最新21mi土木工程钢结构设计21m总长90m梯形屋架汇总

钢结构课程设计一、设计资料说明：21m 跨径简支梯形钢屋架设计厂房跨径为 21m，长度为 108m，柱距为 12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长 尺压型钢板，屋面坡度为 i=1/10 采用热轧 H 型钢，雪载荷为 s0  0.25kN / mm 2 。

钢材采用 Q235B,焊条采用 E43 型 二、屋架形式及几何尺寸平面图：三、支撑布置：四、荷载计算 1、永久载荷计算： 压型钢板0.15  10 10  0.1 5 1kN m2檩条0.238 kN m2屋架支撑自重12 1.1 21  35.1 kg m2  0.351 kN m2、活动载荷计算雪载0.25  10 10  0.2 5 1kN m2总载荷：Q  0.151 0.238 0.3511.2  0.2511.412 2.1  31.2kN m2五、杆件内力计算及组合：通过用有限元软件 PATRAN 计算后列出了单元的受力大小，利用的是 Rod 单元，计算 结果如下表所示：位置 上弦杆下弦杆 斜杆竖杆杆件编号B C D E F L M N O PH I K A G J内力计算表轴线长度(mm)2110 2111 2110 2111 2110 1950 2100 2100 2910 30133327 3327 3662 1950 2370 2790荷载内力（KN）0 -185 -185 -235 -235 114 222 228 -163 101-60 200 12.8 -13 -26 -26六、杆件截面选择及验算： 1、上弦杆截面选择： 上弦杆采用相同截面，以最大的压力设计；N max  235 KN在屋架平面内的计算长度为 lox  2.11m ，在平面外的计算长度为 loy  4.22m 。

面积和特性（长支水平角钢组成 T 型截面节点板根据最大应力选用板厚 8mm）：（上述选用两个不等支角钢 2L10080 6mm ，长支水平。

目录一钢结构课程设计任务书 (1)二钢结构课程设计计算书 (3)1 支撑布置 (3)2 荷载计算 (4)3 内力计算 (6)4 杆件设计 (7)5 节点设计 (18)三附图1钢屋架施工图2钢屋架节点详图和材料表一、 钢 结 构 课 程 设 计 任 务 书一、设计资料 1、结构形式某厂房跨度为21m ，总长90m ，柱距6m ，采用梯形钢屋架、1.5×6.0m 预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为10:1 i 。

地区计算温度高于-200C ，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m ；厂房内桥式吊车为2台150/30t （中级工作制），锻锤为2台5t 。

2、 屋架形式及选材屋架形式、几何尺寸及内力系数如附图所示。

屋架采用的钢材及焊条为：1班学号为单号的同学用235Q 钢，焊条为43E 型，学号为双号的同学用345Q 钢，焊条为50E 型；2班学号为单号的同学用345Q 钢，焊条为50E 型，学号为双号的同学用235Q 钢，焊条为43E 型。

3、荷载标准值（水平投影面计）① 永久荷载：三毡四油（上铺绿豆砂）防水层 0.4 KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.4 KN/m 2保温层 0.65KN/m 2(按附表取) 一毡二油隔气层 0.05 KN/m 2 水泥砂浆找平层 0.3 KN/m 2预应力混凝土大型屋面板 1.4 KN/m 2屋架及支撑自重：按经验公式L=计算： KN/m212.0+.0q11悬挂管道： 0.15 KN/m2②可变荷载：屋面活荷载标准值：27.0mkN/雪荷载标准值： 0.35KN/m2积灰荷载标准值： 1.0 KN/m2(按附表取)二、设计内容1、计算书部分进行桁架支撑布置，画出屋架结构及支撑的布置图；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内力计算、内力组合，设计各杆件截面；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。

梯形钢屋架设计（21m跨）一、设计资料某地区某金工车间。

采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。

跨度为21 m，柱距6 m,厂房长度为144 m，厂房高度为15.7 m。

车间内设有两台150/520 kN中级工作制吊车，计算温度高于-20 ℃。

采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m2，1.5 m×6.0 m预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m2。

屋面积灰荷载0.35 kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45 kN/m2，风荷载为0.5 kN/m2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm×400 mm，砼标号为C20。

二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置1、钢材及焊条选择根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。

焊条采用E43型，手工焊。

2、屋架形式及尺寸本设计采用无檩屋盖，i＝1/10，采用梯形屋架。

屋架跨度为L=21000 mmL＝L-300＝20700 mm，屋架计算跨度为H＝2000 mm ，（1/16 ～ 1/12）L，（通常取为2.0 ～2.5 m）端部高度取H+0.5i L＝2000 + 0.1×21000/2＝3050 mm，中部高度取H＝屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm（f = L/500考虑）。

