钢 屋 架 设 计 计 算 设计资料 车间基本参数某公司因生产需要，拟在济南郊区建设一座单层单跨机加工车间（设计使用寿命50年），车间建筑平面、剖面见下图。车间采用排架结构，下部为现浇钢筋混凝土柱及独立基础，上部采用钢屋架结构，屋架与排架柱铰接。车间内设有一台A4工作制的软钩梁式吊车，屋架下弦距离牛腿顶面1.8m，轨道高度130mm。混凝土排架柱采用实腹矩形柱;吊车梁可以采用T形或矩形钢筋混凝土吊车梁，也可以采用H形截面钢吊车梁(二选一)，抗风柱为矩形截面钢筋混凝土柱。车间屋面采用75mm厚彩色夹芯钢板，屋面檩条为卷边C型钢 （C18070202.5），檩条间距约1.5m;车间四周围护墙采用240mm厚砖墙，内外各抹灰20mm厚，表面刷涂料;纵墙塑钢窗洞高为1.8m、宽为2.4m，共上下两层。2、车间荷载、材料自重、抗震设防等级 屋面活荷载标准值:0.5kN/m2(不上人屋面，无积灰荷载)； 基本风压：0.45kN/m2； 基本雪压：0.30kN/m2； 屋面75mm厚夹芯钢板及檩条自重标准值:0.25kN/m2（按投影面积）； 钢屋架及屋面支撑自重标准值（估算）：0.35kN/m2（按投影面积）； 钢筋混凝土自重25 kN/m3；砖及抹灰自重20 kN/m3；回填土自重20 kN/m3； 抗震设防等级：6度。3、荷载组合 钢屋架为简化计算，屋面暂不考虑风荷载作用。首先计算一榀典型简支屋架的内力系数，然后分别计算下述三种荷载标准值作用下的杆件内力：全跨永久荷载、全跨屋面活荷载、半跨屋面活荷载。最后列表进行下述两种荷载组合：1.2全跨永久荷载+1.4（屋面活荷载，雪荷载）max；1.2全跨永久荷载+1.4（半跨屋面活荷载，半跨雪荷载）max。 排架柱为简化计算，不考虑车间的空间作用，将钢屋架简化成刚度无穷大的水平横梁，两端与排架柱铰接连接。屋面永久荷载及活荷载标准值分别等效作用到横梁上。首先分别计算下述八种荷载标准值作用下一榀典型排架的内力：永久荷载、屋面活荷载、左（或右）墙面风荷载、吊车左（或右）刹车力、吊车靠近左(或右)时的竖向荷载；然后列表进行排架柱的内力组合。组合情况考虑以下六种：1.2永久荷载+1.4（屋面活荷载，雪荷载）max；1.2永久荷载+1.4墙面风荷载；1.2永久荷载+1.4吊车竖向荷载；1.2永久荷载+0.91.4（屋面活荷载，雪荷载）max+0.91.4墙面风荷载；1.2永久荷载+0.91.4（屋面活荷载，雪荷载）max+0.91.4吊车竖向荷载；1.2永久荷载+0.91.4（屋面活荷载，雪荷载）max+0.91.4墙面风荷载+0.91.4吊车竖向荷载+0.91.4吊车水平荷载。4、地质情况 经勘测，地表土为人工填土，1.2m厚，不宜作为天然地基土，建议全部挖除；其下为粘土，地基承载力特征值，压缩模量，适宜作为地基持力层。场地地下水静止水位埋深为10.5米，可不考虑水质对基础混凝土的侵蚀。最大冻土深度可按0.5m考虑。5、主要构件材料 钢筋：纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB235级钢筋； 混凝土：C20 C30； 钢材：Q235-B或Q345-B。6、钢屋架形式为梯形钢屋架，吊车吨位为10t，牛腿柱顶标高为5.7m结构布置一、设计资料 取屋檐口高为2.115m，屋面坡度为1/10。二、屋架布置及几何尺寸屋架几何尺寸图屋架计算跨度24000-300=23700mm。屋架端部高度H 0=2000mm。三、荷载1、荷载计算（1）恒荷载屋面恒荷载0.25 kN/m2 屋架及支撑自重0.35 kN/m2 0.25+0.35=0.6 kN/m2 （2）活荷载因屋面活荷载0.5 kN/m2 雪荷载kN/m2 ，且无积灰荷载，故活荷载取0.5 kN/m2 永久荷载设计值：1.30.6+1.40.70.5=1.3kN/m2可变荷载设计值：1.20.6+1.40.5=1.42kN/m22、荷载组合设计屋架时，考虑以下两种荷载组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载F=1.421.50.6=12.78 kN/m2全跨永久荷载+半跨可变荷载 F1=0.61.21.56=6.48 kN F2=0.51.41.56=6.3 kN 四、内力计算按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下，屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，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，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力（正、负最大值）作为屋架的依据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。 