梯形钢屋架设计实例

梯形钢屋架设计实例

1、题号60的已知条件是：梯形钢屋架跨度为30m，长度72m，柱距6m。停车库内无吊车、无振动设备。采用拱形彩色钢板屋面，80mm厚泡沫混凝土保温层，卷材屋面，屋面坡度i＝1/10。不上人屋面活荷载标准值为1.1kPa，雪荷载标准值为0.5kN/2m，积灰荷载标准值为0.6 kN/2m。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C30。钢材采用Q235B级，焊条采用E43型。要求设计钢屋架并绘制施工图。

2、屋架计算跨度：

03020.1529.7

l m m m

=-⨯=

3、跨中及端部高度：

本例题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架端部高度

02000

h mm

'=，屋架的中间高度：3500

h mm

=。

4、结构型式与布置

①屋盖结构体系

a、无檩设计方案

在钢屋架上直接放置预应力钢筋混凝土大型屋面板，其上铺设保温层和防水层。这种方案最突出的优点是屋盖的横向刚度大，整体性好，所以对结构的横向刚度要求高的厂房宜采用无檩设计方案。但因屋面板的自重大，屋盖结构自重大，抗震性能较差。

b、有檩设计方案

在钢屋架上设置檩条，檩条上面再铺设轻型屋面材料，如石棉瓦、压型钢板等。对于横向刚度要求不高，特别是不需要做保温层的中小型厂房，宜采用有檩设计方案。

②本方案采用有檩屋盖，屋架型式及几何尺寸如图1、图2所示。

图1 半跨梯形钢屋架形式和几何尺寸

图2 全跨梯形钢屋架形式和几何尺寸

根据厂房长度（72m>60m）、跨度及荷载情况，设置三道上、下弦横向水平支撑。因柱网采用封闭结合，厂房两端的横向水平支撑设在第一柱间，该水平支撑的规格与中间柱间支撑的规格有所不同。在所有柱间的上弦平面设

置了刚性与柔性系杆，以保证安装时上弦杆的稳定，在各柱间下弦平面的跨中及端部设置了柔性系杆，以传递山墙风荷载。在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端各设一道垂直支撑。梯形钢屋架支撑布置如图3所示。

图3.1 桁架上弦支撑布置图

图3.2 桁架下弦支撑布置图

图3.3垂直支撑1-1

垂直支撑2-2

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

图3.4梯形钢屋架支撑布置

5、荷载计算

屋面和荷载与雪荷载不会同时出现，计算时，取较大的荷载标准值进行计算。故取屋面活荷载1.1kN/2

m

进行计算。

檩条采用卷边C 型，型号180×70×20×2.5，自重为7.05kg/m 。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式（P 0.120.011L +＝）计算，跨度单位为m 。

表1 荷载计算表

荷载名称 标准值 拱形彩色钢板 0.3（kN/2m ） 80mm 厚泡沫混凝土保温层

0.08×5＝4（kN/2m ）

屋架和支撑自重

0.120.01130+⨯＝0.45

（kN/2m ）

檩条 70.5（kN/m ） 永久荷载总和 F 1=465.95 kN 屋面活荷载 1．1（kN/2m ）

可变荷载总和

F 2=9.9 kN

（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载 （2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载

（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 6、内力计算

屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图7所示。

(a)左半跨

(b)右半跨

(c)全跨

图4 屋架计算简图

由图解法或数解法解得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2.2。

表2 屋架杆件内力组合表

杆件名称

内力系数（F=1）

第一种组

合F×①

第二种组合第三种组合

计算杆件

内力/kN 全跨①

左半跨

②

右半

跨③

1

F×①+

2

F×

②

1

F×①+

2

F×

③

3

F×①+

4

F×

②

3

F×①+

4

F×

③

上弦lm

mn

no

op

pq

qr

rs

st

tu

uv

vw

wx

xy

yz

za1

a1b1

b1c1

c1d1

d1e1

e1f1

-8.85

-8.85

-13.34

-13.34

-14.81

-14.81

-14.13

-14.13

-11.84

-11.84

-10.36

-10.36

-8.58

-8.58

-6.38

-6.38

-3.60

-3.60

-3.60

-3.60

-6.38

-6.38

-8.58

-8.58

-10.36

-10.36

-11.84

-11.84

-14.13

-14.13

-14.81

-14.81

-13.34

-13.34

-8.85

-8.85

下弦ab

bc

cd

de

ef

fg

gh

hi

ij

5.06

11.48

14.32

14.63

13.10

11.08

9.47

7.50

5.05

1.92

5.05

7.50

9.47

11.08

13.10

14.63

14.32

11.48