人字形屋架設計
一、設計資料
某單跨廠房，長度為120m，車間內設有一台200kn的中級工作制的吊車，計算溫度高於-20℃。人字形單斜式屋架跨度36公尺，柱距7.2公尺。
屋面採用1.5m×（6～7.5m）的預應力混凝土大型屋面板（重量1500n/m2），上鋪100mm厚泡沫砼保溫屋（重量800n/m2）和三氈四油防水層（重量300n/m2）。
鋼屋架簡支於鋼筋砼柱上，上柱截面為400×400，砼強度等級為c25，基本風壓w0=350n/m2，屋面均布活載或雪載為500n/m2，積灰荷載為100~500n/m2，無抗震要求。
二、二、屋架形式，尺寸，材料選擇及支撐布置
本方案為無檁屋蓋方案，屋面坡度i=1/10，計算跨度lo=l-300=36000-300=35700mm，端部及中部高度均取作2500mm。屋架桿件幾何長度及支撐布置見下圖。
三、荷載及內力計算
（1）荷載計算
三氈四油防水層0.30 kn/m2
找平層（2cm厚0.40 kn/m2
泡沫混凝土保溫層（10cm厚0.80 kn/m2
預應力混凝土大型屋面板（含灌縫1.50 kn/m2
屋架和支撐自重0.516kn/m2
恆載總和3.516kn/m2
活荷載（或雪荷載0.50 kn/m2
積灰荷載0.20 kn/m2
可變荷載總和0.70 kn/m2
由於屋面坡度不大，對荷載的影響較小，未予考慮。風荷載為吸力，重屋蓋可不考慮。
（2）荷載組合
一般考慮全跨荷載，對跨中部分斜桿（一般為跨中每側各兩根斜腹杆）可考慮半跨組合，本設計在計算桿件截面時，將這些腹杆均按壓杆控制長細比，不必考慮半跨荷載作用情況，只計算全跨滿載時的桿件內力。
節點荷載：
組合一（可變荷載效應控制的組合）：
fd=(1.2×3.516+1.4×0.5+1.4*0.9*0.2)×1.5×7.2=55.85kn
組合二（永久荷載效應控制的組合）：
fd=(1.35×3.516+1.4×0.7×0.5+1.4*0.9*0.2)×1.5×7.2=711.36kn
因此，節點荷載取59.28kn，支座反力 rd=12fd=6×59.28=355.68kn
（3）內力計算
用**法或數解法均可計算出全跨荷載作用下，屋架的桿件內力。其內力設計值見圖。
四、桿件截面選擇
腹杆最大軸力為479.09kn，查表可知，選用支座節點板厚t=12mm,中間節點板厚可為t=10mm。
（一）上弦杆截面設計
整個上弦不改變截面，按最大內力計算。nmax=-1257.39kn
初選上弦桿為2 l 16014，a=86.6， =4.92cm， =7.00m
由於（b類）
填板每節間放兩塊，
（二）下弦杆截面設計
也不改變截面，按最大內力計算。nmax=1221.64kn
初選下弦桿為2 l 20012512（短肢相並），a=59.6， =3.57cm， =9.54m。
符合要求
填板每節間放兩塊，
（3）斜腹杆截面設計（a-b,b-c,c-d,d-e,e-f）
選取最大內力 nmax=479.09kn
初選斜腹杆杆為2 l 10010，a=38.52， =3.05cm， =4.60m。
符合要求
填板每節間放兩塊
（4）斜腹杆f-g截面設計
n=44.1kn，lox=372cm，loy=372cm。
選用2l705，a=13.74cm2， =2.6cm， =3.37cm。
符合要求
填板每節間放三塊略大於，仍然夠用
（5）支座豎桿
n=-354.08kn cm
初選上弦桿為2 l 10010，a=38.53， =3.50cm， =4.6cm。
由於（b類）
填板每節間放兩塊，
四、節點設計
用e43焊條時，角焊縫的抗拉、抗壓和抗剪強度設計值，各桿件內力由圖1查得，最小焊縫長度不應小於,節點板厚度為10cm。
（一）下弦節點g
1、斜桿ab與節點的連線焊縫計算
n=479.09k，設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為和。所需焊縫長度為：
肢背： ，取＝200mm
肢尖：，取＝140mm
2、豎桿bb與節點的連線焊縫計算
n=-326.04k，設肢背與肢尖的焊角尺寸分別為和。所需焊縫長度為
肢背： ，取＝140mm
肢尖： ，取＝100mm
3、下弦杆與節點板連線焊縫計算
焊縫受力為左右下弦杆的內力差由斜腹杆焊縫決定的節點板尺寸，量得實際節點板長度為45cm，肢背及肢尖焊腳尺寸均取為8mm，則計算長度lw=43.4cm。肢背焊縫應力為:
肢背： +12=147.3mm，取＝150mm
肢尖： +12=79.9mm，取＝80mm
（2）上弦節點
1、豎桿bb與節點板連線焊縫計算
與下弦節點中bb杆計算相同。
2、斜桿bc與節點板連線焊縫計算
n=396.96kn，設肢背與與肢尖的焊腳尺寸分別為和。所需焊縫長度為：
肢背： ，取＝160mm
肢尖： ，取＝120mm
3、上弦杆與節點板連線焊縫計算
為了便於在上弦上擱置大型屋面板，上弦節點板的上邊緣可縮排上弦肢背7mm。用槽焊縫將上弦角鋼和節點板連線起來。由腹杆焊縫決定的節點板的尺寸，實際測的節點板長度為40cm.