为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m。

附图1：屋架杆件几何长度（单位：mm）3、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。

因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。

在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。

21m跨厂房梯形钢屋架设计本文将针对21m跨厂房梯形钢屋架的设计做出详细的分析和论述。

首先，我们将介绍梯形钢屋架的概念、使用场景以及设计考虑因素。

接着，我们将探讨该结构的计算以及力学分析，并分析不同参数条件下的屋架性能。

最后，我们将总结设计中需要注意的事项和优化建议。

梯形钢屋架是一种适用于大跨度厂房的结构形式，在钢结构领域得到了广泛的应用。

它由钢材制成，具有高强度、刚度好、重量轻、施工方便等特点，可实现承载大型机械设备和防水、隔热等功能。

在设计中，需要考虑外界环境、荷载、地基等因素，确定合适的梯形钢屋架尺寸和材料，以保证结构的稳定性、安全性和经济性。

对于21m跨厂房梯形钢屋架的设计，需要考虑的重要因素包括荷载、跨度和材料强度等。

荷载方面，包括静荷载（屋面自重）、活荷载（雨水、风载、设备等）和雪荷载。

跨度方面，跨度增加，所用材料强度和断面尺寸需要相应增加，以保证结构的强度和稳定性。

材料方面，根据设计荷载和跨度，可以选择相应的材料规格和强度等级。

在进行计算和力学分析时，应考虑梯形钢屋架的静力学、动力学和抗震性能等。

具体而言，需要计算梁柱系统受力、节点刚度和形变等参数，以评估结构的强度和稳定性。

如下是一个21m跨厂房梯形钢屋架结构的计算示例。

1. 荷载计算根据设计要求，该屋架荷载组合如下：- 静荷载：γ = 0.4 kN/m2- 活荷载：G = 1.0 kN/m2，Q = 1.5 kN/m2- 雪荷载：S = 0.7 kN/m2（山区为2.5 kN/m2）2. 结构分析根据力学分析，该屋架采用钢板梁和钢柱组成的框架结构。

采用Westergaard的理论计算结构荷载，在达到规定的钢材强度等级后，计算出横、竖向的轴向力和弯矩。

3. 断面设计选择相应的钢材材料和规格，并根据荷载及跨度计算出梁、柱截面尺寸。

4. 节点设计设计节点刚度，如节点和抗拔螺栓等，以保证节点的可靠性和稳定性。

5. 建模与优化在CAD软件中进行3D建模，并进行弹性分析和优化设计，以保证结构满足设计要求。

21m 跨径简支梯形钢屋架设计（有檩）一、 设计资料厂房跨度为21m ，长度为108m ，柱距为12m ，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/10，采用轧制H 型钢檩条，水平间距自定，雪荷载为s 0=0.25 KN/m 2，不考虑风压。

钢材采用Q235B ，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。

1、屋面荷载标准值：屋架及支撑自重 0.117+0.11L=0.117+0.011*21=0.348 2KN M压型钢板=0.151 2KN M檩条（约0.5KN/M,间距1.5m ） 0.333 2KN M恒荷载总和 0.832 2KN M雪荷载 0.25 2KN M （小于0.5，取屋面活载0.5 2KN M ） 积灰荷载 0.6 2KN M活载总和 1.1 2KN M2、屋架计算跨径：020.152120.1520.7m l L =-⨯=-⨯=。

3、屋架形式及图示如图1：二、荷载与力计算2.1、荷载计算根据荷载规，屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，取两者较大值计算。

屋面荷载汇总 ： 表1 屋面荷载汇总2.2、荷载组合节点荷载设计值按可变荷载效应控制的组合(1.20.832 1.40.5 1.40.90.6) 1.51244.1792d F =⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯= 2KN M其中永久荷载的分项系数 1.2G γ=,屋面活载或雪荷载载荷分项系数1 1.4Q γ=,组合只设计值1 0.7ϕ=，积灰荷载 1.4Q γ= 20.9ϕ=按永久荷载效应控制的组合(1.350.832 1.40.50.7 1.40.90.6) 1.51242.6456d F =⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=2KN M其中永久荷载的的分项系数 1.35G γ=，活荷载的分项系数1 1.4Q γ=，故节点荷载取44.17922KN M ,支座反力=7309.2544d d R F =2KN M 。

