设计人：梁海全
指导老师：付建科、雷小平、卢
一、设计资料及选择屋架形势与材料
设计一位于杭州市郊的单跨封闭式屋架结构。单跨屋架总长度为36m，柱距4m，跨度为12m；屋面材料为波形石棉瓦，规格：1820×725×8。
其它主要参数：坡度，i=1：3，恒载，0.6 kN/㎡，活（雪）载，0.6 kN/㎡。屋架支撑在钢筋混泥土柱顶，混泥土标号为C20，柱顶标高6m。钢材标号：Q235-B.F。其设计强度为f=215 kN/mm活顶尖2.焊条采用E43型，手工焊接。载荷分布系数取γG=1.2,γQ=1.4。 二、屋架形式及几何尺寸
根据所用屋面材料的排水需求及跨度参数，采用芬克式六节间三角形屋架。屋面坡度为i=1/3,屋面倾角α=arctg（1/3）=18.4˚
sinα=0.3162，cosα=0.9487
屋架计算跨度：l。=l－2×150＝12000－300=11700mm
屋架跨中高度：H=11700/6=1950mm
上弦长度：L= l。/(2cosα)=11700/(2*0.9487)=6166mm
取3节间，节间长度s=6166/3=2055mm
节间水平段投影尺寸长度：a=s·cosα=2055×0.9487=1950mm
根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示:
图1 屋架几何尺寸
三、屋盖支撑布置
在厂房两端和温度伸缩缝两端第一开间的屋架上弦各设一道横向支撑；在其支撑开间的跨中设一道垂直支撑；在屋架上、下弦跨中节点及上弦横向支撑节点处设置纵向通长水平系杆，屋架上弦跨中屋脊节点、屋架端部节点处的通长系杆以及上、下弦横向支撑中的系杆为刚性系杆。 （上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通常的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连。为此，上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的一半。（图2）） 图 2 屋顶支撑示意图
四、檩条设计
1. 檩条的数目及间距
波形石棉瓦长1820mm，要求搭接长度≥150mm，且每张石棉瓦至少需要有三个支承点，因此最大檩条间距：apmax=(1820-150)/(3-1)=835mm。
半跨屋面所需檩条数：np=3×2055/835=8.4根；考虑到上弦平面横向支撑节点必须设置檩条，实际取半跨屋面檩条数np=11根。
檩条间距ap=6166/（11-1）=616.6mm<apmax，满足要求。
2. 檩条的选材
檩条选用槽钢[8。查《钢结构》（上册）附表2可得槽钢[8的相关参数：
Wx=25.3cm3，Wy=5.79cm3，Ix=101cm4，Iy=16.6cm4。计算截面无孔洞削减，屋面能阻止檩条失稳和扭转，截面塑性发展系数γx=1.05，γy=1.20。
檩条的数目及间距
3. 载荷计算
檩条均布荷载设计值：
q=(γG×gk+γQ×qk)×ap
=（1.2×0.6+1.4×0.6）×725.3×10-3=0.96kN/m，则有：
qx=qcosα=1.17×0.9487=0.91kN/m；
qy=qsinα=1.17×0.3162=0.30kN/m。
4. 内力计算
(如图3所示）
由于檩条跨距等于4m，可不设拉条。檩条在刚度最大平面内的跨中弯矩： Mx=qxl2 /8=0.91×42/8=1.82kN·m
檩条在刚度最小平面内的跨中弯矩：
My=qy(l/2)2 /8=0.30×4/8=0.15kN·m
图 3 檩条弯矩设计值
图像拼接器5.强度验算
檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘枝尖处：
σ=
<215N/mm2=[σ]
故强度能满足要求。
6.刚度验算
验算与屋面垂直平面的相对挠度，按短期荷载效应组合进行。荷载标准值：
gk1+qk1=（0.6+0.6）×725.3×10-3=0.74kN/m
gk1y+qk1y=(gk1+qk1)cosα=0.74×0.9487=0.70kN/m
=1/357 < 1/150 檩条刚度满足要求。
五、屋架设计
1.载荷计算
因檩条沿节间布置，先将檩条作为屋架集中荷载计算，再按经验公式计算屋架和支撑自重，最后折算为屋架上弦节点荷载。
檩条作用在屋架上弦的集中力为：
Q=q×S=0.96×4=3.84kN
节点荷载设计值为：
F=2Q=7.68kN
