厂房钢屋架设计

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内容摘要：本文通过计算厂房钢屋架杆件，保证杆件安全、经济、适用。

关键词：设计钢屋架荷载 上弦下弦

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

1.设计资料

1.1某单跨单层厂房，跨度L=24m，柱距6 m，厂房内无吊车、无振动设备，屋架铰接于混凝土柱上，屋面采用1.5×6.0太空轻质大型屋面板。杆件容许长细比：屋架压杆〔λ〕=150，屋架拉杆〔λ〕=350.

1.2屋架形式及尺寸

由于屋面采用太空轻质大型屋面板，故采用缓坡梯形屋架。屋架计算跨度为L0=L-300=30000-300=29700㎜。屋架端部高度取H0=2000㎜，跨中高度H=3200㎜，屋架高跨比H/L=3200/30000=1/9.4，在屋架常用高度范围内。

为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5 m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦节点长为3m的人字式。

2.荷载和内力计算

2.1荷载计算 荷载计算及汇总见表1

表1荷载计算及汇总

计算屋架杆力时，应考虑如下两种荷载组合：

使用阶段“全跨恒荷载+全跨屋面均布活荷载”和“全跨恒荷载+半跨屋面均布活荷载”，应注意半跨屋面均布活荷载既可能作用于左半跨，也可能作用于右半跨。恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P恒及P活分别为内力

P恒=1.32×1.5×6=11.88KN（1.32取自1-01）

P活=0.7×1.5×6=6.3KN（0.7取自1-01）

2.2内力计算

本设计采用给定图法确定了屋架在左半跨单位集中荷载作用下的杆力系数，并列于表2中。根据算得的节点荷载和杆力系数，利用表2进行杆件的内力组合并求出各杆的最不利内力，计算过程和结果见表2

表2 杆力组合表

2.3杆件截面选择

2.3.1上弦

整个上弦不改变截面，取上弦最大设计杆力（FK杆）计算。N=-276.83KN，l0x=150.8㎝, l0y= l1= 301.6㎝(按大型屋面板与屋架保证三点焊接考虑，取l1为两块屋面板宽)。根据腹杆最大设计杆力NaB=-161.29KN,查表7.4，取中间节点板厚度t=6㎜，支座节点板厚度t=8㎜。

先有非对称轴选择截面，假设λ=60，由附二表2.2查得=0.807（由双角钢组成的T形和十字形截面均属b类），需要的截面面积As=N/(f)=276.83×103/(0.807×215)=15.96㎝2,一般角钢厚度≤15㎜，属第一组，故取f=215N/㎜2需要的回转半径为ixs=150.8/60=2.51㎝, iys= l0y /λ=301.6/60=5.03㎝,上弦应采用两不等边角钢以短边相连组成的T形截面。根据需要的As、ixs、iys查附三表3.5，选用2L100×63×6：A=19.23，ix=1.79㎝，iy=4.76㎝（节点板厚6㎜）

〔λ〕=150

验算

λx= l0x / ix =150.8/1.79=84＜〔λ〕=150.

Ψx=0.661

σx= N/(xA)、276.83×103/(0.661×1923)= 217.8N/㎜2＜1.05f=225.8 N/㎜2

验算对称轴y的稳定承载能力

由式（4.34），b1/ t=10/0.6=17=0.56 l0y / b1 =0.56×301.6/10=17

λyz=λy =l0y / iy=301.6/4.76=63＜〔λ〕=150

查附二表2.2，y =0.790

故σy=N/(yA)=276.83×103/(0.790×1923)= 182.22N/㎜2＜f=215 N/㎜2满足要求。

垫板每节间放置一块（满足l1范围内不少于两块），ld=150.8/2=75.4㎝＜40i（i为3.21㎝）

2.3.2下弦

下弦亦不改变截面，采用最大设计杆力（gh杆）计算。N=311.46KN，l0x=300㎝, l0y= 2370/2= 11㎝，需要的净截面面积As=N/ f=311.46X103/215=14.49㎝2, 选用2L80X50X6：A=15.12，ix=1.41㎝，iy=3.89㎝

验算：在节点设计时，将位于gh杆连接支撑的螺栓孔包在节点板内，切使栓孔中心到节点板近端边缘距离不小于100㎜，故截面验算不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算〔λ〕=350：σ=N/A=311.46×103/1512= 182.22N/㎜2＜f=215 N/㎜2，

λx= l0x / ix =300/1.41=215＜〔λ〕=350. λy =l0y / iy=1185/3.89=305＜〔λ〕=350

满足要求。

垫板每节间放置一块，ld=150㎝＜80i（i为2.56㎝）

其余各杆的截面选择方法与上述一致，不再重复计算。

主要参考文献

[1] 钟善桐主编：《钢结构》，武汉大学出版社，2005

作者简介：朱晓崑，生于1974年，自1996年大专毕业后一直从事路桥工程的施工管理工作。