2.3、力计算KN M作用下屋架在上述荷载组合作用的计算简图4所示，用软件求得在F=44.17922屋架各杆的力入图4所示。

钢结构课程设计设计任务书北京地区某金工车间，采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。

跨度21米，柱距6米，厂房高度为15.7米，车间内设有两台200/50KN中级工作制吊车，计算温度高于-20C。

采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，厚泡沫混凝土保温层，1.5mx6m预应力混凝土大型屋面板。

屋面积灰荷载0.7 KN/m2，屋面活荷载0.45 KN/m2，雪荷载0.4KN/m2，风荷载0.45 KN/m2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mmx400mm，混凝土标号为C20。

要求设计钢屋架并绘制施工图。

一、设计条件1、钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。

2、屋架计算跨度 Lo=21000－2×150=20700mm3、跨中及端部高度设计条件为无檩条屋盖方案，屋架端部高度h=1990mm，屋架的中间高度h=3040mm，屋面坡度i＝1/10。

二、结构形式1、屋架形式如下图2、屋架支撑布置厂房长度(168m>60m)、跨度及荷载情况，设置上下弦横向水平支撑4道，下弦纵向水平支撑沿两侧柱列布置。

如下图（修改图，变为4道支撑）三、荷载与内力计算 1、荷载计算屋面活荷载与雪荷载不会同时发生，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。

故取屋面活荷载0.45 kN/㎡进行计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按照经验公式()20.120.011/k g l kN m =+=（0.12+0.011*21）=0.351计算，跨度单位为米。

永久荷载设计值取系数1.35，屋面活荷载设计值取系数1.4 荷 载 计 算 表2、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合： （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：F=(4.254+1.68)×1.5×6=53.406kN （2）全跨永久荷载+半跨可变荷载全跨节点永久荷载： F1=4.254×1.5×6=38.286 kN半跨节点可变荷载： F2=1.68×1.5×6=15.12kN（3）全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载全跨节点屋架及支撑自重： F3 =0.474×1.5×6=4.266kN半跨大型屋面板重及活荷载： F4=(1.89+0.63)×1.5×6=22.68kN（1）、（2）为使用节点荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。

21m跨径简支梯形钢屋架设计（有檩）一、设计资料厂房跨度为21m，长度为108m，柱距为12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/10，采用轧制H型钢檩条，水平间距自定，雪荷载为s0=0.25 KN/m2，不考虑风压。

钢材采用Q235B，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。

1、屋面荷载标准值：屋架及支撑自重0.117+0.11L=0.117+0.011*21=0.348 2KN M 压型钢板0.15* =0.1512KN M檩条（约0.5KN/M,间距1.5m）0.333 2KN M恒荷载总和0.832 2KN M雪荷载0.25 2KN M（小于0.5，取屋面活载0.5 2KN M）积灰荷载0.6 2KN M活载总和 1.1 2KN M2、屋架计算跨径：020.152120.1520.7ml L=-⨯=-⨯=。

3、屋架形式及图示如图1：二、荷载与内力计算2.1、荷载计算根据荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，取两者较大值计算。

屋面荷载汇总 ：表1 屋面荷载汇总2.2、荷载组合节点荷载设计值按可变荷载效应控制的组合(1.20.832 1.40.5 1.40.90.6) 1.51244.1792d F =⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯= 2KN M其中永久荷载的分项系数 1.2G γ=,屋面活载或雪荷载载荷分项系数1 1.4Q γ=,组合只设计值1 0.7ϕ=，积灰荷载 1.4Q γ= 20.9ϕ=按永久荷载效应控制的组合(1.350.832 1.40.50.7 1.40.90.6) 1.51242.6456d F =⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯=2KN M其中永久荷载的的分项系数 1.35G γ=，活荷载的分项系数1 1.4Q γ=，故节点荷载取44.17922KN M ,支座反力=7309.2544d d R F =2KN M 。

2.3、内力计算屋架在上述荷载组合作用的计算简图4所示，用软件求得在F=44.17922KN M作用下屋架各杆的内力入图4所示。

目录1.设计资料 (1)2.屋架形式及几何尺寸 (1)3.支撑布置 (1)4.荷载和内力计算 (2)4.1荷载计算 (2)4.1.1永久荷载（水平投影面） (2)4.1.2可变荷载 (2)4.2荷载组合 (3)4.3内力计算 (3)5.杆件截面选择及验算 (5)5.1上弦杆件截面 (5)5.2下弦杆件截面 (6)5.3斜腹杆件截面 (6)5.4竖直杆件截面 (10)6.典型节点设计 (11)6.1下弦节点“b” (11)6.2上弦节点“B” (12)6.3屋脊节点“K” (14)6.4支座节点“a” (14)7.参考文献 (17)8.结束语 (17)21m跨径简支梯形钢屋架设计（有檁）1.设计资料厂房跨度为21m，长度为96m，柱距为12m，简支于钢筋混凝土柱上，屋面材料为长尺压型钢板，屋面坡度为i=1/12，采用轧制H型钢檩条，水平间距自定，基本风压位w0=0.5 KN/m2,屋面离地面高度为20m，雪荷载为s=0.4 KN/m2，不考虑风压。