假定集中荷載f由槽焊縫承受，f=59.28kn，焊腳尺寸為5mm，
上弦杆肢尖焊縫受力為左右上弦杆的內力差，偏心距e=16-2.5＝13.5，偏心力矩m=δn·e=321.
7×13.5=4342.95kn·cm，採用hf2=8mm，lw2=39cm，則
對δn：
對m此方案滿足條件，不需要採用節點板伸出的方案。
（三）屋脊節點
弦杆一般用與上弦杆同號角鋼進行拼接，為使拼接角鋼與弦杆之間能夠密合，並便於施焊，需將拼接角鋼進行切肢、切稜。拼接角鋼的這部分削弱可以靠節點板來補償。拼接一側的焊縫長度可按弦杆內力計算。
則，拼接角鋼切肢、切稜的尺寸為mm，取25mm。n=1257.39kn，設肢尖、肢背焊腳尺寸為8mm，則需焊縫長度為:
拼接角鋼長度取2366.8+50＝790mm 拼接角鋼的長度計算中b取值較大，一般取為50mm。
弦杆與節點板的連線焊縫計算同上弦杆中弦杆計算相似。
（四）屋架端部支座節點
為便於施焊，下弦角鋼水平肢的底面與支座底板的距離一般不小於下弦伸出肢的寬度，故可取為120mm。在節點中心線上設定加勁肋，加勁肋的高度與節點板的高度相同，厚度同中間節點板為12mm。
1、支座底板計算
支座反力
2、腹杆杆端焊縫計算
bf杆由前面計算結果取肢背及肢尖角焊縫尺寸分別為： mm， mm, 。
3、底板計算
支反力rd=329.544kn，fc=12n/mm2，所需底板淨面積：
取錨栓直徑d=24mm，錨栓孔直徑為50mm，則所需底板面積為：
按構造要求採用底板面積為a×b=28×28=784>651.5cm2，底板淨面積為：
底板實際應力為：
，查表5.8，，則
所需底板厚度
取24mm
底板尺寸為280×24×280。
5、加勁肋與節點板連線焊縫計算
乙個加勁肋的連線焊縫所承受的內力為，，加勁肋高度與節點板同高，厚度取與中間節點板相同為12mm。採用hf=8mm，驗算焊縫應力
對v對m
6、節點板、加勁肋與底板的連線焊縫計算
設底板連線焊縫傳遞全部支座反力r=329.544kn
取hf=8mm，實際焊縫總長度：
焊縫設計應力：
五、屋架施工圖
見圖紙。
參考文獻
1、中華人民共和國建設部主編. 建築結構荷載規範(gb50009-2001). 北京：中國建築工業出版社，2002.
2、陳紹蕃. 鋼結構設計基本原理. 第三版. 北京：科學出版社, 2005.
3、戴國欣. 鋼結構. 第三版. 湖北：武漢理工大學出版社, 2007.
鋼結構設計屋架設計
目錄一 設計資料 1 二 荷載與內力計算 1 1 荷載計算 1 2 荷載組合 1 3 內力計算 2 三 桿件截面設計 2 1 上弦杆 2 2 下弦杆 4 3 端斜桿 ab 5 4 再分式腹杆 eg gk 6 5 豎腹杆ie 7 四 節點設計 11 1 下弦節點 b 11 2 上弦節點 b 13 3 ...
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