全跨荷载布置图全跨荷载内力图左半跨荷载内力图左半跨荷载布置图内力计算表 表1杆 件杆内力系数全跨永久荷载+全跨可变荷载全跨永久荷载+半跨可变荷载计算内力名 称F=12.78kNF1=6.48kNKNP=1N=FF2=6.3kN在左在右全跨N左=F1+F2半跨半跨N右=F1+F2上AB000000弦BC-5.99-2.36-8.35-106.713-91.845-68.976-106.713杆CD-5.99-2.36-8.35-106.713-91.845-68.976-106.713DE-6.7-4.31-13.01-166.2678-126.5148-111.4578-166.2678EF-6.7-4.31-13.01-166.2678-126.5148-111.4578-166.2678FG-8.85-5.87-14.72-188.1216-151.1406-132.3666-188.1216GH-8.85-5.87-14.72-188.1216-151.1406-132.3666-188.1216HI-7.117.11-14.22-181.7316-136.9386-47.3526-181.7316下ab3.481.254.7460.577252.639238.590260.5772弦bc7.683.3811.06141.3468120.052892.9628141.3468杆cd95.114.11180.3258148.1328123.5628180.3258de8.136.4914.62186.8436145.9566135.6246186.8436斜aB-6.53-2.34-8.89-113.6142-98.7462-72.3492-113.6142腹Bb4.642.066.7185.753872.712856.458885.7538杆bD-3.39-2.02-5.42-69.2676-56.4786-47.8476-69.2676Dc1.921.83.7247.541636.201635.445647.5416cF-0.74-1.75-2.49-31.8222-20.7972-27.1602-31.8222Fd0.411.581.1714.952610.164617.535617.5356dH1.57-1.5-0.07-0.89469.4374-9.9036-9.9036He-2.471.35-1.11-14.1858-22.75381.3122-22.7538竖aA-0.50-0.5-6.39-6.39-3.24-6.39杆bC-10-1-12.78-12.78-6.48-12.78cE-10-1-12.78-12.78-6.48-12.78dG-10-1-12.78-12.78-6.48-12.78eI11225.5619.2619.2625.56五、杆件截面设计1、上弦杆截面计算整个上弦杆采用同一截面，按最大内力计算N = -188.12kN（压力），查钢结构设计手册(钢结构2.3.4.1)，节点板厚度选用8mm，支座节点板厚度选用10mm。计算长度 屋架平面内取节间轴线长度,lox =1508mm屋架平面外,根据支撑和内力变化取,loy =6030mm截面宜选用两个不等肢角钢，且短肢相并,则2100808,如图1所示。yyxx12图1上弦截面A=27.8 cm2 ix =2.37cm iy =4.66cmx = lox / ix =150.8/2.37=63.6x = loy / iy =603.0/4.66=129.4b1 /t=100/8=12.50.56 loy / b1 =(0.56603.0)/10=33.8可近似取xz =y ,b类截面，查表y =0.392 N/(y A)=188.12103/(0.3922780)=172.40 N/mm2 =215 N/mm2 所选截面合适。2、下弦杆截面计算整个杆件采用同一截面，按最大内力计算，Nmax =186.84kN （拉力）计算长度 屋架平面内取节间轴线长度屋架平面外根据支撑布置取loy =23.7/2=11.85m试选用280508（短肢相并），见图2所示，A =19.7 cm2 , ix = 1.38 cm , iy =4.02 cm 按所选角钢进行截面验算：x = lox / ix =300/1.38= 217=350y = loy / iy =1185/4.02=295=350b1 /t=50/8=6.250.56 loy / b1 =(0.561185.0)/5=33.8可近似取xz =y ,b类截面，查表y =0.123 N/(y A)=186.84103/(0.1231