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1、1一、一、 设计资料设计资料1、结构平面布置、结构平面布置 北京地区某单层单跨工业厂房机加工车间，跨度 24m，总长度 72m，柱距 6m，屋架下 弦标高 16.5m。 2、排架结构体系、排架结构体系 钢筋混凝土柱（混凝土强度等级为 C30，上柱截面 400400）； 钢屋架：1.56.0m 预应力钢筋混凝土大型屋面板，钢屋架铰支于柱上； 屋面坡度 i=1/10。 3 3、车间内设有中级工作制、起重量为30T的吊车，计算温度高于-20 4 4、材料、材料 钢屋架选用Q235-AF 钢，焊条为E4300E4313型。 5 5、荷载（标准值）、荷载（标准值） 二毡三油上铺小石子出0.35 kN/m
2、2 （硫化型橡胶油毡，PVC 建筑防水塑料油膏） 砂浆找平层（厚 20mm）0.40 kN/m2 泡沫混凝土保温层（厚 80mm）0.48 kN/m2 预应力钢筋混凝土大型屋面板1.344 kN/m2 （包括灌缝） 屋架及支撑自重(0.12+0.011L) kN/m2 悬挂管道0.15 kN/m2 吊顶0.55 kN/m2 活载荷及施工载荷0.70 kN/m2 雪载荷0.30 kN/m2 屋面积灰荷载0.50 kN/m2二、二、 结构平面布置简图、支撑体系简图结构平面布置简图、支撑体系简图根据屋架荷载和地区计算温度情况，钢材采用 Q235-AF，要求保证抗拉强度 fu伸长率、 屈服强度 fy、
3、 冷弯实验 4 项机械性能和 S、 P、 C 三项化学成分的含量合格(按 Q235-A F订货时已保证 fu、fy和 S、P 含量合格，另需提出冷弯实验和 C 含量上限合格作为附加保证项目） 。焊条采用 E43 型焊条，手工焊。C 级（粗制）螺栓和锚栓采用 Q235B 钢，螺栓M20 和锚栓 M24。支撑布置：上下弦水平横向支撑及两端和中间垂直支撑，设纵向水平支撑，中间各屋架用系杆联系，其上弦屋脊处与下弦支座处共 3 道系杆，共 3 道刚性系杆。（见图 1）2图 1三、三、 钢屋架计算简图及几何长度钢屋架计算简图及几何长度1 1、屋架计算简图及构件几何尺寸（见图、屋架计算简图及构件几何尺寸（见
4、图 2 2）图 2 2 2、屋架结构形式为梯形屋架、屋架结构形式为梯形屋架由于采用大型屋面板和油毡防水屋面， 故选用平坡梯形钢屋架， 未考虑起拱时的上弦坡度 i=1/10。屋架跨度 l=24m，每端支座中线缩进 0.15m，屋架计算跨度：0ll20.15=23.7m。3我国常将0H取为 1.8-2.1 米，故端部高度取0H=2m，中部高度H=3.2m；屋架高跨比：lH/3.19/24=1/7.5，在经济范围（1/61/10）内，为使屋架上弦只受集中荷 载，腹杆体系采用节间为3m 的人字形式，1.56m 屋面板传来的荷载正好作用在节点上， 传力更好。屋架跨中起拱：f=0l/500=47.4， 取
5、 50mm (跨度为 24m， 需要起拱) 起拱后上弦坡度为 1/9.6。配合大型屋面板尺寸（1.56m） ，采用屋架间距 B=6m,上弦节间尺寸 1.5m。四、四、 荷载和杆件内力计算荷载和杆件内力计算1 1、屋架荷载、屋架荷载可变活荷载按雪荷载（0.3kN/m21.4）和屋面活荷载（0.5kN/m21.4）的较大值，取0.50kN/m21.4。屋架和支撑重按（0.12+0.011lo）1.2=0.381KN/m21.2，取 0.40KN/m21.2；因屋架下弦无其他荷载，为方便认为屋架和支撑重全部作用于上弦节点。屋面做法和屋面板荷载按屋面倾斜面积计算，但因屋面坡度较小（起拱后 tg=1/9
6、.6，sec=1.0054）,故近似取全部荷载均按水平投影面积计算。屋架全部荷载的设计值为：二毡三油上铺小石子0.35KN/ m21.220 厚水泥砂浆找平层0.4KN/m21.2泡沫混凝土保温层0.48 KN/m21.2预应力混凝土大型屋面板1.344 KN/m21.23.6741.2=4.4088 KN/m2屋架及支撑自重（0.12+0.011lo） 0.41.2 KN/m2悬挂管道0.15 KN/m21.2吊顶0.55KN/m21.2屋面活荷载标准值0.70 KN/m21.4屋面积灰荷载标准值0.50 KN/m21.41.21.4=1.68 KN/m2_6.0888 KN/m22 2、屋
7、架杆件内力系数、屋架杆件内力系数屋架上弦左半跨单位节点荷载作用下的杆件内力系数经计算如图 3。各节点的单位节点荷载按 1.5m 水平节间比例推算：节点 CH：1；节点 A：（0.15+1.35/2）/1.5=0.55节点 B：（1.35+1.5）/2/1.5=0.954节点 K：（1.5/2）/1.5=0.5图 3屋架上弦左半跨单位节点荷载、 右半跨单位节点荷载、 全跨单位节点荷载作用下的屋架左半跨杆件的内力系数 kL、kR、k(=kL+kR)按图三，并已抄入表 1。3 3、杆件内力组合、杆件内力组合1组合一全部恒、活荷载：全部恒、活荷载：q=6.08882N/mk，F=6.08881.56=
8、54.80kN，杆件组合内力N1=54.80k (kN)2组合二全跨恒荷载，半跨活荷载（相应于全跨恒、活荷载减去半跨活荷载）:活荷载：q=1.682N/mk，F=1.681.56=15.12kN，杆件组合内力2N=1N15.12kL,R(kN)3组合三全跨屋架和支撑重、半跨屋面板重和活荷载：屋架自重和支撑重：q=0.41.2=0.482N/mk，F=0.481.56=4.32kN，屋面板重和活荷载：q=1.34441.2+1.68=3.292N/mk，F=3.291.56=29.61kN，杆件内力组合3N4.32k+29.61kL,R(kN)杆件内力组合件表 1，其中第二、三组合只对个别与正负
