（一）题目

单层厂房钢屋盖

（二）设计要求

1、屋盖支撑布置——说明布置原则、依据。

2、设计一个普通钢屋架：节点荷载计算、杆件内力计算、杆件内力组合、杆件截面 、截面设计四个点型节点，附全部计算书。

3、绘制施工图：内容包括支撑布置图，屋架结构图图中注明计算内力和选定的截面，支座节点、上弦一般节点、下弦拼接接点、屋脊节点。

（三）设计资料

1、钢屋架跨度为24m，屋架间距b=6m，屋架支座高度H0=2m，屋架坡度i=1/12，屋架上弦节间长度d=3m。

2、屋面采用1.5m*6.0m，预应力钢筋混凝土屋面板和卷材屋面（由二毡三油防水层，2cm厚水泥砂浆找平层及8cm厚的泡沫混凝土保温层组成）。屋架坡度i=1/12，屋架选用梯形钢屋架，跨中高度H=3.25m，屋架简支在钢筋混凝土柱顶上，上柱截面取为400mm*400mm，混凝土标号为C20，当地基本雪压为0.7KN/m2,钢材采用Q235，B级，焊条采用E43型，手工焊。

屋架上弦平面利用屋面板，用埋固的小钢板和上弦杆焊住，代替水平支撑，在屋架下弦平面的端部及两侧面端面布置水平及竖直支撑。

3、屋架计算跨度：l0=24m-2*0.15m=23.7m。

4、跨中及端部高度，此设计为无檀屋盖方案，采用平板梯形屋架，取屋架在24m轴线处的端部高度h0=2.0m，屋架的中间高度h=3m，则屋架在23.7m处，两端的高度h0=2.0125m，屋架跨中起拱按l0/500考虑，取48mm。

（四）设计依据

1、《建筑结构荷载规范》GB50009-2010

2、《钢结构设计规范》GB50017-2010

3、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001

4、《建筑抗震设计规范》GB5011-2010

5、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002

二、设计计算书

（一）结构形式与布置

屋架形式及几何尺寸见附图—1

根据厂房长度取84m>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，设水平支撑的规格与中间柱网的支撑的规格有所不同，在所有柱间的上弦平面布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，于是屋架跨中和两端各设一道垂直支梯，梯形钢屋架支撑布置附图—1所示。

