18m跨度三角形钢结构课程设计

1、三角形钢屋架课程设计说明书学生姓名学号所属学院专业班级指导教师日期三角形钢屋架课程设计任务书设计内容（ 1）选择钢屋架的材料；（ 2）确定钢屋架的几何尺寸；（ 3）屋架及屋盖支撑的布置；（ 4）檩条的设计；（ 5）钢屋架的设计； （ 6）绘制钢屋架施工图。设计题目： 钢屋架设计资料：某厂房总长度90ml跨度根据不同的编号号从附表中取，屋盖体系可从以下所给的类型中选取。纵向柱距6m。1.结构形式 : 钢筋混凝土柱，三角形钢屋架。柱的混凝土强度等级为C3Q三角形屋面坡度i=1 : 2.5L为屋架跨度。地区计算温度高于-20七， 无侵蚀性介质，地震设防烈度为 8度，屋架下弦标高为18ml厂房内桥式

2、吊车为 2 台 150/30t （中级工作制） ，锻锤为 2 台 5t 。2 .屋架采用的钢材、焊条为：Q345钢，焊条为E50型。3 . 屋盖结构及荷载（2）有檩体系：采用型钢檩条，压型钢板作屋面板。标准值为0.58KN/m2荷载：屋架及支撑自重：按经验公式 q=0.12+0.011L , L为屋架跨度，以m为单位， q 为屋架及支撑自重，以KN/m2 为单位；基本风压为0.50 KN/m：雪荷载为0.3 KN/m2;保温层0.7KN/m2;积灰荷 载 1.3 KN/m 2设计内容:1 .屋架形式及几何尺寸确定2 .作屋盖结构及支撑的布置图；3 .选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要

3、求；4 .对钢屋架进行内力、杆件截面尺寸的计算；设计一个下弦节点、一 个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。5 .绘制钢屋架施工详图1、屋架尺寸2屋柒件件几何尺寸的计算根据所月厚百材料的择木需求及骋墩参数，柬用芬克式二角形尾柒*屋面坡度为工屋面使用 u.=arctj (1/3)=18 4554 如业才 3162 < 8sti=0 9487 W屋架计算跨度=1-300-1SOOO - 500=1770Qnmi屋架蹲中高度h- l)vi2=17700.(2 3)=2950mm上弦长度干间长度修329侯1555mla中间水平段拨多尺寸长度a' accso=l555><

4、;0 9487=1475mm根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示屋架几何尺寸见图2。图二：屋架几何尺寸(单位： mm2.楝条和支撑布置根据屋面材料的最大容许楝距，可将楝条布置于上弦节点上（见图2）,楝距为节间长度。在楝条的跨中设置一道拉条。根据厂房总长度60m,跨度为24有中级工作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，并在同一开间两根相邻屋架的腹杆间设置两道垂直支撑（在跨度1/3左右处各一道，见图 3）。上弦楝条可兼做系杆，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

5、（见图3）。3.3楝条的设计选用【12.6 槽钢截面，由型钢表查得，自重 12.32kg/m- 0.12 kN/m , WX=62.1 cm3, Wy =10.2 cm3,I x =391 cm4。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）压型钢板：0.58X 1.77=0.902 kN m楝条和拉条:0.12 kN m图2屋盖支撑布置gk =1.022 kN m可变荷载：（楝条受荷水平投影面积为1.77 X 6=9.33 m2 ,没有超过 60 m2 ,故屋面均布活荷载取0.5kN /m ,大于雪荷载，故不考虑雪荷载。）qk =0.5X1.77 cos =0.

6、5 X 1.77 X 0.9487=0.74 kN/ml-l图三屋面支撑布置（单位：mm）楝条均布荷载设计值:q= Ggk+ Qqk =1.2X 1.022+1.4 X 0.74=2.2624 kN/mqx=qcos =2.2624 X 0.9487=2.15 kN/mqy = q sin =2.2624 X 0.3162=0.72 kN/m2.强度验算弯矩设计值（见图 4）:图4弯矩图12 12-M x = -qxl = - x 2.15X 6 =9.675 kN ?m 88My= -qy（-）2= - x 0.72 x （-）2 = 0.81 kN ?m y 8 y 282（因为在楝条的垮

7、中设置了一道拉条）楝条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。MX My 12.5775 101.25775 10+=3=3XWnxyWny 1.05 62.1 101.2 10.2 10=89.24 N/mm2 Vf=215 N/mm23.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值：gk + qk =1.35366+0.99=2.34366 kN m(qk gk)y= (gk + qk) COS =2.34366X 0.9285 =2.176 kN/m33v 5 (gKqK)y 52.176 6000311= 一=34 -l 385 EIx 385 2.06 10 391 10473

