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/m2
5.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=x
y 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282.4750215
72.0735427
mm f N A =⨯==
ϕ，cm l i x ox x 01.275748.150==
=λ cm l i y
oy
y 02.475
496
.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
[][]cm
cm i l cm cm i l y oy
y 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
.52.42028.0735427
mm 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 =
