中南大学18米工业厂房钢结构设计

载
雪荷载标准值 总 重P
0.43 1.03
0.602 1.442
3.2 荷载组合
按三种情况进行组合：
⑴全跨永久荷载+全跨可变(如图 a)
P F恒 F活 9.918 12.978 22.896kN
⑵全跨永久荷载+半跨可变荷载（如图 b）
P1 P 22.896kN
P2 F恒 9.918 kN
数见附图 1。
附图1
150 A
7.
51 B
50
7.5 C
1507.5 D
1507.51507.5 1507.5
F
GБайду номын сангаас
3124 2864 2613
150 a 1350
c
e
g
1990 2530 2290 2864 2590
3124 2890
图 1(a) 18 米跨屋架几何尺寸(单位：mm)
0 .5
A 0 .0 0 0
q
0.8M0 d
0.6M0
d
d
d
图7 局部弯矩计算简图
图 6 局部弯矩计算简图
均布荷载等于恒载与活载之和：
q (1.102 1.442 ) 6 15.264 (KN / m)
M0

qd 2 8
15.264 1.52 8
4.293KN
m
M 端 0.8M 0 3.434KN m
⑶全跨屋架支承自重+半跨屋面板重+半跨可变荷载重（如图 b）
P3 F恒 F活 3.438 19.458 22.896kN P4 F恒 3.438kN
其中分别计算出作用于屋架上弦的结点荷载设计值，即
F恒 G a s 1.342 1.5 6 9.918KN F恒' g a s 0.382 1.5 6 3.438KN F活 p a s 2.031.5 6 12.978KN F活 p a s (2.03 0.96) 1.5 6 19.458KN
13.32248 13.32248
KN
0 -142.436 -142.436 -205.904 -205.904 -208.399 79.44912 182.298 212.452 -148.87 108.5041 -77.4343 43.13606 -23.7797 -25.7622 -11.448 -22.896 -22.896 18.59155
\
杆件截面设计
图 4 屋架杆件内力图
一、 节点板厚选择
支座斜杆最大内力设计值 N=-148.87KN，经查表：选取中间节点 板厚 t=8mm，支座节点板厚 t=8mm。
二、 上弦杆（压弯构件）
2.1、整个上弦杆采用同一截面，免去不同截面杆件间的拼接。 截面按受力最大的部位 F-G 节间选用，最大内力为：Nmax 208.399kN
左半跨
② 0 -4.371 -4.371 -5.636 -5.636 -4.551 2.537 5.325 5.312 -4.754 3.158 -1.862 0.54 0.615 -1.632 -0.5 -1 -1 0.406
右半跨
③ 0 -1.85 -1.85 -3.357 -3.357 -4.551 0.933 2.637 3.967 -1.748 1.581 -1.52 1.344 -1.305 1.17 0 0 0 0.406
P1=58.518kN
P2=35.838kN
P1×②＋ P1×③＋
P2×③ P2×②
KN
KN
0
0
-118.427 -85.7092
-118.427 -85.7092
-162.337 -132.76
-162.337 -132.76
-149.337 -149.337
67.34065 46.52393
148.075 113.1901
4.荷载标准值
(1) 永久荷载：
屋面材料自重：0.6kN/m2. 屋架及支撑自重： 按经验公式 q 0.12 0.011L kN/m2
(2)可变荷载：
屋面活荷载标准值：0.6kN/m2
雪荷载标准值：0.43kN/m2
（3）风荷载： B 类地区， kN/m2
z 1.0 , 基本风压：0.3
算列表进行。
序 荷载名称
号
荷载汇集表
标准值 kN/m2
设计值 kN/m2 备注
永1 久 荷2 载
可 3
变
屋面材料自重 屋架（包括支承）自重
总 重G 屋面活载标准值
0.6 0.318 0.918 0.6
0.72 0.382 1.102 0.84
永久荷载分项 系数 1.2
可变荷载分项 系数 1.4
荷 4
160.9683 143.5128
-126.184 -87.1724
87.98593 67.51962
-57.7077 -53.2692
25.69363 36.12794
1.13805 -23.7797
-25.7622 10.60214
-11.448 -4.959
-22.896 -9.918
-22.896 -9.918
+ 9.279
a
c
e
+ 9.279 g
图 1(b) 18 米跨屋架全跨单位荷载作用下各杆件的内力值（‘+’为
0.5 1.0 1.0
A
B
C
0.000 -4.371
拉力，‘-’为压力）
1.0 1.0
DE -5 .6 3 6
1.0 1.0
F
G F'
-4 .5 5 1
E' D ' -3 .3 5 7
C' B' A' -1.850 0.00
比较两个方案，综合考虑，可知方案二设 70 时比较合适，
所以上弦杆选用 2∠100×80×6，截面图如图 5。
短边相连，截面特性为：
2.2、上弦杆按压弯构件验算 因为该屋架是无檩，在实际工作中，上弦杆有节间荷载，除计 算上弦杆的轴心压力外，还应计算上弦杆的局部弯矩 实际上弦杆受力形式如图 6
右半跨内力系数的正负号不同时，第二种荷载组合才可能起控制作
用。
杆件名称
上弦杆 AB BC CD DE EF FG
下弦杆 ac ce eg
斜腹杆 aB Bc cD De eF Fg
竖腹杆 Aa Cc Ee Gg
屋架杆件内力组合表
内力系数（P=1）
第一种组合
第二种组合
计算内力
全跨
① 0 -6.221 -6.221 -8.993 -8.993 -9.102 3.47 7.962 9.279 -6.502 4.739 -3.382 1.884 -0.69 -0.462 -0.5 -1 -1 0.812
15
07.51507.5 1507.5
F
G
1990 2530 2290 2864 2590
3124 2890
3124 2864 2613
150 a 1350
c
e
g
图 3 屋架几何尺寸图
三、荷载计算与组合
3.1 荷载汇集
按屋面做法，已知各荷载标准值算出永久荷载设计值；按屋面
活载及雪荷载两者中取最大值的原则，算出可变荷载的设计值。计
计算长度： 屋架平面内取节点中心间轴线长度： l0x =L=150.8cm 屋 架 平 面 外 根 据 屋 盖 支 撑 布 置 和 上 弦 杆 内 力 变 化 ， 取 l0y =2L=301.6cm
方案（一） 设λ=80，查附表 1.20 得 =0.688，需要的截面特性
A N /f 208399/(0.688 215) 1425mm2 14.25cm2
ix
lox

