钢结构梯形钢屋架设计

燕山大学课程设计说明书

题目：钢结构梯形钢屋架设计

学院（系）：建筑工程与力学学院

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目录

一、设计资料 (3)

二、结构形式与布置 (3)

三、荷载计算 (5)

四、内力计算 (6)

五、杆件设计 (8)

六、节点设计 (15)

梯形钢屋架课程设计计算书

一、设计资料

1、厂房的跨度分别取18m 、21m 、24m ，长度为60m ，柱距6m 。车间内设有两台

30/5t 中级工作制吊车。梯形屋架，屋架端高分别为1.6m 、1.7m 、1.8m 、1.9m 、2.0m ，屋面坡度分别为i=1/9，1/10、1/11、1/12，屋架支撑在钢筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm ，混凝土标号为C25；计算温度最低－20℃。采用1.5×6m 预应力钢筋混凝土大型屋面板和卷材屋面。屋面做法：三毡四油绿豆砂防水层，20厚1：3水泥砂浆找平层，80厚泡沫混凝土保温层。屋面活荷载标准值0.52/kN m ，雪荷载标准值0.52/kN m ，积灰荷载标准值0.52/kN m 。由于屋面坡度小、重型屋面，不考虑风荷载。

2、屋架计算跨度

01820.1517.7l m m m =-⨯=

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，屋面坡度为

i=1/10，屋架在18m 轴线处的端部高度'

0 1.800h m =，屋架的中间高度h=2.800m ，则屋

架在17.7m 处，两端的高度为m h 817.10=。

二、结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸如图1所示。

根据厂房长度60m 、跨度及荷载情况，设置了两道上、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。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2所示。

图1 梯形钢屋架形式和几何尺寸

×

1

1

2

2

G W J -1

G W J -1

G W J -2

G W J -2

G W J -2

G W J -2

桁架上弦支撑布置图

X C 1

X C 2X C 2

X C 2

X C

2

G W J -1

G W J -1

G W J -2

G W J -2

G W J -2

G W J -2

X C 1

X C 1

X C 1

×

桁架下弦支撑布置图

垂直支撑1-1

垂直支撑2-2 图2 梯形钢屋架支撑布置

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

屋面活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。该厂房屋面活荷载与该地区的雪荷载均为20.5/kN m ，故取20.5/kN 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()20.120.011/k g l kN m =+计算，跨度单位为米（m ）。

表1

荷载计算表

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合。

1、全跨永久荷载+全跨可变荷载

F 4.1821.41.5650.238 kN =+⨯⨯=（）

2、全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨节点永久荷载：

1F 4.1821.5637.638 kN =⨯⨯=

半跨节点可变荷载：

2F 1.41.5612.6 kN =⨯⨯=

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

半跨节点屋架自重：

3F 0.4291.56 3.86kN =⨯⨯=

半跨节点屋面板自重及活荷载：

4F 1.890.71.5623.31 kN =+⨯⨯=（）

屋架在上述三种荷载组合作用下的计算简图如图3所示。

由图解法解得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，计算结果如表2所示。

图3 屋架计算简图

表2屋架杆件内力组合表

五、杆件设计

1、上弦杆

整个上弦杆采用等截面，按DE 、EF 杆件的最大设计内力设计设计，即

474.75N kN =-

上弦杆计算长度：

在屋架平面内：为节间轴线长度，即

00 1.509x l l m ==

在屋架平面外：本屋架为无檩体系，并且认为大型屋面板只起到刚性系杆作用，根据支撑布置和内力变化情况，取0y l 为支撑节点间的距离，即

0 3.0y l m =

根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如

图4所示。

腹杆最大内力335.09N kN =-，查表，中间节点板厚度选用 10mm ，支座节点板厚度选用12mm 。

设λ=60，查Q235钢的稳定系数表，可得ϕ=0.807（由双角钢组成的T 形和十字形截面均属于b 类），则需要的截面积为

图4 上弦截面

3

2102736.20.807215

N A mm 474.75⨯===ϕƒ⨯

需要的回转半径：

0 1.509

25.260

x x l i m mm ===λ，0 3.0005060y y l i m mm ===λ 根据需要的A 、x i 、y i 查角钢规格表，选用2∟125×80×12，肢背间距10a mm =，则