钢材采用Q235B，焊条采用E43型，混凝土标号为C20。

2.屋架形式及几何尺寸该屋架为有檁屋盖方案，i=1/12，采用平坡梯形屋架。

屋架计算跨度030020700L L mm=-=，端部高度取02000H m=，中部高度2863mm，屋架杆件几何长度如图2.1所示。

3.支撑布置支撑布置如图3.1所示4.荷载和内力计算4.1荷载计算4.1.1永久荷载（水平投影面）压型钢板 20.150.151KN m =檩条（约0.5 KN/m ，水平间为1.5m ） 20.333KN m 屋架及支撑自重 20.120.0110.351L KN m += 恒载总和 20.835KN m 4.1.2可变荷载（1）因屋架受荷水平投影面积超过60m 2，故屋面均布活荷载取为（水平投影面）20.3KN m ，小于雪荷载，故活荷载取为20.4KN m 。

（2）风荷载：风荷载高度变化系数为 1.25，屋面迎风的体形系数为-0.6，被风面为-0.5，所以负风压的设计值（垂直与屋面）为迎风面： 21 1.40.6 1.250.50.525w KM m =-⨯⨯⨯=-背风面： 22 1.40.5 1.250.50.4375w KN m =-⨯⨯⨯=-1w 和2w 垂直与水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载。

梯形钢屋架设计（21m跨）一、设计资料某地区某金工车间。

采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。

跨度为21 m，柱距6 m,厂房长度为144 m，厂房高度为15.7 m。

车间内设有两台150/520 kN中级工作制吊车，计算温度高于-20 ℃。

采用三毡四油防水屋面上铺小石子设计荷载标准值0.4 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.4 kN/m2，泡沫混凝土保温层设计荷载标准值0.1 kN/m2，水泥砂浆找平层设计荷载标准值0.5 kN/m2，1.5 m×6.0 m预应力混凝土大型屋面板设计荷载标准值1.4 kN/m2。

屋面积灰荷载0.35 kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45 kN/m2，风荷载为0.5 kN/m2。

屋架铰支在钢筋混凝土柱上，柱截面为400 mm×400 mm，砼标号为C20。

二、屋架形式、尺寸、材料选择及支撑布置1、钢材及焊条选择根据建造地区（北京）的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。

焊条采用E43型，手工焊。

2、屋架形式及尺寸本设计采用无檩屋盖，i＝1/10，采用梯形屋架。

屋架跨度为L=21000 mmL＝L-300＝20700 mm，屋架计算跨度为H＝2000 mm ，（1/16 ～ 1/12）L，（通常取为2.0 ～2.5 m）端部高度取H+0.5i L＝2000 + 0.1×21000/2＝3050 mm，中部高度取H＝屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42 mm（f = L/500考虑）。

为使屋架上弦承受节点荷载，配合宽度为1.5 m的屋面板，采用上弦节间长度为3.0 m。

附图1：屋架杆件几何长度（单位：mm）3、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。

因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。

在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。

设计资料北京地区某金工车间.采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。

车间跨度21m,长度144m，柱距6m,厂房高度15.7m。

车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。

设计温度高于—20℃.采用三毡四油，上铺小石子防水屋面,水泥砂浆找平层,8cm厚泡沫混凝土保温层，1。

5m ×6.0m预应力混凝土大型屋面板。

屋面积灰荷载0。

6kN/m2，屋面活荷载0。

35 kN/m2,雪荷载为0。

45kN/m2,风荷载为0.5kN/m2.屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土标号为C20。

一、选择钢材和焊条根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235—B。

焊条采用E43型，手工焊。

二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。

＝L-300＝20700mm,屋架计算跨度为L＝1990mm，端部高度取H中部高度取H＝H+1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm(按L/500考虑）.为使屋架上弦承受节点荷载,配合屋面板1。

5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。

屋架杆件几何长度（单位：mm)三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。

因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。

在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定,第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载.在设置横向水平支撑的柱间,于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑.在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆,支撑布置见附图2.图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2,山墙的端屋架编号为GWJ-3,其他屋架编号均为GWJ—1。