-
普通梯形钢屋架设计
一、设计资料
某车间跨度为
l
?
120
m
，
屋架间距
6m
，屋面采用
1
.
5
?
6
m
预应力
钢筋混凝土大型
屋面板。
20mm
厚
水混砂浆找平层，三毡四油防水层，屋面坡度
1/10
。屋架两
端
铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面
400
×
400
，混凝土
C30
，屋架跨度、保温层荷
载标准值和屋面积灰荷载标准值按指定的数据进行
计算。
1
、柱距
6m,
梯形钢屋架跨度
L
?
21
m
2
、
屋架采用的钢材及焊条为：
Q
235
钢，焊条为
E
43
型，手工焊。
3
、
梯形钢屋架荷载标准值（水平投影面计）
（
1
）
永久荷载：
三毡四油（上铺绿豆砂）防水层
0.4
20mm
厚水泥砂浆找平层
0.4
保温层
0.5
预应力混凝土大型屋面板
1.4
屋架及支撑自重：按经验公式
q
??
0.12
??
< br>0.011
L
计算：
q = 0.12 + 0.011
×
21=
0.351
kN/m
2
悬挂管道：
0.15
kN/m
2
永久荷载总和：
0.4
×
2
＋
1.4+0.5+0.351+0.15=3.201
kN/m
2
（
2
）
可变荷载：
屋面活荷载标准值：
0.7
雪荷载标准值：
0.35
积灰荷载标准值：
0.8
由于
屋面活荷载与屋面雪荷载
不同时考虑，屋面活荷载比屋面雪荷载大，取
较大值，这里下面计算只要考虑屋面活荷载
。
1
二、节点荷载计算
①全跨屋面永久荷载作用下
P
?
3
.
201
?
6
?
1
.
5
?
28
.
03
kN
/
m
2
②全跨可变荷载作用下
P
?
0
.
7
?
6
?
1
.
5
?
0
.
8
?
0
.<
/p>
9
?
6
?
1
.
5
?
12
.
78
kN
/
m
2
③当基本组合由可变荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为
S
p
?
1
.
2
?
28
.
809
?
1
.
4
?
?
0
.
7
?
0
.
9
?
0
.
8
?
?
6
?
1
.<
/p>
5
?
52
.
46
kN
当基本组合由永久荷载效应控制时，上弦节点荷载设计值为：
S
p
?
1
.
35
?
28
.
809
?
1
.
4
?
(
0
.
7
?
0
.
7
?
< br>0
.
9
?
0
.
8
)
?
6
?
1
.
5
?
54
.
14
kN
由上可知
，本工程屋面荷载组合由永久荷载效应控制，节点集中力设计值
P=54.14kN
。
④屋架节点
荷载计算，计算屋架时应考虑下列三种荷载组合情况：
第一、全跨永久荷载
+
全跨可变荷载；
第二、全跨永久荷载
+
< br>（左）半跨可变荷载；
第三、屋架和支撑自重
+
（左）半跨屋面板重
+
（左）半跨施工荷载
设：
P
1
---
由永久荷载换算得的节点集中荷载；
P
2
---
由可变荷载换算得的节点集中荷载；
P
< br>3
---
由部分永久荷载（屋架及支撑自重）换算得的节
点集中荷载；
P
4
< br>---
由部分永久荷载（屋面板重）和可变荷载（屋面活荷载）换算得
的节点集中荷载。
2
则：
P
1
?
1
.
35
?
28
.
809
?
38<
/p>
.
89
kN
<
/p>
P
2
?
1
.
4
?
?
0
.
7
?
0
.
7
?
0
.
9
?
0
.
8
?
?<
/p>
6
?
1
.
5
?
15
.
246
kN
P
3
?
1
.
35
?
0
.
351
?
6
?
1
.
5
?
< br>4
.
265
kN
P
4
?
?
1
.
35
?
1
.
4
?
1
.
4
?
0
.
7
?
?
6
?
1
.
5
?
25
.
83
kN
(
施工时无积灰荷载）
三、支撑布置
工业厂房
120m
，
故在房
屋两端部开间集跨中设置上下弦横向水平支撑和位于
上、
下弦横
向水平支撑同一开间的屋架两端及跨中三处设置垂直支撑。
其他屋架
则在屋架两端及跨中分别于上、
下弦设置三道系杆，
其中屋
脊和两支座处为刚性
系杆，其余为柔性系杆，见附图（
1-1<
/p>
）
。
四、内力计算
用图解法活结构力学求解器先求出全跨和半跨单位节点荷载作用下的杆件
内力
系数，然后乘以实际的节点荷载。
屋架在上述第一种荷载组合的作用下，
屋
架的弦杆，竖杆和靠近两端的斜腹杆，
内力均达到最
大，
在第二种和第三种荷载
作用下，
靠
跨中的斜腹杆的内力可能达到或发生变号。因此，
在全跨荷载作用下
所有杆件的内力均应计算，而在半跨荷载作用下仅需计算靠近跨中的斜腹杆内
力。计
算结果列于下表：
3
左跨加载
右跨加载
4
（五）杆件截面选择：
弦
杆
和
腹
杆
均
采
用
双
角
钢
组
成
的
T
形
截
面
：
按
腹
杆
的
< br>最
大
内
力
N
aP
=-416.07KN,
查表
的选中间节点板厚度为
10mm
，支座节点板厚度为
12mm
。
（
1
）上弦杆
整个上弦杆采用等截面
，按
DE
杆件的最大设计内力设计。
N
DE
=-659.4kN
上弦杆计算长度：在桁架平面内，为节间轴线长度：
l
ox
?
