三角形钢屋架课程设计

1、课程名称： 钢结构 设计题目： 三角形钢屋架设计 院 系： 土木与建筑工程学院学生姓名： 学 号： 200*23 专业班级： *土木工程二班 指导教师： 20*年5月27 日课 程 设 计 任 务 书设计题目三角形钢屋架课程设计学生姓名所在院系土建学院专业、年级、班09土木工程二班设计要求：1、计算书内容包括：选题（屋架形式）、选择钢材、选择焊接方法及焊条型号、荷载计算及内力组合、杆件截面设计、屋架节点设计。2.施工图（用cad绘图或手绘）绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图，图面内容：屋架索引图（画在图面左上角）比例：1：150屋架正面图（画对称的半榀）比例：1：20或1：30或自定上、下弦杆

2、俯视图 比例：1：10或1：15必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）屋架支座详图及零件详图、施工图说明、标题栏（写明题目、指导教师、姓名、班级、日期）学生应完成的工作：1、 设计计算书一份；2、 绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图（1号或2号图纸）一张。3、 图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订一起后上交。参考文献阅读：1、戴国欣主编.钢结构（第3版）m.武汉：武汉理工大学出版社，2011.1.2、张耀春主编.钢结构设计原理m.北京：高等教育出版社，2004.8.3、陈志华编著.建筑钢结构设计m. 天津：天津大学出版社，2004.3.工作计划： 截面及节点设计 3天 绘制施工

3、图 3天 计算书整理与施工图修正 1天任务下达日期： 20*年5月17日任务完成日期： 20*年5月27 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 三角形钢屋架课程设计摘 要：该设计是一个单层单跨厂房的三角形屋架，屋面材料为波形石棉瓦以及保温木丝板，结构采用有檩体系，并设有上弦横向水平支撑和下线横向水平支撑以及垂直支撑。屋架简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土等级为c20，截面尺寸为400400，钢材采用q235b，焊条采用e43型，手工焊。综合运用力学和钢结构课程所学知识，在可不考虑抗震设防的前提下，查阅资料，利用所给荷载、几何参数等计算杆件内力、选取杆件材料、型号、尺寸以及节点处的连接（包括焊缝尺

4、寸、焊缝长度）支座处的连接。根据计算结果在cad上画施工图并书写设计说明书。基本达到了巩固在课本上所学的知识的目的，增加了设计经验关键词： 钢结构设计 三角形 节点设计目 录1.设计背景 1 1.1课程设计内容 11.2课程设计要求 12.设计方案 32.1钢屋架布置 32.2材料的选取 33.方案实施 43.1屋架尺寸和檩条、支撑布置 43.2檩条的设计 53.3屋架节点荷载计算73.4屋架杆件内力计算83.5杆件截面选择 93.6节点设计 144.结果与结论 215.收获与致谢 226.参考文献 237.附件 241. 设计背景1.1课程设计内容1.建筑物基本条件厂房长度60m（90m）1

5、20m150m，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设有两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为c20。柱顶截面尺寸为400mm。钢屋架设计可不考虑抗震设防。 厂房柱距选择：6m2、设计题目 （1）三角形钢屋架(a)、(b)1）属有檩体系：檩条采用槽钢10，跨度为6m，跨中设有一根拉条10。如不满足，可自选。2）屋架屋面做法及荷载取值（荷载标准值）：永久荷载：波形石棉瓦自重 0.20 kn/m2 檩条及拉条自重 0.20 kn/m2 保温木丝板重 0.25 kn/m2 钢屋架及支撑重 (0.12+0.011跨度) kn/m2 可变荷载：雪荷载根据选题

6、屋面活荷载 0.30 kn/m2 积灰荷载 0.30 kn/m2 注：以上数值均为水平投影值；1.2课程设计要求 1.计算书 完成计算书一份，内容包括：（1）选题：柱距（6m） 屋架形式 (a) (e) 荷载取值（永久荷载、可变荷载）（2）选择钢材。（3）选择焊接方法及焊条型号。（4）绘制屋盖体系支撑布置图。（5）荷载计算及各杆件内力组合。（6）杆件截面设计。 详细写出以下杆件设计过程，其余填表即可。 梯形屋架：上弦杆、下弦杆、端斜杆、中竖杆。 三角形屋架：上弦杆、下弦杆、内力较大的拉杆和压杆。（7）屋架节点设计。 2、施工图 （1）绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图一张。 （2）图纸规格：1

7、号或2号图纸。 （3）图面内容： 1）屋架索引图（习惯画在图面的左上角）比例尺取1：1501：150。 2）屋架正面图（画对称的半榀） 轴线比例尺：1：20或1：30或自定。 3）上、下弦杆俯视图 杆件比例尺：1：10或1：15。 4）必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）。 5) 屋架支座详图及零件详图。 6）施工图说明。 7）材料表（可附在计算书中）。 8）标题栏（写明：题目、指导老师、姓名、学号、班级、日期）。（4）作图要求：采用手绘或cad绘图；图面布置合理；文字规范；线条清楚，符合制图标准；达到施工图要求。（5）设计完成后，图纸应叠成计算书一般大小，与计算书一起装订后上

