钢结构课设计算书
1.设计资料
（1）某地一金工车间，长96m ，跨度27m ，柱距6m ，采用梯形钢屋架，1.56m ?预应力钢筋混
凝土大型屋面板，上铺珍珠岩保温层，设计地点哈尔滨地区，保温层厚度为100mm,容重34/kN m ，采用封闭结合，卷材屋面，屋面坡度i=1/10，屋架简支于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级为C20（抗压设计强度fc=10N/mm 2），车间内设有两台30/5t 中级工作制桥式
吊车，轨顶标高18.5m,柱顶标高27m 。屋面荷载标准值为2
0.5kN /m ，雪荷载标准值20.5kN /m ，积灰荷载标准值为0.5kN/m 2。桁架采用梯形钢桁架，其两端铰支于钢筋混凝土柱上，上柱截面尺寸为400400?。钢材采用Q235-B ，焊条采用E43型，手工焊。 （2） 屋架计算跨度 0l 270.15226.7m =-?= （3） 跨中及端部高度：
桁架的中间高度 h=3.340m
在26.7m 的两端高度 0h 2.006m = 在27.0m 轴线处两端高度 0h 1.990m = 桁架跨中起拱 l/500≈55mm
屋架高跨比3340/270001/8≈在经济范围（1/6~1/10）内，为使屋架上弦只受节
点荷载，腹杆体系采用人字形式。
2. 结构形式及几何尺寸如图1所示，支撑布置如图2所示
图1 桁架形式及几何尺寸
根据厂房长度（96m>60m ）,跨度及荷载情况，设置三道上下弦水平支撑如图：
桁架及桁架上弦支撑布置
桁架下弦支撑布置图
垂直支撑
垂直支撑
图2：桁架支撑布置图
符号说明：SC —上弦支撑；XC —下弦支撑；CC —垂直支撑；GG —刚性系杆；LG —柔性系杆
3. 荷载计算
2
，等于雪荷载，故取屋面活荷载计算。沿屋面斜面分布的永久荷载应乘以
1/cos 1.005α=，换算为沿水平投影面分布的荷载。桁架沿水平投影面积分布的支撑）按经验公式w P 0.120.011l =+?计算，跨度单位为m 。 标准永久荷载：
预应力混凝土大型屋面板 22
1.005 1.4kN / 1.407/m kN m ?=
三毡四油防水层 22
1.0050.35kN /0.352/m kN m ?=
20mm 厚找平层 32
1.0050.02m 20kN /0.402/m kN m ??=
80mm 厚珍珠岩制品保温层 32
1.0050.08m 4kN /0.322/m kN m ??=
桁架和支撑重 22
0.120.1127kN/m 0.417kN/m +?=
———————————————————————
总计 2
2.900kN/m 标准可变荷载：
屋面活荷载 2
0.5kN /m
积灰荷载 2
0.3kN /m
———————————————————————
总计 2
0.8kN /m 桁架设计时，应考虑以下三种荷载组合：
（1） 全跨永久荷载+全跨可变荷载
（按永久荷载为控制的组合）全跨节点荷载设计值
222F kN m kN m kN m 1.5643.05kN
m m =???????=（1.35 2.900/+1.40.70.5/+1.40.90.3/）
（由可变荷载为主控制的组合）全跨节点荷载设计值为：
'2F 1.2 2.900 1.40.5 1.40.90.3 1.56m 41.02kN =?+?+????=（）
（2） 全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨节点永久荷载设计值:
对结构不利时：
21.1F 1.35 2.900/ 1.5635.235kN kN m m m =???=（永久荷载控制）
2
1.2F 1.2
2.900/ 1.5631.32kN kN m m m =???=（可变荷载控制）
对结构有利时： 2
1.0
2.900/ 1.5626.10kN kN m m m ???= 半跨可变荷载设计值：
2.1F 1.4 1.567.81kN =?????=（0.70.5+0.90.3）（永久荷载控制）
2.2F 1.4 1.569.70kN =????=（0.5+0.90.3）（可变荷载控制）
（3） 全跨桁架包括支撑+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（按可变荷载为主的组合）
全跨节点桁架自重设计值 对结构不利时： 3.1F 1.20.417 1.56 4.50kN =???= 对结构有利时： 3.2F 1.00.417 1.56 3.75kN =???=
半跨节点屋面板自重及活荷载设计值 4F kN
=????（1.2 1.407+1.40.5）1.56=21.50
（1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载。
4. 内力计算
由图解法解得F=1的桁架各杆件的内力系数，然后求出各种情况下的内力进行组合，计算结果见附表《杆件内力组合表》。 5. 杆件设计 （1）上弦杆
整个上弦杆采用等截面，按HI 、IJ 杆件之最大设计内力进行设计 N= - 824.31kN 上弦杆的计算长度：
在桁架平面内，为节点轴线长度 1.508ox l m = 在桁架平面外，根据支撑布置和内力变化情况。取 y 2150.8301.6cm o l =?=
因为oy ox l l >故选用两个不等肢角钢，短肢相并。
腹杆最大内力N=-432.60kN 。查教材表9.6.4，节点板厚度选 用10mm ，支座节点板厚度选用12mm 。
设60λ=，属b 类截面，查教材附录4得：0.807?= 需要截面面积
2
2
N 824310A 47510.807215/N mm f N mm φ=
==? 需要的回转半径 150.8 2.5160
ox
x l cm i cm λ
=
=
= 301.6 5.0260oy y l cm
i cm λ==
= 根据需要的A 、x y i i 、，查角钢规格表，选用2L16010010??，a=10，如右图3 2
A 50.63cm = 7.7y i cm = 2.8x i cm =，按所选角钢进行验算： 150.8
53.862.8
ox x x l i λ=
==， 111603016160.560.5610.5610160
oy l b t b ==>=?= 所以 []22
1413.7160.7615052.7oy yz l t b t b λλ?
