钢结构课程设计
梯形钢屋架计算书
所在学院建筑工程学院
所属专业土木工程
班级学号土木10-3 1015020324 学生姓名郑春旭
指导教师黄雪芳王晓东
设计时间2013.11.26
－、设计资料
1、某工厂车间，采用梯形钢屋架无檩屋盖方案，厂房跨度取27m，长度为102m，柱距6m。采用1.5m×6m预应力钢筋混凝土大型屋面板，保温层、找平层及防水层自重标准值为1.3kN/m2。屋面活荷载标准值为0.5kN/m2，雪荷载标准值0.5kN/m2，积灰荷载标准值为0.6kN/m2，轴线处屋架端高为1.90m，屋面坡度为i=1/12，屋架铰接支承在钢筋混凝土柱上，上柱截面400mm×400mm，混凝土标号为C25。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。
2、屋架计算跨度：
Lo=27m－2×0.15m=26.7m
3、跨中及端部高度：
端部高度：h′=1900mm（端部轴线处），h=1915mm（端部计算处）。
屋架中间高度h=3025mm。
二、结构形式与布置
屋架形式及几何尺寸如图一所示:
图一屋架形式及几何尺寸
屋架支撑布置如图二所示:
图二-2屋架下弦支撑分布图
图二-3屋架垂直支撑
符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）；XC-（下弦支撑）；
CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）。
三、荷载与内力计算
1、荷载计算
荷载与雪荷载不同时考虑，故计算时取两者较大的荷载标准值计算。由资料可知屋面活荷载等于雪荷载，所以取0.5kN/㎡计算。
标准永久荷载:
防水层、找平层、保温层1.30kN/㎡
预应力混凝土大型屋面板1.40kN/㎡
钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.42kN/㎡
总计: 3.12kN/㎡`
标准可变荷载:
屋面活荷载0.50kN/㎡
积灰荷载0.60kN/㎡
总计: 1.1kN/㎡
2、荷载组合
设计桁架时，应考虑以下三种组合：
①全跨永久荷载+全跨可变荷载 (按永久荷载为主控制的组合) ：
全跨节点荷载设计值：
F=(1.35×3.12+1.4×0.7×0.5+1.4×0.9×0.6) ×1.5×6
=49.122kN
②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=1.35×3.12×1.5×6=37.908kN（按永久荷载为主的组合）
F1.2=1.2×3.12×1.5×6=33.696kN（按可变荷载为主的组合）对结构有利时：
F1.3=1.0×3.12×1.5×6=28.080kN
半跨节点可变荷载设计值：
F2.1= 1.4×(0.7×0.5+0.9×0.6)×1.5×6
=11.214kN（按永久荷载为主的组合）
F2.2=1.4×（0.7+0.9×0.6）×1.5×6
=17.325kN（按可变荷载为主的组合）
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(按可变荷载为
主的组合)：
全跨节点屋架自重设计值：
对结构不利时：F3.1=1.2×0.45×1.5×6=4.86kN
对结构有利时：F3.2=1.0×0.45×1.5×6=4.05kN
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值：
F4=(1.2×1.4+1.4×0.5) ×1.5×6= 21.42kN
其中①②为使用阶段荷载情况，③施工阶段荷载情况。计算详图见图三。
图三桁架计算简图
3、内力计算
本设计采用程序计算结构在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表一。
表一
四、杆件截面设计
1、上弦杆：
整个上弦杆采用相等截面，按最大设计内力IJ 、JK 计算，根据表得： N = -1139.63KN ，屋架平面内计算长度为节间轴线长度，即：ox l =1355mm ,本屋架为无檩体系，认为大型屋面板只起刚性系杆作用，不起支撑作用，根据支撑布置和内力变化情况，取屋架平面外计算长度oy l 为支撑点间的距离，即：
oy l =3ox l =4065mm 。根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面宜选用两个不
等肢角钢，且短肢相并，如图四所示：
图四 上弦杆
腹杆最大内力N =-574.7KN ，查表可知，中间节点板厚度取12mm ，支座节点板厚度取14mm 。设λ=60，根据《规范》由双边角钢组成的T 行和十字形截面均属于b 类，查Q235钢轴心受力稳定系数表，ϕ=0.807，
则需要截面积：23
3.6568215
807.01063.1139mm f N A =⨯⨯==ϕ 需要回转半径cm cm
l i ox x 26.260
5.135===λ，cm l i oy y 78.6605.406==
=λ 根据A 、x i 、y i 查角钢规格表，初选用2∟180×110×12，肢背间距a =12mm ，
该截面特性如下：
A =67.422cm ， x i =3.10cm ，y i =8.75cm 。1512/180/1==t b 按所选角钢进行验算：
71.4310
.3135.5ox ===x x i l λ＜[λ]=150
∵1512/180/1==t b ＞65.12180/406556.0/56.01=⨯=b l oy
∴ )1807.521240651(121807.3)7.521(7.342
24
122
1⨯⨯+⨯⨯=+=b t l t b oy yz λ =57.89＜ []150λ=
截面在x 和y 平面皆属b 类，由于 λλ>yz x ，只需求出y ϕ，查轴心受压杆稳定系数表得y ϕ＝0.819,则有: 45.2066740
819.01139630=⨯==
A N y ϕσ＜2215N mm 所需截面合适。 2 、下弦杆:
整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算，根据表得杆de 内力最大N =1100.50KN 。计算长度又有:ox l =2700mm ,y o l =26700/2=13350mm 。
需要截面面积2219.51m m 60.5118215
1100500N A cm f ====
，选用 2∟160⨯100⨯12，采用短肢相并，如图五所示：
图五 下弦杆