150.8c
m
，
l
oy
?
150.8
?
2
?
301.6cm
(
取两块屋面板宽
度）
因为
l
ox
=2
l
oy
，故宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。
设
?
=50
，选用角钢
，为
b
类截面，查表得
?
?
0.856
。
需要截面积：
A
req
N
659.4
?
10
3
?
?
?
35.83
cm
2
< br>
，查表得：
2
?
f
0.856
?
215
?
10
i
x
?
l
ox
?
?
l
150.8c
m
301.6cm
?
3.02cm
，
i
y
?
oy
?
=6.03cm
50
?
50
根
据
需
要
的
A
、
i
x
、
i
y
查
角
钢
规<
/p>
格
表
，
选
用
2
∟
125
?
80
?
10
，
A
?
2
?
19.7
?
39.4<
/p>
c
m
2
，
i
x
=2.26cm
，
i
y
=6.11cm
，
b
1
t
?
160cm
10cm
?
16
，按
所选角钢进行验算：
< br>
?
x
?
l
ox
150.8cm
?
?
66.7
＜
< br>
?
?
?
?
150
i
x
2.26cm
5
?
x
?
l
oy
i
y
?
301.4cm
?
49.3
＜
?
?
?
?
150
6.11cm
∵
b
1
t
?<
/p>
125
10
?
1
2.5
<
0.56
l
< br>oy
b
1
?
13.5
∴
取
?
yz
截面
x
和界面
y
都为
b
类截面，
由于
?
x
< br>＞
?
yz
，
只需要求
?
y
。
< br>查表的
?
=0.773
。
?
?
y
?
49.3
N
DE
659.4
?
10
3
?
?
216
.5
?
215
N
mm
2
2
?
A
0.773
?
39.4
?
10
故所选截面合适。
（
2
）下弦杆
整个下弦杆采用同一截面，按最大内力设计值设计。
N
cd
?
?<
/p>
656.12
KN
，平面内的计算程度和
平面外的计算长度分别为：
l
ox<
/p>
?
300cm
，
l
oy
?
1035cm
所需截面面积：
N
cd
656.12
?
10
3
A
n
?
?
?
30.52cm
< br>2
f
215
< br>选用
2
∟
125
?
80
?
8
< br>，短肢相拼，
A
?
2
?
16
?
32
c
m
2
，
（设连接支撑的螺栓孔位于
节点板内的距离
a
?
100
mm
）
i
x
=2.29cm
，
i
y
=6.07cm
，
?
oy
?
l
oy
i
y
?
1035
< br>6.07
?
170.5
＜
?
?
?
?
350
6
?
ox<
/p>
?
l
ox
i
x
?
300
2.2
9
?
131
＜
?
?
?
?
35
0
N
cd
6
56.12
?
10
3
< br>?
?
205.0
N
mm
2
＜
215
N
mm
2
截面验算
?
?
2
A
32
?
10
所选截面合适。
（
3
）腹杆验算
:
1
）
、腹杆
Pa
杆件轴力：
N
aP
?
?
416.07
KN
计算长度
l
ox
?
l
oy
?
l
?
253
.0cm
，因为
l
ox
?
l
oy
，故采用不等值角钢
长肢相并。
选用
< br>2
∟
125
?
< br>80
?
8
，
A
?
2
?
16
?
32
c
m
2
，
i
x<
/p>
?
4.01cm
，
i
y
?
3.27cm
，按所选角钢
进行验算：
?
x
?
l
ox<
/p>
253.0
?
?
63.1
＜
?
?
?
?
150
i
x
4.01
< br>?
y
?
∵
b
2
t
?
8
0.8
l
oy
i
y
?
253.0
?
77.4
＜
< br>?
?
?
?
150
3.27
?
10
＜
0.48
l
oy
b
2
?
0.48
?
253
?
15.18
8
?
1.09b
2
4
?
?
1.09
?
8
4
?
?
77.4
?
1
?
∴
?
yz
?
?
y
?
1
?
2
< br>2
?
2
2
?
?
?
l
t
253
?
0.8
?
?
oy
?
?
?
85.9
＜
?
?
?
?
150
截面
x
和界面
y
都为
b
类截面，由于
?
x
＞
?
yz
，只需要求
?
。查表的
?
=0.649
。
7
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