?=+=<= ? ???
b 类截面 yz x λλ> 60.760.803y λ?=?=
22824310202.8/215/0.8035063
y N N mm N mm A ?==
整个下弦杆采用同一截面，按最大设计值计算
图3 上弦截面
图4 下弦杆截面
图5 端斜杆截面
784.71cd N kN = 450ox l cm = 1335oy l cm =
所需截面面积为322784.71103650215/n N N A mm f N mm
?=== 初选21409010L ??, 2
44.52A cm =，因oy ox l l ?，故用不等肢角钢，短肢相并，如图4所示。
2244.5236.53A cm cm => 2.56x i cm = 6.77y i cm =
1335197[]3506.77oy cm
cm
λλ=
=<=，450175.8[]3502.56oy cm cm λλ=
=<= 考虑下弦有221.5mm φ的栓孔削弱，下弦净截面面积
222445221021.54022n A mm mm mm =-??=
3222
784.7110195.1/215/4022n N N
N mm f N mm A mm
σ?===<= 合格 （3） 端斜杆aB
杆件轴力 432.60N kN =-
计算长度 253.5ox oy l l cm == 因为ox oy l l =，故采用不等肢角钢，长肢相并，使x y i i ≈
设800.688λ?=?=
2
2
432600A 29250.688215/N N mm f N mm
?=
==? 253.5 3.1780
ox
x y l cm
i cm i λ
=
=
== 根据需要的x y A i i 、、 选用2125808L ??
2
31.98A cm = ， 4.01x i cm =， 3.27y i cm =，如图5所示。 253.5
63.24.01
ox x x l i λ=
== 又2280253.5
100.480.4815.2
880oy l b cm t cm b ==
253.5
77.63.27
y λ=
= 所以
4
4
22222
1.09 1.0980(1)77.6(1)86.025358yz y x oy b l t λλλ?=+=?+=>?
故0.648y ?= 222
432600208.8/215/0.6483198y N N
N mm f N mm A mm
σ?=
==<=? 所选截面合适 故aB 杆选用2L 125808?? （4） 斜腹杆 df 杆 ，fJ 杆
F 点在此处不断开，采用通长杆件
最大拉力：96.82,71.06fJ df N kN N kN ==另一端 最大压力：36.51,33.17df fJ N kN N kN =-=-另一端
平面内的计算长度:2250,0.81800ox ox ox l l l mm l l mm ====上段fJ 端下段df 段 平面外的计算长度oy l ： 对受压主斜杆：21133.17
0.750.25
4500(0.250.75)439736.51
oy N l l mm N ??=+=??+= ??? 按最大压力和上段计算长度计算:
因内力较小，故按32
236.5110[]1500.308551.30.308215/N N A mm f N mm λ???=====?，查表得， 225439.7
1.5,
2.93150150
ox
x y l i cm i cm λ
=
=
=== 在联合构造要求及所需的x y A 、i 、i ，试选截面2L704?，由附录8得
211.14, 2.18, 3.21x y A cm i cm i cm ===
225103.21[]1502.18ox x x l cm i cm λλ=
==<= 439.7137.0[]1503.21oy y y l cm i cm
λλ===<= 70439.717.50.580.5836.447
oy l b mm t mm b ==
0.4750.47570(1)137.6(1)142.7[]150439.74yz y oy b l t λλλ?=+=?+=<=? 查表0.334y ?= 322
2
36.511098.1/215/0.3341114y N N N mm f N mm A mm
σ??===<=? ， 受压合格。