支撑部署

工业厂房 120m，故在房子两头部开间集跨中设置上下弦横向水平支撑和位于

上、下弦横向水平支撑同一开间的屋架两头及跨中三处设置垂直支撑。 其余屋架

则在屋架两头及跨中分别于上、 下弦设置三道系杆， 此中屋脊和两支座处为刚性

系杆，其余为柔性系杆，见附图（ 1-1 ）。

四、内力计算

用图解法活结构力学求解器先求出全跨和半跨单位节点荷载作用下的杆件

内力系数，而后乘以实质的节点荷载。 屋架在上述第一种荷载组合的作用下， 屋架的弦杆，竖杆和凑近两头的斜腹杆， 内力均达到最大， 在第二种和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到或发生变号。所以， 在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算凑近跨中的斜腹杆内力。计算结果列于下表：

3 钢结构设计课程设计

左跨加载

右跨加载

4 钢结构设计课程设计

（五）杆件截面选择：

弦杆和腹杆均采纳双角钢构成的 T 形截面：按腹杆的最大内力

NaP =-416.07KN, 查表的选中间节点板厚度为 10mm，支座节点板厚度为 12mm。（ 1）上弦杆

整个上弦杆采纳等截面，按 DE杆件的最大设计内力设计。

N DE

上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：

lox， loy 150.8 2 ( 取两块屋面板宽度）

因为 lox =2loy ，故宜采纳两个不等肢角钢，短肢相并。

设 =50，采纳角钢，为 b 类截面，查表得 0.856 。

需要截面积：

A req N 659.4 103 2 ，查表得：

f 0.856 215 102

l ox

3.02cm ， iy l oy

ix 50 50

根 据 需 要 的 A 、 ix 、 i y 查 角 钢 规 格 表 ， 选 用 2 ∟ 125 80 10，

2 ， ix ， i y ， b1 t 160cm 10cm 16 ，按

所选角钢进行验算：

l ox ＜ 150 x

i x

5 钢结构设计课程设计

l oy ＜ 150 x

i y

∵ b1 t 125 10 12.5 oy b1

∴ 取 yz y

截面 x 和界面 y 都为 b 类截面，因为 x ＞ yz ，只需要求 y 。查表的 =0.773 。

N DE 659.4 103 216.5 215 N mm2

A 0.773 39.4 102

故所选截面适合。

（ 2）下弦杆

整个下弦杆采纳同一截面，按最大内力设计值设计。

Ncd 656.12KN ，平面内的计算程度和平面外的计算长度分别为：

lox 300cm ， l oy 1035cm

所需截面面积：

A nN cd 656.12 103 30.52cm 2

f 215

采纳 2∟ 125 80 8 ，短肢相拼， A 2 16 32cm 2 ，（设连结支撑的螺栓孔位于

节点板内的距离 a 100mm ） ix， i y ，

oy l oy i y 1035 6.07 170.5 ＜ 350

6 钢结构设计课程设计

oxlox ix 131 ＜350

截面验算 N cd 656.12 103 2

＜ 215 N mm 2

A 32 102 205.0 N mm

所选截面适合。

（ 3）腹杆验算 :

1）、腹杆 Pa

杆件轴力： N aP416.07 KN

计算长度 lox l oy l 253.0cm ，因为 l ox loy ，故采纳不等值角钢长肢相并。

采纳 2∟ 125 80 8 ， A 2 16 32cm 2 ，ix 4.01cm ， i y 3.27cm ，按所选角钢

进行验算：

x lox ＜ 150 i x

y loy ＜ 150 i y

∵ b2 t 8 10 253

＜ 0.48 l oy b2 8

∴ yz y 1 2 4 1 84

l oy 2t 2 2532 2

85.9 ＜ 150

截面 x 和界面 y 都为 b 类截面，因为 x ＞ yz ，只需要求 。查表的 =0.649 。

7 钢结构设计课程设计

N 103 200.3N mm2 ＜ 215 N mm 2

A 0.649 32 102

2）、腹杆 Pb

杆件轴力： N Pb314.47 KN

计算长度 lox 209.0cm ， lox

采纳 2∟ 75 5 ， A 2 2 ， ix 2.32cm ， i y 3.43cm ，按所选角钢

进行验算：

lox 90.1 ＜ 350 ， y loy ＜ 350 x

i y

i x

N 103 212.2 N mm2 ＜ 215 N mm 2 ，故所选截面适合。

A 102

一般按全跨永远荷载和全跨可变荷载计算。对跨中的部分斜腹杆因

半跨荷载可能产生的内力变号，采纳将图中的（ Dd杆、 Wc杆、 WD杆、Ed 杆）均按压杆控制其长细比， 故不用考虑半跨荷载作用的组合， 只计算全跨满载时的杆件内力。

3）腹杆 Dd

杆件轴力： N Dd 38.54 KN

计算长度 lox 231.2cm ， lox

采纳 2∟ 63 5 ，

A 2 2

， ix ，按所选角钢

， i y

进行验算： lox ＜ 150 ， loy ＜ 150 x

y

i y

i x

查表可知 =0.441 ，

8