钢结构课设计算书

1.设计资料

（1）某地一金工车间，长96m ，跨度27m ，柱距6m ，采用梯形钢屋架，1.56m ⨯预应力钢筋混

凝土大型屋面板，上铺珍珠岩保温层，设计地点地区，保温层厚度为100mm,容重3

4/kN m ，采用封闭结合，卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20（抗压设计强度fc=10N/mm 2），车间设有两台30/5t 中级工作制桥式吊车，轨顶标高

18.5m,柱顶标高27m 。屋面荷载标准值为20.5kN /m ，雪荷载标准值2

0.5kN /m ，积灰荷载标准值为0.5kN/m 2。桁架采用梯形钢桁架，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400400⨯。钢材采用Q235-B ，焊条采用E43型，手工焊。 （2） 屋架计算跨度 0l 270.15226.7m =-⨯= （3） 跨中及端部高度：

桁架的中间高度 h=3.340m

在26.7m 的两端高度 0h 2.006m = 在27.0m 轴线处两端高度 0h 1.990m = 桁架跨中起拱 l/500≈55mm

屋架高跨比3340/270001/8≈在经济围（1/6~1/10），为使屋架上弦只受节点荷

载，腹杆体系采用人字形式。

2. 结构形式及几何尺寸如图1所示，支撑布置如图2所示

图1 桁架形式及几何尺寸

根据厂房长度（96m>60m ）,跨度及荷载情况，设置三道上下弦水平支撑如图：

桁架及桁架上弦支撑布置

桁架下弦支撑布置图

垂直支撑

垂直支撑

图2：桁架支撑布置图

符号说明：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

3. 荷载计算

屋面活荷载和雪荷载不会同时出现，从资料可知屋面活荷载为2

，等于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以

1/cos 1.005α=，换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的支撑）按经验公式w P 0.120.011l =+⨯计算，跨度单位为m 。 标准永久荷载：

预应力混凝土大型屋面板 22

1.005 1.4kN / 1.407/m kN m ⨯=

三毡四油防水层 22

1.0050.35kN /0.352/m kN m ⨯=

20mm 厚找平层 32

1.0050.02m 20kN /0.402/m kN m ⨯⨯=

80mm 厚珍珠岩制品保温层 32

1.0050.08m 4kN /0.322/m kN m ⨯⨯=

桁架和支撑重 22

0.120.1127kN/m 0.417kN/m +⨯= ———————————————————————

总计 2

2.900kN/m 标准可变荷载：

屋面活荷载 2

0.5kN /m

积灰荷载 2

0.3kN /m

———————————————————————

总计 2

0.8kN /m 桁架设计时，应考虑以下三种荷载组合：

（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载

（按永久荷载为控制的组合）全跨节点荷载设计值

222F kN m kN m kN m 1.5643.05kN

m m =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=（1.35 2.900/+1.40.70.5/+1.40.90.3/）

（由可变荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值为：

'2F 1.2 2.900 1.40.5 1.40.90.3 1.56m 41.02kN =⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯=（）

（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：

21.1F 1.35 2.900/ 1.5635.235kN kN m m m =⨯⨯⨯=（永久荷载控制）

2

1.2F 1.2

2.900/ 1.5631.32kN kN m m m =⨯⨯⨯=（可变荷载控制）

对结构有利时： 2

1.0

2.900/ 1.5626.10kN kN m m m ⨯⨯⨯= 半跨可变荷载设计值：

2.1F 1.4 1.567.81kN =⨯⨯⨯⨯⨯=（0.70.5+0.90.3）（永久荷载控制）

2.2F 1.4 1.569.70kN =⨯⨯⨯⨯=（0.5+0.90.3）（可变荷载控制）

（3） 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）

全跨节点桁架自重设计值 对结构不利时： 3.1F 1.20.417 1.56 4.50kN =⨯⨯⨯=

对结构有利时： 3.2F 1.00.417 1.56 3.75kN =⨯⨯⨯=

半跨节点屋面板自重及活荷载设计值 4F kN

=⨯⨯⨯⨯（1.2 1.407+1.40.5）1.56=21.50

（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载。 4. 力计算

由图解法解得F=1的桁架各杆件的力系数，然后求出各种情况下的力进行组合，计算结果见附表《杆件力组合表》。

5. 杆件设计 （1）上弦杆

整个上弦杆采用等截面，按HI 、IJ 杆件之最大设计力进行设计 N= - 824.31kN 上弦杆的计算长度：

在桁架平面，为节点轴线长度 1.508ox l m = 在桁架平面外，根据支撑布置和力变化情况。取 y 2150.8301.6cm o l =⨯=

因为oy ox l l >故选用两个不等肢角钢，短肢相并。

腹杆最大力N=-432.60kN 。查教材表9.6.4，节点板厚度选 用10mm ，支座节点板厚度选用12mm 。

设60λ=，属b 类截面，查教材附录4得：0.807ϕ= 需要截面面积

2

2

N 824310A 47510.807215/N mm f N mm φ=

==⨯ 需要的回转半径 150.8 2.5160

ox

x l cm i cm λ

=

=

= 301.6 5.0260oy y l cm

i cm λ==

= 根据需要的A 、x y i i 、，查角钢规格表，选用2L16010010⨯⨯，a=10，如右图3 2

A 50.63cm = 7.7y i cm = 2.8x i cm =，按所选角钢进行验算： 150.8

53.862.8

ox x x l i λ=

==， 111603016160.560.5610.5610160

oy l b t b ==>=⨯= 所以 []22

1413.7160.7615052.7oy yz l t b t b λλ⎛

⎫=+=<= ⎪ ⎪⎝

⎭ b 类截面 yz x λλ> 60.760.803y λϕ=⇒=

22824310

202.8/215/0.8035063

y N N mm N mm A ϕ==<⨯，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

784.71cd N kN = 450ox l cm = 1335oy l cm =

图3 上弦截面