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21米跨梯形鋼屋架課程設(shè)計指南

一、設(shè)計資料

1. ?工程概況?

   • 單層工業(yè)廠房，跨度21m，柱距6m，總長度96m
   • 屋架下弦標(biāo)高18m，屋面坡度1:10（i=1/10）
   • 鉸支于鋼筋混凝土柱（截面450×450mm，C25混凝土）

2. ?材料選擇?

   • 鋼材：Q235B（抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計值215MPa）
   • 焊條：E43型（匹配Q235鋼材）

3. ?荷載標(biāo)準(zhǔn)值?

   荷載類型	組成項目	標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)	分項系數(shù)	設(shè)計值(kN/m2)
   ?永久荷載?	防水層	0.40	1.35	0.54
   	水泥砂漿找平層	0.40	1.35	0.54
   	泡沫混凝土保溫層	0.48	1.35	0.65
   	預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板	1.45	1.35	1.96
   	屋架及支撐自重	0.35	1.35	0.47
   ?可變荷載?	施工荷載	0.70	1.40	0.98
   	積灰荷載	0.50	1.40	0.70

二、屋架形式與尺寸

1. ?形式選擇?

   • 采用芬克式（Fink）腹桿體系，經(jīng)濟(jì)高度取跨度的1/6~1/8，中部高度3.0m
   • 端部高度2.0m（通常取1.8~2.2m）

2. ?幾何尺寸?

   • 上弦節(jié)點(diǎn)水平投影長度：$l = \frac{21m}{6} = 3.5m$l=621m?=3.5m
   • 上弦傾角：$\theta = \arctan\left(\frac{3.0-2.0}{10.5}\right) = 5.44°$θ=arctan(10.53.0?2.0?)=5.44°
   • 上弦實際長度：$L = \frac{3.5}{\cos5.44°} = 3.517m$L=cos5.44°3.5?=3.517m

三、支撐系統(tǒng)布置

1. ?橫向水平支撐?

   • 在廠房兩端第一柱間設(shè)置完整支撐，中間每隔18m（3個柱距）布置一道

2. ?垂直支撐?

   • 對應(yīng)橫向支撐位置設(shè)置，共三道（兩端及跨中）

3. ?系桿?

   • 未設(shè)垂直支撐的柱間布置柔性系桿
   • 屋脊節(jié)點(diǎn)及支座節(jié)點(diǎn)處設(shè)通長剛性系桿

四、荷載組合與內(nèi)力計算

1. ?控制性荷載組合?

   • 滿載（全跨靜荷載+全跨活荷載）
   • 吊裝工況（半跨屋面板+半跨活荷載+全跨自重）
   • 使用工況（全跨靜荷載+半跨活荷載）

2. ?內(nèi)力計算要點(diǎn)?

   • 采用節(jié)點(diǎn)荷載法，考慮三種工況的最不利組合
   • 桿件內(nèi)力需滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定性及長細(xì)比要求

五、桿件設(shè)計

1. ?弦桿設(shè)計?

   • 上弦：承受節(jié)點(diǎn)荷載及彎矩，需驗算受壓穩(wěn)定性
   • 下弦：主要承受軸向拉力，需驗算凈截面強(qiáng)度

2. ?腹桿設(shè)計?

   • 斜腹桿：承受剪力，按拉桿或壓桿設(shè)計
   • 豎腹桿：傳遞豎向荷載，需驗算穩(wěn)定性

六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計

1. ?節(jié)點(diǎn)板設(shè)計?

   • 厚度根據(jù)連接桿件內(nèi)力確定，需滿足構(gòu)造要求
   • 節(jié)點(diǎn)板邊緣與桿件間隙≥20mm，與腹板間隙≥10mm

2. ?連接焊縫?

   • 角焊縫：焊腳尺寸≥6mm，長度≥8倍焊腳尺寸
   • 對接焊縫：需進(jìn)行強(qiáng)度驗算

七、施工圖繪制要求

1. ?屋架簡圖?

   • 標(biāo)注幾何尺寸（單位：mm）及桿件內(nèi)力（單位：kN）
   • 跨度＞24m時需標(biāo)注起拱值（1/500跨度）

2. ?構(gòu)件詳圖?

   • 比例1:20繪制軸線圖，節(jié)點(diǎn)處放大至1:10
   • 標(biāo)注零件編號、規(guī)格、定位尺寸及連接要求

八、設(shè)計建議

1. 優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)圖集（如G415屋架）簡化設(shè)計
2. 注意吊車梁與屋架的協(xié)同受力分析
3. 校核撓度限值（≤L/500）及長細(xì)比限值

注：實際設(shè)計需結(jié)合具體荷載參數(shù)、地質(zhì)條件及規(guī)范要求（如GB 50017-2017）進(jìn)行詳細(xì)計算。