9、异号的杆件计算（共 Fg、gH、Hk 三根腹杆） ，因为这种情况下第二、三组合的内力大于第一组合内力，并可能使第一组合为拉力的杆件变为受压。第二、三组合也对左右节间kL与kR正负异号处的弦杆计算（共上弦杆 FH、Hk 和下弦杆 eg、gk） ，因为这种情况下第二、三组合的弦杆左右节间内力差（设计弦杆焊缝用）将大于第一组合的N。表 1 杆件内力组合表5杆件名称杆内力系数组合一组合二组合三内力设计值全跨恒活荷载全跨恒荷载半跨活荷载全跨屋架和支撑重半跨屋面板重和活荷载kkLkRN=54.8012k(1)15.12kL,R(2)N2(1)-(2)4.32k(3)29.61 kL,R(4)N2(3)+(
10、4)N上弦杆AB0000BD -8.588-6.117-2.471-470.4-92.5-37.4-470.6DF-13.512-9.027-4.485-740.5-136.5-67.8-740.5FH-15.238-9.158-6.080-835.0-138.5-91.9-696.5-743.1-65.8-271.2-180.0-337.0-245.8-835.0HK-15.472-7.376-7.376-847.9-117.0-117.0-730.9-730.9-66.8-229.1-229.1-295.9-295.9-847.9下弦杆ac+4.686+3.444+1.242+256.8+
11、52.1+18.8+204.7+238+256.8ce+11.470+7.958+3.512+628.6+120.3+53.1+508.3+575.5+628.6eg+14.587+9.301+5.286+799.4+140.6+79.9+658.8+719.5+63.0+275.4+156.5+338.4+219.5+799.4表 1 杆件内力组合表续表6gk+15.118+8.407+6.711+828.5+127.1+101.5+701.4+727.0+65.3+248.9+198.7+314.2+264.0+828.5斜腹杆aB-8.81-6.477-2.333-428.8-97.9-
12、35.3-482.8Bc+6.819+4.705+2.114+373.4+71.1+32.0+373.7cD-5.396-3.379-2.017-295.7-51.1-30.5-295.7De+3.753+1.945+1.808+184.8+29.4+27.3+184.8eF-2.394-0.673-1.721-131.2-10.2-26.0-131.2Fg+1.187-0.3971.58465.0-6.024.0+71.0+41.0+5.1-11.8+46.9-6.7+52.0-6.7+71.0gH-0.092+1.592-1.500+5.024.1-22.7-19.1-17.7+0.4+4
13、7.1-44.4+47.5-44.0-44.0+47.5Hk-1.004-2.4151.411-55.0-36.5+21.3-18.5-76.3-4.3-71.5+41.8-75.8+37.5-76.3竖杆Aa-0.55-0.550-30.1-8.30-30.1CcGgEe-1-10-54.8-15.10-54.8Kk+2.808+1.404+1.404+153.9+21.2+21.2+153.9支座反力86.0251.975438.491.130.0+438.4五、五、 杆件截面选择杆件截面选择7由表 1，腹杆最大内力maxN-482.8kN。查表，采用节点板厚 t=10mm，支座节点板加厚
14、为 12mm。杆件截面选择见表 2。采用最小角钢：一般杆件 2505；连有垂直支撑处的端竖杆和中央竖杆 2635。表 2 杆件截面选择表杆件杆内力N(KN)计算长度(mm) 截面形式及角钢规格截面积A(m)回转半径长细比 稳定系数min应力设计值(N/ m)loxloyixiyxy弦杆AK-835.5150830161409012528025.468.159.444.30.811195.1ak828.53000118501409010446025.667.7117.2175.0185.8斜腹杆aB-482.825352543125808320040.132.763.277.80.702214.
15、9Bc373.720862608707188421.432.897.579.5198.4cD-295.722952869906212027.940.582.370.80.673207.3De184.82287285950596015.324.5149.5116.7192.5eF-131.225033129706163221.532.6116.496.00.456176.3Fg-6.77124953119565108217.226.9145.1115.90.326-19.0201.3gH-4447.527173396635122819.429.7140.1114.30.345-103.9112.
16、1Hk-76.327073384635122819.429.7139.5113.90.347179.1竖杆Aa-30.119901990635122819.429.7102.567.00.53945.5Cc-54.81832229050596015.324.5119.793.50.440129.7Ee-54.82072259050596015.324.5135.4105.70.363157.3Gg-54.82312289050596015.324.5151.1118.00.304187.8Kk-153.9斜平面 28716351228imin=24.5max=117.2125.3注：节点板 t=10mm (腹杆最大内力maxN-482.8kN)。8f=2152/N mm；=150（压杆）、350（拉杆）eF 杆70