（二）荷载计算

1、恒载标准值：

防水层（二毡三油上铺小石子）0.35 KN/m2，沿屋面坡向分布。

找平层（20mm厚水泥砂浆）0.4 KN/m2，沿屋面坡向分布。

保温屋（8cm泡沫混凝土）0.45 KN/m2，沿屋面坡向分布。

预应力混凝土屋面板（包括灌缝）1.4 KN/m2，沿屋面坡向分布。

屋架自重（包括支撑）按经验公式计算

I=0.12+0.011L=0.12+0.011*24=0.38 KN/m2，沿水平投影面分布。

2、活荷载标准值：

屋面均部活荷载（不上人的屋面）0.7 KN/m2，沿水平投影面分布。

雪载S=μS0（因屋面与水平面的倾角α=arctan1/12=4.76<15，故屋面积雪分布系数μ=1.0）。

风载：因α=4.76<15，风载体型系数μ=对屋面为吸力，故可不考虑风载影响。

屋面荷载与雪荷载不会同时出现，计算时取较大荷载标准值进行计算，因二者均为0.7 KN/m2，故可取其一，如屋面活荷载0.7 KN/m2进行计算。

荷载计算如表—1

表—1  荷载计算表

3、荷载计算及汇总表？？

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=（3.56+0.98）*3*6=82.08KN

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

全跨节点永久荷载：F1=3.58*3*6=.44KN

半跨节点可变荷载：F2=0.98*3*6=17.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：

全跨节点屋架自重：F3=0.46*3*6=8.24KN

半跨节点屋面板自重及活荷载：F4=（1.68+0.46+0.98）*3*6=56.16KN

（1）、（2）为使用节点荷载情况。

（3）为施工阶段荷载情况。

（三）内力计算

屋架上三种荷载作用下的计算简图如图—1所示：

（a）全跨永久荷载+全跨可变荷载

（b）全跨永久荷载+半跨可变荷载

（c）全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重及活载

图-1屋架计算简图

1、用图解法或数个解法解得F=1的屋架的内力系数分别求出（a）、（b）、（c）三种情况屋架杆件的内力。

2、然后将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。

屋顶上弦杆除了承受轴心压力外，尚承受节点间集中荷载而产生的弯矩。其值为：

第一节点：M=0.8M0=0.8×41.04×3/4=24.62KN·M

中间节点：M=0.6M0=0.6×41.04×3/4=18.47KN·M

中间节点：M=-0.6M0=-18.47KN·M

在全跨恒载和全跨活载作用下，屋顶弦杆、竖杆和靠近支座斜杆的内力均比较大，在屋架及支撑自重和半跨屋面板与活载作用下，靠近跨中的斜杆的内力可能发生变号。

（四）杆件设计

1、上弦杆

按受力最大的弦杆设计，沿跨度全长载面保持不变。

上弦杆DE为压弯杆件：N=972.65KN

                     M=18.47 KN·M

lox=3000mm，loy=1500mm（由于上弦杆和屋面板埋设小钢板并牢固焊接，可代替水平支撑，故上弦杆平面外的计算长度loy=1500mm）

腹杆最大内力N=574.56KN，查表得，中间节点板厚度选用12mm，支座节点板厚度选用14mm。

设λ=90查Q235钢的稳定系数表，可得φ=0.621，b类载面则所需载面面积为： 

需要的回转半径：ix= lox/λ=3000/90=33.3mm

iy= loy/λ=1500/90=16.67mm

根据需要A，ix，iy查角钢规格表，选用2∟160×14，肢背间距a=12mm，

则：A=43.3×2=86.6cm2         W1x=234.4×2=468.8cm2  

W2x=90.95×2=181.9cm2      ix=4.92cm     iy=7.07cm

λx= lox/ ix=3000/49.2=61.0      λy= loy/ iy=1500/70.7=21.2

λ=（λx，λy）max=61.0

满足长细λ≤［λ］=150的要求，查得φ=0.801，则

σ=＜215Mpa

（1）按公式验算弯距作用内的稳定性

查表得载面塑性发展系数

y1x=1.05        y2x=1.2        

NEX=

此处节点间弦杆相当于两端支撑有端弯距和横向荷载同时作用，使构件产生反向曲率的情况，根据规范等效弯距系数βm=0.85

将以上数据代入下式验算作用平面内的稳定性：

=179.6N/mm2＜f=215N/ mm2

对于这种T形载面压弯杆件，还应验算载面另一侧，即

==4.5N/ mm2

==5.1N/ mm2＜f=215N/ mm2

所以可保证弦杆弯距作用平面内的稳定性。

（2）按下式验算弯距作用平面外的稳定性：

λy=loy/ iy=1500/70.7=21.2mm≤［λ］=150，查表得=0.966

对于双角钢T形载面的整体性系数：

将以上数据代入下式验算作整体稳定性

=116.27+34.9=151.2N/mm2＜f=215 N/mm2

所以可保证弯距作用平面外的稳定性。

（3）强度验算：

由于上弦杆两端得弯距比较大，同时W较小，因此，需按下式验算节点负弯距载面无翼缘一边的强度：

=112.3+84.6=196.9 N/mm2＜f=215 N/mm2

因BC，CD，DE的弯距值和Efd相同，而轴心力均小于EF，为了简化制造工作，故用EF相同的载面尺寸而不必验算。

上弦杆AB，N=0，M=24.62KNm

=112.8 N/mm2＜f=215 N/mm2

2、下弦杆

按轴心拉杆设计，沿全长截面不变，截面采用等肢角钢拼合，最大设计拉力：

Nma=927.5KN

lox=600cm     loy=1200cm       A==43.14cm2

选用2∟100×12，A=22.8×2=45.6cm2可满足要求。

ix=3.03cm    λx= lox/ ix=600/3.03=198.02≤［］=350

由于此屋顶不受动力作用，故可反验算在竖直平面内的长细比。

3、斜腹杆

（1）端斜腹杆Ab

N=-574.56KN    lox=loy=3631cm  

因为Lox=Loy，故采用不等肢角钢，长肢相并使Lox≈Loy，选用

2∟160×100×10，则A=2×25.3=50.6 cm2  ix=5.14cm  iy=4.05cm

满足长细比

=182.3Mpa＜215Mpa所选截面合适。

（2）其它斜腹杆

Bb：N=357.87KN，lox=0.8   loy=300cm   loy=3750cm

选用2∟80×6，则

A=2×9.4=18.8cm2， ix=2.47cm，  iy=3.73cm

满足长细 =190.4Mpa＜215Mpa

bD：N=-205.2KN，lox=0.8   loy=325.6cm   loy=407cm

选用2∟90×7，则

A=2×12.3=24.6cm2， ix=2.78cm，  iy=4.14cm

满足长细比， 

=184.14 Mpa＜215Mpa所选截面合适。

Dc：N=85.52KN，lox=0.8   loy=325.6cm   loy=407cm 

选用2∟80×5，则

A=2×7.91=15.58cm2， ix=2.48cm，  iy=3.71cm

满足长细比， =150的要求，则

=54.Mpa＜215Mpa所选截面合适。

4、竖杆

（1）端竖杆Aa

N=-41.04KN，lox=201.25cm   loy=201.25cm   

由于杆件内力较小，按=150选择

ix= lox/λ=201.25/150=1.34cm，iy= loy/ iy =201.25/150=1.34cm

查表，选截面的ix，iy较上述计算值略大，

选用2∟63×4，则

A=2×4.98=9.96cm2， ix=1.96cm，  iy=3.02cm

满足长细比， 

=76.6Mpa＜215Mpa  所选截面合适。