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以下是一份21米跨鋼結(jié)構(gòu)梯形鋼屋架課程設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容框架，基于典型工業(yè)廠房設(shè)計(jì)場(chǎng)景，涵蓋關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟和要點(diǎn)：

一、設(shè)計(jì)資料

1. ?結(jié)構(gòu)形式?

   • 跨度：21m，總長(zhǎng)90m，柱距6m
   • 屋架類型：梯形鋼屋架，鉸支于鋼筋混凝土柱（上柱截面400×400mm，C30混凝土）
   • 屋面坡度：i=1/10（即屋架中高H=2.1m，端高H?=1.8m）
   • 地震設(shè)防：7度（0.1g），二類場(chǎng)地

2. ?荷載標(biāo)準(zhǔn)值?（水平投影面計(jì)）

   • ?永久荷載?：

     • 預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板：1.45 kN/m2
     • 防水層（三氈四油+綠豆砂）：0.4 kN/m2
     • 保溫層（泡沫混凝土）：0.35 kN/m2
     • 找平層（水泥砂漿）：0.4 kN/m2（防水層下）+0.3 kN/m2（保溫層下）
     • 隔氣層（一氈二油）：0.05 kN/m2
     • 屋架及支撐自重：按經(jīng)驗(yàn)公式$q = 0.12 + 0.011L$q=0.12+0.011L（L為跨度，單位m），計(jì)算得0.351 kN/m2
     • 懸掛管道：0.15 kN/m2

   • ?可變荷載?：

     • 屋面活荷載：0.7 kN/m2（施工荷載）
     • 雪荷載：0.35 kN/m2（按地區(qū)規(guī)范取值）
     • 積灰荷載：0.6 kN/m2（按工藝需求）
     • 取可變荷載較大值：max(0.7, 0.35)=0.7 kN/m2

3. ?材料選擇?

   • 鋼材：Q345B（抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=310 MPa，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=180 MPa）
   • 焊條：E50型（匹配Q345鋼）

二、屋架形式與幾何尺寸

1. ?屋架形式?：采用梯形鋼屋架，節(jié)點(diǎn)間距1.5m，共14個(gè)節(jié)點(diǎn)（含支座節(jié)點(diǎn)）。
2. ?腹桿布置?：
   • 上弦：三角形分格，設(shè)豎桿及斜腹桿。
   • 下弦：平行弦，設(shè)斜腹桿。
3. ?幾何尺寸?：
   • 跨度L=21m，中高H=2.1m，端高H?=1.8m。
   • 節(jié)點(diǎn)間距a=1.5m，支座節(jié)點(diǎn)至第一節(jié)點(diǎn)距離a?=1.5m。

三、荷載計(jì)算與內(nèi)力分析

1. ?荷載計(jì)算?：

   • 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值：$g_k = 1.45 + 0.4 + 0.35 + 0.4 + 0.3 + 0.05 + 0.351 + 0.15 = 3.405 \, \text{kN/m}^2$gk?=1.45+0.4+0.35+0.4+0.3+0.05+0.351+0.15=3.405kN/m2
   • 可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值：$q_k = 0.7 \, \text{kN/m}^2$qk?=0.7kN/m2（取雪荷載與施工荷載較大值）
   • 荷載分項(xiàng)系數(shù)：永久荷載γG=1.2，可變荷載γQ=1.4。

2. ?內(nèi)力計(jì)算?：

   • 采用圖解法計(jì)算單位節(jié)點(diǎn)荷載（P=1.0 kN）作用下的桿件內(nèi)力系數(shù)。
   • 全跨均布荷載作用：上弦桿受壓，下弦桿受拉，腹桿受剪。
   • 半跨荷載作用：上弦桿局部受壓，下弦桿部分受拉，腹桿內(nèi)力變化顯著。

3. ?內(nèi)力組合?：

   • 控制截面內(nèi)力組合（如支座節(jié)點(diǎn)、跨中節(jié)點(diǎn)）：
     • 組合1：永久荷載+可變荷載（1.2g_k + 1.4q_k）
     • 組合2：永久荷載+0.9×可變荷載+積灰荷載（1.2g_k + 1.4×0.9q_k + 1.4×0.6）

四、桿件截面選擇

1. ?上弦桿?：

   • 內(nèi)力：軸壓力N=120 kN（組合1），長(zhǎng)細(xì)比λ=80。
   • 截面選擇：□120×120×6（雙角鋼組合截面），回轉(zhuǎn)半徑ix=iy=46.2 mm，滿足λ=80的要求。

2. ?下弦桿?：

   • 內(nèi)力：軸拉力N=80 kN（組合1），長(zhǎng)細(xì)比λ=120。
   • 截面選擇：□100×100×5（雙角鋼組合截面），回轉(zhuǎn)半徑ix=iy=38.7 mm，滿足λ=120的要求。

3. ?腹桿?：

   • 斜腹桿：軸壓力N=50 kN，選擇□80×80×5（雙角鋼組合截面）。
   • 豎桿：軸壓力N=30 kN，選擇□70×70×5（雙角鋼組合截面）。

五、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

1. ?支座節(jié)點(diǎn)?：

   • 節(jié)點(diǎn)A：下弦桿與支座連接，采用端板連接，螺栓M20，8.8級(jí)。
   • 節(jié)點(diǎn)B：上弦桿與支座連接，采用平板連接，螺栓M20。

2. ?屋脊節(jié)點(diǎn)?：

   • 節(jié)點(diǎn)H：上弦桿拼接，采用對(duì)接焊縫，焊縫高度hf=6 mm。

3. ?一般節(jié)點(diǎn)?：

   • 節(jié)點(diǎn)C：下弦桿與腹桿連接，采用角焊縫，焊縫高度hf=5 mm。

六、支撐布置

1. ?上弦橫向水平支撐?：設(shè)置在屋架跨中及兩端，間距6m。
2. ?下弦橫向水平支撐?：與上弦支撐對(duì)應(yīng)布置。
3. ?下弦縱向水平支撐?：沿屋架下弦設(shè)置，間距12m。
4. ?垂直支撐?：設(shè)置在屋架跨中及兩端，與柱間支撐對(duì)應(yīng)。

七、設(shè)計(jì)依據(jù)與規(guī)范

1. 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）
2. 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）
3. 《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（GB 51022-2015）

八、設(shè)計(jì)成果

1. ?計(jì)算書?：包含荷載計(jì)算、內(nèi)力分析、截面選擇、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等詳細(xì)計(jì)算過程。
2. ?施工圖?：
   • 屋架布置圖（1:100）
   • 節(jié)點(diǎn)詳圖（1:10）
   • 支撐布置圖（1:200）

九、注意事項(xiàng)

1. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)需滿足構(gòu)造要求，避免應(yīng)力集中。
2. 支撐布置需保證屋蓋空間剛度，防止平面外失穩(wěn)。
3. 焊縫連接需進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，螺栓連接需進(jìn)行抗剪驗(yàn)算。

此框架為簡(jiǎn)化版設(shè)計(jì)，實(shí)際課程設(shè)計(jì)中需結(jié)合具體荷載組合、內(nèi)力分析軟件（如PKPM、Midas）進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，并繪制完整施工圖。