鋼結構設計
――屋蓋鋼結構設計
土木工程專業本科（四年制）適用
指導教師： 石敦敦
班級： 06土木一班
學生姓名： 馮凱
設計時間： 2009.6.24
浙江理工大學建築工程學院土木系
鋼結構設計
――屋蓋鋼結構設計計算書
一、設計資料
某廠房總長度90m，跨度24m，無檁體系，縱向柱距6m。
1．結構形式：鋼筋混凝土柱，梯形鋼屋架。柱的混凝土強度為c30，屋面坡度i=1/10；l為屋架跨度。
地區計算溫度高於，無侵蝕性介質，**設防烈度為8度，屋架下弦標高為18m；廠房內橋式吊車為2臺150/30t（中級工作制），鍛錘為2臺5t。
2．屋蓋結構及荷載
無檁體系：採用1.5 6.0m預應力混凝土板（考慮屋面板起系杆作用）
荷載：①屋架及支撐自重：按經驗公式計算後，;
屋面活荷載：施工活荷載標準值為
雪荷載的基本雪壓標準值為
施工活荷載與雪荷載不同時考慮，而是取兩者的較大值；
積灰荷載標準值
屋面各構造層的荷載標準值：
三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層
水泥砂漿找平層
保溫層一氈二油隔氣層
水泥砂漿找平層
預應力混凝土屋面板
二．選擇鋼材和焊條
根據結構重要性，荷載特徵（靜荷），連線方法（焊接）及工作溫度，鋼材選用q235。焊條採用e43型，手工焊。
三．屋架形式、幾何尺寸：
無檁屋蓋，i=1/10，採用平坡梯形屋架。
屋架計算跨度為l0=l-300=23700mm ，
端部高度取h0=1990mm，
中部高度取h= h0+1/2il=1990+0.1x24000/2=3190mm，
屋架桿件幾何長度見附圖1所示，屋架跨中起拱50mm（按l/500考慮）。
為使屋架上弦承受節點荷載，配合屋面板1.5m的寬度，腹杆體系大部分採用下弦間長為3.0m的人字式。
附圖1：屋架桿件幾何長度（單位：mm）
24公尺跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內力值
24公尺跨屋架半跨單位荷載作用下各桿件的內力值
四．屋蓋支撐布置
根據車間長度，屋架跨度和荷載情況，設定三道上，下弦橫向水平支撐。因柱網採用封閉結合，為統一支撐規格，廠房兩端的橫向水平支撐設在第二柱間。在第一柱間的上弦平面設定剛性系杆保證安裝時上弦杆的穩定，第一柱間下弦平面也設定剛性系杆以傳遞山牆風荷載。
在設定橫向水平支撐的柱間，於屋架跨中和兩端共設三道垂直支撐。在屋脊節點及支座節點處沿廠房縱向設定通長的剛性系杆，下弦跨中節點處設定一道縱向通長的柔性系杆，支撐布置見附圖.圖中於橫向水平支撐連線的屋架編號為gwj-2，山牆的端屋架編號為gwj-3，其他屋架編號均為gwj-1.
屋架垂直、下弦支撐布置
屋架下弦支撐布置
五．荷載計算與組合
1、荷載計算
①恆載計算（設計值）：
屋架及支撐自重
三氈四油（上鋪綠豆砂）防水層
水泥砂漿找平層
保溫層一氈二油隔氣層
水泥砂漿找平層
預應力混凝土屋面板
恆載總和
②可變荷載計算（設計值）
施工活荷載
雪荷載（以上兩者不同時考慮，計算時取較大者）
積灰荷載
可變荷載總和
2荷載組合
計算屋架杆內力時，應考慮如下三種荷載組合：
1） 全跨永久荷載+全跨可變荷載
2） 全跨永久荷載+半跨可變荷載
3） 全跨屋架（包括支撐）自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷載
使用階段「全跨恆荷載+全跨屋面均布活荷載」和「全跨恆荷載+半跨屋面均布
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活荷載「。恆荷載和活荷載引起的節點荷載設計值p恒及p活分別為：
p恆=4.18x1.5x6=37.62kn
p活=2.24x1.5x6=20.16kn
施工階段「屋架及支撐自重+半跨屋面自重+半跨屋面活荷載」。這時只有屋架及支撐自重是分布於全跨的恆荷載，而屋面板自重及施工荷載（取屋面活荷載數值）即可能出現在左半跨，也可能出現在右半跨，取決於在屋面板的安裝順序。當從屋架兩端對稱安裝屋面板時，則不必考慮此種荷載組合。
施工階段恆荷載恆荷載和活荷載引起的節點荷載設計值p『恆河p』活分別為：
p『恆=（0.46+1.74）x1.5x6=19.8kn
p『活=0.98x1.5x6=8.82kn
六內力計算
採用**法計算屋架在左半跨單位集中荷載作用下的杆力係數。根據算得的節點荷載和杆力係數，進行桿件內力組合並求出各桿的最不利內力。
左半垮單位節點荷載內力圖、左半垮桿件名稱圖
n公尺跨屋架全跨單位荷載作用下各桿件的內力值
杆力組合表
七、桿件截面選擇
1、上弦杆
整個上弦不變截面，取上弦最大設計杆力計算。n=-881.72kn，l0x=1508mm，l0y=ll=3016mm(按大型屋面板與屋架保證三點焊接考慮，取ll為兩塊屋面板寬)。
根據腹杆最大設計杆力nab=-512.51kn,取中間節點板厚度t=10mm，支座節點板厚t=12mm。
先由非對稱軸選擇截面，假設λ=60，由附表查得=0.807（由雙角鋼組成的t形和十字形截面均屬b類），需要的截面面積：
一般角鋼厚度≤15mm，屬第一組，故取f=215n/mm2。需要的迴轉半徑為
上弦應採用兩不等邊角鋼以短邊相連組成的t形截面。根據需要的as、ixs、iys查表，選用2160×100×12（短邊相連）：a=60.
11cm2,ix=2.82cm,iy=7.74cm(節點板厚10mm)，[λ]=150。
驗算故驗算對y軸的穩定承載力：
換算長細比
查表，；
故， 滿足要求。
墊板每節間放置一塊（滿足範圍內不少於兩塊），。
2、下弦杆
下弦也不改變截面，採用最大設計杆力計算，n=876.52kn，，需要的淨截面積為
.選用2l1409010（短邊相連）：a=44.52，。
驗算：節點設計時，將位於下弦杆連線支撐的螺栓孔包在節點板內，且使栓孔中心到節點板近端邊緣距離不小於100cm，故截面驗算中不考慮栓孔對截面的削弱，按毛截面驗算（）
故。滿足要求。
墊板每節間放置一塊，（i為4.47cm）。
3、端斜槓
需要的淨截面面積為
選用 2 100×80×10 （長邊相連）：a=34.33， =3.12cm，iy = 3.53cm，
驗算：故： 。
b2 / t = 80/10=8<0.48
換算長細比，
查表，；
故， 。
滿足要求。
設兩塊墊板，id=84.1cm <40i = 40×2.35=94㎝ （i為2.35cm）。
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