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21米鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

一、設(shè)計(jì)資料

1. ?結(jié)構(gòu)形式?
   某廠房跨度為21m，總長(zhǎng)108m，柱距6m，采用梯形鋼屋架，上鋪1.5×6.0m預(yù)應(yīng)力混凝土大型屋面板，屋架鉸支于鋼筋混凝土柱上，上柱截面400×400mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30，屋面坡度1:10。

2. ?屋架形式及選材?

   • 幾何尺寸：計(jì)算跨度21m，端部高度2.0m，跨中高度3.04m（高跨比1/6.8，符合規(guī)范要求）。
   • 鋼材：Q345B（屈服強(qiáng)度345MPa），焊條E50型。

3. ?荷載標(biāo)準(zhǔn)值?（水平投影面計(jì)）

   • ?永久荷載?：
     • 防水層及找平層：0.4+0.4=0.8kN/m2
     • 保溫層：0.65kN/m2
     • 隔氣層及找平層：0.05+0.3=0.35kN/m2
     • 屋面板：1.4kN/m2
     • 屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式0.117+0.011L=0.348kN/m2（L=21m）。
     • 懸掛管道：0.15kN/m2
     • ?合計(jì)?：0.8+0.65+0.35+1.4+0.348+0.15=3.698kN/m2。
   • ?可變荷載?：
     • 雪荷載：0.35kN/m2（按地區(qū)規(guī)范取值）。
     • 積灰荷載：1.3kN/m2（按工業(yè)廠房規(guī)范）。
     • ?活載組合?：取雪荷載與積灰荷載較大值1.3kN/m2（因雪荷載0.35kN/m2<0.5kN/m2，按規(guī)范取0.5kN/m2，但1.3kN/m2>0.5kN/m2，故取1.3kN/m2）。

二、支撐布置

1. ?橫向支撐?：在上弦平面設(shè)置交叉斜桿支撐，間距6m（與柱距一致），下弦平面設(shè)縱向水平支撐。
2. ?垂直支撐?：在屋架跨中及端部設(shè)置交叉斜桿豎向支撐，保證平面外穩(wěn)定性。
3. ?系桿?：下弦支撐桁架中設(shè)置剛性系桿，按壓桿設(shè)計(jì)，采用雙角鋼十字形截面。

三、荷載計(jì)算

1. ?節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值?
   • 永久荷載分項(xiàng)系數(shù)γ_G=1.3，可變荷載分項(xiàng)系數(shù)γ_Q=1.5。
   • ?按可變荷載效應(yīng)控制組合?：
     • 節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值=1.3×永久荷載+1.5×活載=1.3×3.698+1.5×1.3=6.79kN/m2。
     • 節(jié)點(diǎn)間距6m，單個(gè)節(jié)點(diǎn)荷載=6.79×6=40.74kN。
   • ?支座反力?：按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，支座反力≈節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值×跨度/2=40.74×21/2=427.77kN。

四、內(nèi)力計(jì)算

1. ?內(nèi)力系數(shù)法?：查梯形鋼屋架內(nèi)力系數(shù)表，得跨中彎矩M=0.097×節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值×跨度=0.097×40.74×21=82.93kN·m。
2. ?桿件內(nèi)力?：
   • 上弦桿：壓力為主，最大壓力≈節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值×1.1=44.81kN。
   • 下弦桿：拉力為主，最大拉力≈節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值×0.9=36.67kN。
   • 腹桿：根據(jù)支撐布置，交叉斜桿受拉，豎桿受壓。

五、桿件截面設(shè)計(jì)

1. ?上弦桿?：

   • 穩(wěn)定驗(yàn)算：長(zhǎng)細(xì)比λ≤200（受壓桿件容許長(zhǎng)細(xì)比）。
   • 截面選擇：雙角鋼組成的十字形截面，A=12.5cm2，回轉(zhuǎn)半徑i=3.5cm。
   • 驗(yàn)算：σ=N/A=44.81×103/12.5×10?=35.85MPa<215MPa（Q345鋼抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）。

2. ?下弦桿?：

   • 強(qiáng)度驗(yàn)算：σ=N/A=36.67×103/12.5×10?=29.34MPa<215MPa。

3. ?腹桿?：

   • 交叉斜桿：受拉，長(zhǎng)細(xì)比λ≤350（受拉桿件容許長(zhǎng)細(xì)比）。
   • 豎桿：受壓，長(zhǎng)細(xì)比λ≤200，截面同下弦桿。

六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1. ?上弦節(jié)點(diǎn)?：

   • 焊縫連接：焊腳尺寸hf=6mm，焊縫長(zhǎng)度lw=80mm。
   • 驗(yàn)算：τ=V/(0.7hf lw)=44.81×103/(0.7×6×80)=133.4MPa<160MPa（焊縫抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值）。

2. ?下弦節(jié)點(diǎn)?：

   • 螺栓連接：M20普通螺栓，孔徑22mm，排列間距≥3d=60mm。

七、施工圖要求

1. ?圖紙內(nèi)容?：
   • 屋架簡(jiǎn)圖（比例1:100），標(biāo)注桿件長(zhǎng)度及內(nèi)力。
   • 節(jié)點(diǎn)詳圖，包括焊縫尺寸、螺栓規(guī)格及定位尺寸。
2. ?材料表?：列出所有桿件及連接件的規(guī)格、數(shù)量。

八、參考文獻(xiàn)

1. 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）。
2. 梯形鋼屋架內(nèi)力系數(shù)表。
3. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)。