1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，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（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表。 (1)
3.荷载计算 (2)
4.内力计算 (3)
附件：设计资料
1、设计题目：《单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计》
2、设计任务及参数：
第五组：
某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，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（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表，7位同学依次按序号进行选取。
3、设计任务分解
学生按照下表分派的条件，完成梯形钢屋架设计的全部相关计算和验算及构造设计内容。
表-3
4、设计成果要求
在教师指导下，能根据设计任务书的要求，搜集有关资料，熟悉并应用有关规范、标准和图集，独立完成课程设计任务书（指导书）规定的全部内容。
1）需提交完整的设计计算书和梯形钢屋架施工图。
2）梯形钢屋架设计要求：经济合理，技术先进，施工方便。
3）设计计算书要求：计算依据充分、文理通顺、计算结果正确、书写工整、数字准确、图文并茂，统一用A4纸书写（打印）。
A、按步骤设计计算，各设计计算步骤应表达清楚，写出计算表达式及必要的计算过程，对数据的选取应写明判断依据。
B、计算过程中，必须配以相应的计算简图。
C、对计算结果进行复核后，为保证施工质量且方便施工，应按规范要求对计算结果进行调整并写明依据。
4）梯形钢屋架施工图共两张，图纸绘制的要求：布图合理，版面整齐，图线清晰，标注规范，符合规范/图集要求。
单层工业厂房屋盖结构——梯形钢屋架设计
1.设计资料：（1）某地一机械加工车间，长84m，跨度24m，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（1.4KN/m2），上铺100mm厚泡沫混凝土保温层（容重为1KN/m3），三毡四油（上铺绿豆砂）防水层（0.4KN/m2），找平层2cm厚（0.3KN/m2），卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，上柱截面400×400mm。钢材选用Q235B，焊条采用E43型。屋面活荷载标准值0.7KN/m2，积灰荷载标准值0.6KN/m2，雪荷载及风荷载见下表。
（2）屋架计算跨度
)(7.233.0240m l =-=
（3）跨中及端部高度：设计为无檩屋盖方案，采用平坡梯形屋架，端部高度
mm h 19000=中部高度
mm h 3100=（为6.7/0l ），屋架跨中起拱500/l 考虑，取48mm.
2.结构形式与布置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：
屋架上弦支撑布置图
屋架下弦支撑布置图
3.荷载计算
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。故取屋面活荷载0.7kN/2
m 进行计算。
屋面风荷载
迎风面 m KN /88.51235.00.1)0.1(4.11-=???-?=ω
背风面
m KN /82.31235.00.165.0(4.11-=???-?=ω
由于屋面坡度较小，对荷载影响小，未予考虑。风荷载对屋面为吸力，重屋架不考虑。 表 1 荷 载 计 算 表
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：
3.2.全跨永久荷载+ 半跨可变荷载
全跨节点永久荷载：
半跨节点可变荷载：
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：
半跨节点屋面板自重及活荷载：
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：
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
（1）上弦杆
整个上弦采用等截面，按GH,HI 杆件的最大内力设计，即 上弦杆计算长度：
在屋架平面内，为节间轴线长度，即
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，根据支持布置和内力变化情况，取oy l
为支撑点间的距离，即
根据屋架平面外上弦杆的计算长度，上弦杆截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。如下图所示。 腹杆最大内力KN N
06.440-=，由屋架节点板厚度参考可知：中间节点板与垫板厚度取10mm,支座
节点板刚度取12mm 。
设70=λ
，查Q235钢的稳定系数表，可得751.0=?（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
需要回转半径：
mm l i ox
x 5.2170
1508
===λ ， mm l i oy y 7.85706000===λ
根据需要A ，x i ，y i 查角钢规格表，选用101101802??L ，肢背间距a=10mm ，则：
25680mm A =，
mm i x 3.31=，mm i y 3.86=
按所选角钢进行验算：
52.693
.866000
==
=
y
oy y i l λ<[λ]=150,
758.0=y ?（b 类）
双角钢T 型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比yz λ
则yz λ=y λ=69.52，754.0=?，MPa MPa A N 3.1865680
754.01089.7973
=??=?＜MPa 215
故所选截面满足要求。
填板每个节间放一块（满足1l 范围内不少于两块），尺寸取60mmx130mmx10mm 则 间距cm x i cm l d
2.1251
3.34040
4.752
8
.150==<==
，取80cm 。 18.483
.311508
===
