单层工业厂房屋盖结构：30米跨梯形钢屋架设计计算书

单层工业厂房屋盖结构—30米跨梯形钢屋架设计

1.设计资料：

1．1由设计任务书的已知条件：某地一机械加工车间，长102m ，跨度30m ，柱距 6m ，车间内设有两台40/10T 中级工作制桥式吊车，轨顶标高18.5m ，柱顶标高27m ，地震设计烈度7度。采用梯形钢屋架，封闭结合，1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板（1.43

/m kN ），上铺100mm 厚泡沫混凝土保温层（容重为13

/m kN ），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.43

/m kN ），找平层2cm 厚（0.33

/m kN ），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支与钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm 。钢筋选用Q235B ，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.73

/m kN ，积灰荷载标准值0.63

/m kN ，雪荷载为：0.353

/m kN ，风荷载为：0.453

/m kN 。

1.2屋架计算跨度：

mm m m l 7.2915.02300=⨯-=

1.3跨中及端部高度：

本题设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，取屋架在30m 轴线处的端部高度

mm h 990.1'

0=，屋架的中间高度：mm h 490.3=（为5.8/0l ）

，则屋架在29.7处，两端的高度为mm h 005.20=。屋架跨中起拱按500/0l 考虑，取60mm 。

屋架形式及几何尺寸如图所示：

图1.梯形钢屋架形式和几何尺寸

根据厂房长度（102m>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下图所示：

图2.桁架上弦支撑布置图

桁

图3.架下弦支撑布置图

图4.垂直支撑1-1

图5.垂直支撑2-2

SC-上弦支撑；XC-下弦支撑；CC-垂直支撑；GC-刚性系杆；LG-柔性系杆

3.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0.7kN/2

m 进行计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）按经验公式2

l)kN/m 0.011(0.117g ⋅+=计算，跨度单位为m 。

表 1 荷 载 计 算 表

荷载名称

标准值（kN/2

m ） 设计值（kN/2

m ） 预应力混凝土大型屋面板 1.4 1.4×1.35＝1.89 三毡四油防水层 0.4 0.4×1.35＝0.54 找平层（厚2cm ） 0.3 0.3×1.35＝0.405 10mm 厚泡沫混凝土保温层 0.1

0.1×1.35＝0.35 屋架和支撑自重 0.117+0.011×30=0.447 0.447×1.35＝0.603 永久荷载总和 2.647 3.573

屋面活荷载 0.7 0.7×1.4＝0.98 积灰荷载 0.6 0.6×1.4＝0.84 可变荷载总和

1.3

1.82

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：

3.1.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：

kN 47.78161.50.90.840.983.573 F =⨯⨯⨯++=）（

3.2.全跨永久荷载 + 半跨可变荷载

全跨节点永久荷载：

kN 32.157 61.53.573 F 1=⨯⨯=

半跨节点可变荷载：

kN 16.3861.51.82 F 2=⨯⨯=

3.3.全跨屋架（包括支撑）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载:

全跨节点屋架自重：

kN 5.427 61.50.603 F 3=⨯⨯=

半跨节点屋面板自重及活荷载：

kN 25.8361.50.981.89 F 4=⨯⨯+=

1、2为使用节点荷载情况，3为施工阶段荷载情况。

4.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所示：

图6.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 屋 架 构 件 内 力 组 合 表

5.杆件设计 5.1上弦杆：

全跨①

左半跨② 右半跨

③

1F ×①+2F ×② 1F ×①+2F ×③ 3F ×①+4F ×② 3F ×①

+4F ×③

上 弦 AB BC 、CD DE 、EF FG 、GH HI IJ 、JK 0 -11.35 -18.19 -21.53 -22.36 -22.73 0 -8.49 -13.08 -14.62 -13.98 -14.39 -0.01 -3.45 -6.25 -8.46 -10.25 -10.20 0 -542.31 -869.14 -1028.72 -1068.38 -1086.06

0 -504.05 -799.19 -931.82

-948.02 -966.64

-0.17 -421.49 -687.31 -830.92 -886.93 -898.01 0 -280.89 -436.57 -494.47 -482.45 -495.05 -0.26 -150.71 -260.16 -335.37 -386.11 -386.82 -0.26

-542.31 -869.14 -1028.72 -1068.38 -1086.06 下

弦

ab

bc cd de ef 6.33 15.36 20.21 22.12 21.23

4.84 11.30 14.14 14.44 11.68

1.83 4.98 7.43 9.39 11.68 30

2.45 73

3.92 965.65 1056.92 101

4.39 282.83 679.03 881.51 947.84 874.01 233.53 57

5.50 771.60 865.12 874.01

159.37 375.24 474.92 493.03 416.91

81.62 211.99 301.60 362.59 416.91

302.45 733.92 965.65 1056.92 1014.39

斜

腹

杆

aB Bb bD Dc cF Fd dH He eg gK gI

-11.34 8.81 -7.55 5.39 -4.23 2.62 -1.51 0.29 1.53 2.16 0.49 -8.66 6.47 -5.23 3.39 -2.25 0.88 0.22 -1.25 3.40 4.07 0.54

-3.27 2.87 -2.84 2.44 -2.43 2.13 -2.12 1.89

-2.28

-2.32

-0.06

-541.84 420.95 -360.75 257.54 -202.11 125.19 -72.15 13.86

73.10

103.21

23.41 -506.51 389.28 -328.45 228.85 -172.88 98.67 -44.95 -11.15

104.89

136.13

24.60

-418.22 330.31 -289.31 213.29 -175.83 119.14 -83.28 40.28 11.85 31.46 14.77 -285.23 214.93 -176.07 116.82 -81.07 36.95 -2.51 -30.71 96.13 116.85 16.61 -146.01 121.94 -114.33 92.28 -85.72 69.24 -62.95 50.39 -50.59 -48.20 1.11 -541.84 420.95 -360.75 257.54 -202.11 125.19 -83.28 50.39 -30.71 104.89 -50.59 136.13 -48.20 24.60 竖 杆 Aa Cb 、Ec Gd Jg Ie Kf -0.55 -1.00 -0.98 -0.85

-1.42 0.02 -0.54 -0.99 -0.98 -0.90 -1.43 0

0 0 0 0 0 0

-26.28 -47.78 -46.83 -40.61 -67.85 0.96

-26.53 -48.37 -47.57 -42.08 -69.09 0.64

-17.69 -32.16 -31.51 -27.33 -45.66 0.64

-16.93 -31.00 -30.63 -27.86 -44.64 0.11

-2.98 -5.43 -5.32 -4.61 -7.71 0.11

-26.53 -48.37 -47.57 -42.08 -69.09 0.96