8、交。3、设计时间选题后决定钢屋架的形式及尺寸、支撑布置、内力计算及荷载组合。集中设计时间为一周： 截面及节点设计 3天 绘制施工图 3天 计算书整理与施工图修正 1天2.设计方案2.1钢屋架的布置采用三角形钢屋架b类形式。根据厂房总长度150m，跨度为24m，有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，可分别在厂房两端的第二开间和十、十八开间设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，并在同一开间两榀相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑（在跨度13左右处各一道，见图3）。上弦檩条可兼做系杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆根据屋面

9、材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节点上，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。2.2材料的选取刚才采用q235b，焊条采用e43型，手工焊。3. 方案实施3.1 屋架尺寸和檩条、支撑布置1.屋架尺寸屋架计算跨度：=300=24000300=23700mm屋面倾角： 屋架跨中的高度为：上弦长度：节间长度： 节间水平投影长度：a=2127×0.9285=1975mm 屋架几何尺寸见图2。 图2 屋架几何尺寸（单位：mm）2.檩条和支撑布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节点上，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。根据厂房总长度60m，跨度为24m，有中级工作

10、制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，可在厂房两端的第二开间设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑，并在同一开间两榀相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑（在跨度13左右处各一道，见图3）。上弦檩条可兼做系杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆（见图3）。图3 屋架支撑布置（单位;mm）（a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑3.2 檩条的设计选用16 b槽钢截面，由型钢表查得，=116.8，=17.6，=935。3.1荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）永久荷载：（坡面） 波形石棉瓦自重：0.2

11、0×2.553=0.47 保温木丝板重： 0.25×2.553=0.59 檩条及拉条： 0.20 =1.26可变荷载：（因为屋面荷载为0.3kn/m2 小于雪荷载0.4kn/m2 ，故不考虑屋面荷载） 雪荷载 0.4kn/ 积灰荷载 0.30 kn/m2 =（0.4+0.3）×2.553=1.66檩条均布荷载设计值： =+=1.2×1.26+1.4×1.66=3.84 =3.84×0.9285=3.57 =3.84×0.3714=1.432.强度验算 弯矩设计值（见图4）：图4 弯矩图=×3.57×=16

12、.07=×1.43×=1.61（因为在檩条的跨中设置了一道拉条）檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。 +=+=207.3f=2153.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值： +=1.26+1.66=2.92 垂直与屋面方向的分量：= （+）=2.92×0.9285 =2.71=×=因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用16 b槽钢檩条能满足要求。3.3 屋架节点荷载计算1.永久荷载（水平投影面） 波形石棉瓦自重： 檩条和拉条： =0.084 保温木丝板重： 0.25 钢屋架及支撑重： 0.38 =0.9182.可变荷载因为屋面活荷载为

13、0.3小于雪荷载0.4，所以可变荷载：=0.4+0.3=0.73.风荷载（不考虑）4.屋架上弦在檩条处的集中荷载屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为f=（1.2×0.918+1.4×0.7）×6×2.553=29.613.4 屋架杆件内力计算 由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。芬克式屋架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力。屋架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。本例屋架为标准屋架，可直接由建筑结构设计

14、手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。分别如表2和图5 所示。 图5 杆件内力图（单位：kn）表2 屋架杆件内力计算表杆件名称杆件内力系数内力设计值（）上 弦ab-12.12-358.8bc-11.75-347.8cd-9.52-281.8de-11.00-325.6ef-10.63-314.6下 弦ah+11.25+333.0hj+10.00+296.0jg+6.25+185.0腹 杆bh,ek-0.93-27.5hc,dk+1.25+37.0cj,dj-1.56-46.2jk+3.75+111.0kf+5.00+148.0fg00注：负为受压，正为受拉。3.5 杆

15、件截面选择弦杆端节间最大内力为-358.8，由焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间节点板厚度为10mm，支座节点板厚度为12mm。1.上弦杆（见图6）整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。图6 上弦截面=-358.8，=255.3cm，=2=2×255.3=510.6cm。选用2100×10组成的t形截面，节点板厚为10mm，查型钢表得a=2×19.26=38.52，=3.05cm，=4.52cm = =83.7 = = =150根据=113查表得=0.475，则 = =215故选择截面合适。2.下弦杆（见图7）图7 下弦截面下弦杆也不改变截面，按最大内力计算

16、。=+333，屋架平面内的计算长度取最大节间jg长度，即=497.7cm。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离，即=1185cm。所需截面面积为：=1548=15.48选用290×56×6短肢相连的t形截面，由型钢表查得 =2×8.56=17.12,=1.58cm，=4.57cm =194.5=215 = =315=350 = =259.3=350故所选截面合适。3.腹杆（1） bh ek杆 =-27.5,=0.8=0.8×142.7=114.2cm，=142.7cm 选用240×4，a=2×