x ox x i l λ
（2）下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力所在的杆计算。
K N 86.741=N
mm l ox 3000= ，mm l oy 118502/23700==（因跨中有通长系杆），所需截面积为：
选用101101802??L ，因oy l ≥ox l ，故用不等肢角钢，短肢相并，如下图。
25680mm A =，mm i x 3.31=，mm i y 3.86=
8.953.313000===x ox x i l λ＜350，31.1373
.8611850===y oy y i l λ＜350
故所选截面满足要求。
填板每个节间放一块，尺寸取60mm ×130mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d
4.25013.380801502
300
=?=<==
，取150cm 。 （3）斜腹杆 ①端斜杆aB ： 杆件轴力 KN N 06.440-=
计算长度 =ox l mm l oy 2448=
因=ox
l oy l ，故采用不等肢角钢，长肢相并，使≈x i y i 。
选用8801252??L ，肢背间距a=10mm ，则： 23200mm A =，mm i x 1.40=，mm i y 7.32=
按所选角钢进行验算：
86.747
.322448
==
=
y
oy y i l λ<[λ]=150
双角钢T 型截面绕对称轴(y)轴应按扭曲计算长细比yz λ
则yz λ=y λ（1+
2
2
04
209.1t
l b y ）=73.07×（1+
y λ>=??58.81)8
.08.244809.12
2
4
故由58.81max ==yz λλ，b 类，678.0=?，
MPa MPa A N 8.2023200
678.01006.4403
=??=?＜MPa 215 故所选截面满足要求。
填板放两块，尺寸取60mm ×145mm ×10mm ，则
05.611
.402448===
x ox x i l λ
间距cm i cm l d
8.13027.340406.813
8
.244=?=<==
,取90cm 。 ②杆件dR-RI
此杆在R 节点处不断开，采用通长杆件。 最大拉力：KN
N dR 60.65= ，KN N RI
33.103=
最大压力：KN N dR
63.34-= ，KN
N RI 03.31-=
再分式桁架中的斜腹杆，在桁架平面内的计算长度取节点中心间距mm l ox
2157=，在桁架平面外的计
算长度：
选用4632?L ，查角钢规格表得
2996mm A =，mm i x 6.19=，mm i y 4.29=
因x λ＜y λ，只需求y ?。查表得3486
.0=y
?，则
MPa A N y 7.99996
3486.034630
=?==
?σ＜MPa 215 拉应力：
MPa MPa A N 2157.103996
10333<===
σ 所选截面满足要求。
填板放两块，尺寸取60mm ×83mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d
4.7896.140409.713
7
.215=?=<==
，取75cm 。 ③ 杆件Bb 杆件轴力 KN N 58.339=
计算长度
=ox l 0.8×2534=2027.2mm ， mm l oy 2534=
选用8752?L ，查角钢规格表得
22300mm A =，mm i x 8.22=，mm i y 0.35=
所选截面满足要求。
填板放两块，尺寸取60mm ×95mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 4.18228.280804.633
4
.253=?=<==
，取80cm 。 ④杆件bD 杆件轴力 KN N 24.267-=
计算长度
=ox l 0.8×2798=2238.4mm ， mm l oy 2798=
选用8752?L ，查角钢规格表得
22300mm A =，mm i x 8.22=，mm i y 0.35=
1502.988.224
.2238<===
x ox x i l λ，1508.812
.342798<===y oy y i l λ x λ>y λ，567.0=x ?，MPa MPa A N x 2159.2042300
567.0267240
<=?==
?σ 所选截面满足要求。
填板放三块，尺寸取60mm ×95mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 2.9128.240400.704
8
.279=?=<==
，取70cm 。 ⑤杆件Dc 杆件轴力 KN N 33.180=
计算长度
=ox l 0.8×2778=2222.4m ， mm l oy 2778=
选用8752?L ，查角钢规格表得
22300mm A =，mm i x 8.22=，mm i y 0.35=
3505.978.224
.2222<===x ox x i l λ，35037.790
.352778<===y oy y i l λ
所选截面满足要求。
填板放两块，尺寸取60mm ×95mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 4.18228.280806.923
8
.277=?=<==
，取100cm 。 ⑥杆件cF 杆件轴力 KN N 64.118-=
计算长度
=ox l 0.8×3055=2444m ， mm l oy 3055=
选用8752?L ，查角钢规格表得
22300mm A =，mm i x 8.22=，mm i y 0.35=
1502.1078.222444
<===
x ox x i l λ，1503.890
.353035<===y oy y i l λ x λ>y λ，449.0=x ?， MPa MPa A N x 2159.1142300
449.0118640
<=?==
?σ 所选截面满足要求。
填板放三块，尺寸取60mm ×95mm ×10mm ，则 间距cm i cm l d 2.9128.240404.764
5
.305=?=<==
，取cm 80。 ⑦杆件Fd 杆件轴力 KN N 49.52=
计算长度
=ox l 0.8×3035=2444m ， mm l oy 3035=