2.屋架杆件内力计算
芬克式三角形屋架在半跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算屋架杆件内力。根据建筑结构静力计算手册，六节式芬克式三角形屋架，n=l/h=6现查得杆件内力系数，再乘以节点荷载F=7.68kN,即可得出杆件内力。杆件编号及内力图见图4，其具体计算表见表1。
图 4 杆件编号及内力
表1 屋架杆件内力表
杆件名称 | 杆件 | 内力系数 | 内力设计值（kN） |
上 弦 | AB | -7.91 | -60.75 |
BC | -6.64 | exosip-51.00 |
CD | -7.27 | -55.83 |
下 弦 | AF | 7.50 | 57.6 |
FE | 4.50 | 34.56 |
腹 杆 | BF | -1.34 | -10.30 |
CF | -1.34 | -10.30 |
DF | 3.00 | 23.04 |
| | | |
3.上弦杆弯矩
根据《钢结构设计手册》第五章第5-23条的要求得到：
太阳能玻璃
当屋架上弦有节间荷载作用时，弦杆应按偏心受压构件计算。由节间荷载而产生局部弯矩的近似值，可按下列情况确定：
（1）对于端节间的正弯矩，取为0.8Mo；
（2）对于其他节间的正弯矩和节间负弯矩（包括屋脊节点），均取为0.6Mo。
上述Mo是按跨度等于相应节间长度的简支梁所计算的最大弯矩，则有：
Mo=Qa/2=3.84×1.95/2=3.744kN/m
端节间的跨中正弯矩：M1=0.8Mo=0.8×3.744=3.00kN/m
中间节间及节点：M2=±0.6Mo=±0.6×3.744=±2.25kN/m
4.杆件截面选择
在设计杆件截面前，必须首先确定所选节点板的厚度。在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大内力有关。根据弦杆最大内力Nmax=-63.0kN，查焊接屋架节点板厚度选用表【设计手册】可选择支座节点板厚8mm，其它节点板厚6mm。
（一）上弦杆
上弦杆内力计有：NAB=-60.75kN,NBC=-51.00kN,M1=-3.00kN/m, M2=-2.25kN/m;故该杆应按压弯杆计算。
试选2 L110×7组成的截面：A=30.39cm2，ix=3.41cm，iy=4.79cm，Wxmax=119.55cm3，Wxmin=44.09cm3，r=8mm。
截面塑性发展系数γ制备乙酸乙酯的装置x1=1.05， γx2=1.20
1）强度验算
取A-B段上弦杆（最大内力杆段）验算；轴心压力N=60.75kN
最大正弯矩（节间）MX=M1=3.00kN.m,最大负弯矩（节点）MX=M2=2.25kN.m
正弯矩截面：
负弯矩截面：
上弦杆强度符合要求。
2）弯矩作用平面内的稳定性验算
λx=lox/ix=205.5/3.41=60.3<150=[λ]，按b类截面查《钢结构》（上册）附表17-2可知：Φx=0.805；
扭转屈曲临界力为：
NEX=π2EA/=π2×206×103×30.39×102/60.32=1699kN
可利霉素说明书按有端弯矩和横向载荷同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为: βmx=0.85。
采用正弯矩验算：
用最大负弯矩进行验算时，同样：MX=M2=2.25kN.m
Rx=Rx2=1.20, W1x=Wxmin=44.09cm3。
3）弯矩作用平面外的稳定性验算
S=4110mm,应验算上弦杆的A-B-C段在弯矩作用平面外的稳定性。
，N1=60.75kN，N2=51.00kN。
按b类截面查《钢结构》（上册）附表17-2可知：Φy=0.676，Φb=1（弯矩使翼缘受拉）；
在计算长度范围内，弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取等效弯矩系数。用最大正弯矩进行验算，Mx=M1=3.00kN.m,W1x=Wxmax=119.55cm3。对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数Φb可按下式进行计算：
用最大负弯矩进行验算：Mx= M2=2.25kN.m, W1x = Wxmin =44.09 cm3。对弯矩使用角钢水平受拉的双角钢T形截面，查表取Φb=1.0得：
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