150.8 70

2.15cm ,iy
loy
301.6 / 70 4.31cm
根据需要的 A、 ix 、 iy ，查型钢表（附表 2.3），选用 2∠100× 80×6 不等边角钢，短边相连.截面特性为：A=21.274cm2, ix =2.4cm,
iy =4.69cm
-0.5 -4 .7 5 4
-1 .0 -1 .8 6 2 -1 .0 + 0.615 + 0.406 + 1.170 0 .0 0 + 1.344 0 .0 0 + 1.581
-1 .7 4 8 -1 .5 2 0 -1 .3 0 5 -1 .6 3 2 + 0.540 + 3.158
+ 2.537
4.屋架计算跨度，几何尺寸及屋面坡度见附图 1。
5.钢材 Q235 号钢、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。
6.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 16 m，运输高度 3.85 m，工地有足够的起重安
装条件。
屋架几何尺寸及屋架全跨上弦节点单位荷载作用下构件内力系
ix lox / x 150.8/ 80 1.89cm , iy loy / y 301.6 / 80 3.77cm 根据需要的 A,ix,iy ，查型钢表（附表 2.3），选用 2∠100×80
×6 不等边角钢，短边相连，截面特性为：A=21.274cm2,肢背间距 a=8mm, ix =2.40cm, iy =4.61cm
+ 5.325
+ 5.312
+ 3.967
+ 2.637
+ 0.933
a
c
e
g
e'
c'
a'
图 1(c) 18 米跨屋架半跨单位荷载作用下各杆件的内力值（‘+’
为拉力，‘-’为压力）
设计计算
一．屋架支撑系统的设置
屋架支撑的种类有横向支撑、纵向支撑、垂直支撑和系杆。在 本设计中，屋架支撑系统设计如下： 1.1 厂房柱距 6m,屋架间距取为 6 米。 1.2 在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平 面横向支撑。房屋长度较大，为增加屋盖的刚性，在长度方向正中 间的柱间加设一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑，使其两 端横向支撑间距小于 60m，。 1.3 厂房内有吊车，高度较高，为满足对房屋整体刚度的要求，设 置纵向支撑，设置在屋架下弦平面。 1.4 在屋架中和两端各布置一道垂直支撑。垂直支撑的形式根据高 度与柱距的比值确定。在此屋架结构中，h/l=3085/6000=0.50，故 取如下图垂直支撑形式。
1.0 1.0
B
C
-6 .2 2 1
1.0 1.0
DE -8 .9 9 3
1.0 1.0
F
G
-9.102 -9.102
-0 .5 -6.502
-1 .0 -3.382 -1 .0 -0.690 + 0.812 -0.462
-0 .4 6 2 + 1.884 + 4.739
+ 3.470
+ 7.962
P=58.518kN
P×①
KN
0 -142.436 -142.436 -205.904 -205.904 -208.399 79.44912 182.298 212.452 -148.87 108.5041 -77.4343 43.13606 -15.7982 -10.578 -11.448 -22.896 -22.896 18.59155
垂直支撑图样 1.5 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。 屋架支撑系统设置如图 2 所示。
二、杆件内力的计算
先定出屋架所有杆件的尺寸，画出屋架示意图如图 3。
15 A
0
7.
51 B
50
7
.5 C
1507.5 D
式中： a ——节间长度 b ——屋架长度 G ——永久荷载总重 p ——可变荷载总重
g ——屋架、支撑自重 p＇——屋面板重+可变荷载总重
a 种荷载组合屋架受力图
b 种荷载组合屋架受力图 第三种荷载组合的设计值比第一、二种荷载组合都要小，所以不起 控制作用。 3.3 内力计算
各种荷载组合下，屋架杆件内力计算，计算 P=1 分别作用在左 右跨、全跨时个杆件产生的内力，得到单位节点荷载作用下各杆的 内力系数，其他荷载组合可按下表进行杆件内力的计算，只有当左
课程 实验名称 指导老师 专业班级 姓名 学号 实验日期
钢结构设计原理 梯形钢屋架设计
文颖 土木工程
2014/2/22
设计资料
1.某单层单跨工业厂房，跨度 L:18 m，长度 102m。
2.厂房柱距 6m，钢筋混凝土柱，混凝土强度等级 C20，上柱截面尺
寸 400 400，钢屋架支承在柱顶。
3.吊车一台 150T，一台 30T，吊车平台标高+12.000m。
截面验算：
x lox / ix 150.8 / 2.4 62.8 [ ] 150 y loy / iy 301.6 / 4.61 65.4 [] 150
方案（二）
设 70 ，查附表 1.20 得， 0.751 ，需要的截面特性：
A N /f 208.399 /(0.751 215) 1291mm2 12.91cm2