17、;3.09=6.18，=1.22cm，=2.04cm。 =150 =70.0=150根据=93.6，查表得=0.5968，则=74.56=215所选截面合适。（2）hc dk杆n=+37，=230.1cm，=2=460.2cm选用40×4，a=2×3.09=6.18，=1.22cm，=2.04cm。 =188.6=350 =225.6=350 =59.9=215故所选截面满足要求。（3）cj dj杆 n=-46.2，=0.8=0.8×285.4=228.3cm，=285.4cm 选用250×4，a=2×3.90=7.8，=1.54cm，=2.4

18、3cm。 =150 =117.4=150根据=148.2，查表得=0.3142，则=188.5=215所选截面合适。（4）jk、kf杆两根杆件采用相同的截面，用按最大内力=148计算，=343.7cm，=2=2×343.7=687.4cm 选用250×4，a=2×3.9=7.8，=1.54cm，=2.43cm。 =350 =282.9=350 =189.7=215所选截面合适。（5）fg杆。n=0, =474cm对有连接垂直支撑的屋架wj2，采用256×4组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。=0.9=0.9×474=426.6cm，=2.

19、18cm = =195.7=200故满足要求。对不连接垂直支撑的屋架wj1，选用56×4单角钢，并按受拉支撑验算其长细比，=1.11cm。= =384.3=400故满足要求。屋架各杆件截面选择情况见表3。表3 屋架杆件截面选择杆件名称杆件编号内力设计值（kn）计算长度（mm）选用截面截面面积a（cm2）杆件受力类型长细比容许长细比计算应力(n/mm2)杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数(每节间)上弦abbccddeef-358.8255351062100×1038.52压杆83.71131500.475196.16905601下弦ahhjjg+333.0497711

20、85290×56×617.12拉杆315259.3350194.55805502腹杆bhek-27.511421427240×46.18压杆93.6701500.596874.564504502hcdk+3718412301240×46.18拉杆188.6225.635059.9450450cjdj-46.222832854250×47.8压杆148.2117.41500.3142188.5580450jkkf+14834376874250×47.8拉杆223.2282.9350189.75804502gj0（压）4266426625

21、6×48.78压杆=195.720045045070（拉）4266426656×44.39拉杆=384.34004504503.6 节点设计本例只选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。1.屋脊节点（见图8）腹杆kf与节点板的连接焊缝，查表得=160（以下同），取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为=6mm和=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为肢背：=+10=+2×= 2×6=85.8mm故取=90mm。 图8 屋脊节点（单位：mm）故肢尖：=+2×=+2×5=10=53.6mm取=60mm。拼接角钢采

22、用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去v=t+5=10+6+5=21mm，取v=30mm，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为 =117mm拼接角钢的总长度为 =2（+12）+d=2（117+12）50=308mm取=400mm上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载f2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力的15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心距e=100-29=71mm）。设肢尖焊缝焊脚尺寸=5mm，节点板总长度为660mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 =（6602）-20-10（660/2）/0.92852010=325mm焊缝

23、应力为 =20.7 =27.1 =30.36=160由以上计算结果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故可按照构造进行满焊，不必计算。2.下弦拼接节点（见图9） 图9 下弦拼节点（单位：mm）屋架跨度24m超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点f和下弦节点j处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按cj、dj和jk中最大内力=111计算。设肢背和肢尖的焊脚尺寸均取=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为肢背：=+2=+2×5=+10=76.4mm故取80mm。肢尖：=+2=+2×5=+10=42.7mm故按构造取50mm。弦杆与节点板的连接焊缝

24、按弦杆内力与的内力差计算，因为内力差较小，按构造布置焊缝即可满足要求，不必计算。拼接角钢采用与下弦杆相同截面，肢背处削棱，竖肢切去v=t+5=6+6+5=17mm。取v=20mm。按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧所需的焊缝计算长度为 = =136.9mm故取140mm。拼接角钢所需总长度为=2（+2）+10=2（140+12）+10=314mm3.上弦节点d（见图10） 图10 上弦节点d（单位：mm）各腹杆杆端与节点板的焊缝计算从略，节点板的形状和尺寸如图10所示。上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）f，取节点板缩进肢背5mm，=t2=5mm，则=14.2=195.2肢尖与节

25、点板的焊缝承受弦杆的内力差为=-=-325.6+281.8=-43.8偏心距e=100-29=71mm，且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊缝进行满焊即可满足条件。4.支座节点。（见图11） 图11 支座节点（单位：mm）屋架支撑与钢筋混凝土柱上，混凝土强度为c20，=10为便于施焊，取下弦轴线至支座底板上表面的距离为160mm，并设置图12所示加劲肋。下弦杆端与节点板的焊缝取肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为=7mm和=5mm，则所需焊缝长度为：肢背：=+2= +2×7=+14=156.3mm故取160mm。肢尖：=+2= +2×5=+10=108.1mm故按构造取110mm。上弦杆端与节点板的焊缝，由于焊缝长度较大，可不必计算，按构造要求即可。(1)支座底板计算。支座反力为r=5f=5×29.61=148.05，混凝土强度c20，=9.6，所需净面积：=154.21cm锚栓直径取d=25mm，锚栓孔直径为50mm，则所需底板毛面积：=154.21+2×4×5+=213.8cm按构造要求采用底板面积为：=20×20=784cm>213.8cm，垫板采用100×100×20