8、80 150因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用【12.6槽钢楝条能满足要求。3.4屋架节点荷载计算1 .永久荷载(水平投影面)压型钢板0.58x2.127=1.23366 kN. m2楝条和拉条0.12 kN . m2屋架和支撑自重0.12+0.11L=0.12+0.01 1 X24=0.38 kN/m2保温层0.7kN.m2gk =2.43766 kN.' m22 .屋面活荷载屋面活荷载为0.5kN/m2。3 .风荷载风荷载高度变化系数为1.25,屋面迎风面的体型系数为0.328,背风面为0.5,所以负风压的设计值为（垂直于屋面）迎风面：1 = 1.4 X 1.25 X 0.328

9、 X 0.4=-0.23 kN/m2背风面：2 = 1.4 X 1.25 X 0.5 X 0.4=-0.35 kN/ m21和2均小于永久荷载（荷载分项系数取 1.0）垂直与屋面的分量 0.57X 0.9285=0.53 kN，m2 ,所以永久荷载与风荷载联合作用下不会使杆件的内力变号，故风荷载产生的内力的影响不予考虑。4 .屋架上弦在楝条处的集中荷载屋架上弦在楝条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为全跨永久+全跨可变（不包括风荷载）2q ggk qqk 1.2 2.43766 1.4 （0.5 1.3） 5.445kN / m2转化为点荷载为P=5.445x1.975x6=64.52

10、3kNm 3.5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。图五杆件内力图（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（kN ）上弦AB-14.81-955.585BC-13.66-881.384CD-14.07-907.

11、838DE-13.70-883.965EF-12.55-809.7636FG-12.95-835.57下弦AH+13.75+887.19HI+11.25+725.88IJ+7.50+438.92腹杆DI-2.79-180.019BH、CH-1.21-78.07EK、FK-1.21-78.07HD、DK+2.50+161.3IK+3.75+241.96KG+6.25+403.27GJ0.000注：负为受压，正为受拉弦杆端节间最大内力为955.585 kN,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8mm,支座节点板厚度为 10mm。1.上弦杆整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。Nm

12、ax = 955.585 kN , lox =212.7cm, 10y =2 L =2X 212.7=425.4cm。选用 2J180X14 组成的 T 形截 面，节点板厚为8mm查型钢表得A=2X 48.896=97.792 cm2, ix=5.56cm , iy=8.0cm1ox _ 212.7 厂 5.5638.255 V=150oy425.4=iy 853.75 v=150根据 max= y =53.75查表得 =0.842,则N 955.585 103=2A 0.842 97.79 102116.05N /mm2 < f =215 N/mm2故选择截面合适。2.下弦杆下弦杆也不

13、改变截面，按最大内力计算。Nmax =+887.19 kN ,屋架平面内的计算长度取最大节间IJ长度，即lox=497.6cm。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10y =1185cm。N所需截面面积为：A = f3887.19 102.5,一 241.26cm选用2J125X 80X 12短肢相连的T形截面,由型钢表查得A = An =23.4 X 2=46.8 cm2 , ix=2.24cm ,iy =6.08cmN 887.19 10An46.8 1023-=189.6 n/mm v f =215 N/mmlox 497.6x= 巫=22

14、2 v =350ix1.44L = 1185 =194.9 v =350iy 6.08故所选截面合适。ix=2.15cm, iy=3.2cm。3.腹杆(1) DI 杆Ndi =- 152.0829 kN ,lox =0.8 l =0.8 X 255.5=204.4cm , 10y = l =255.5cm2(2)(3)_ l 0x x =ix0y y= i y204.42.5255.53.295.07 <79.84 <=150=150根据 max= x =95.07,查表得 =0.588,贝U3N _ 152.0829 10A- 0.588 16.32 102158.48 N/mm

15、2v f =215 N/mm2所选截面合适。BH CH EK FK杆N=-78.07 kN , l =166.4cm选用匚 70X8 单角钢截面，A=10.667 cm2 , iyo=1.37cm,则lo=0.9l =0.9X 166.4=149.8cml0 149.8 =iyo9.37109=150由 =109,查表得 =0.499。单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为r =0.6+0.0015=0.6+0.001 5 X 109=0.76N 78.07 1032 上2=2- 146.67 N/mm < r f =0.76 x 215=164.15 N/mmA 0.499

16、 10.667 10故所选截面满足要求。HD DK杆N=161.3 kN , l =343.7cm选用匚 90X9 单角钢截面，A=15.566 cm2 , iyo=1.77cm,lo=0.9l =0.9X 343.7=309cmIo 309 =-=iyo 1.77174.58v=350选用 270X6, A=2X 8.16=16.32 cm ,单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折 减系数r =0.85 ,则3N 161.3 10-= 一 _ 2An 15.566 102 _ _ _ .22103.62 N/mm < r f =0.85X215=182.8 N/mm故所选择的截面合

17、适。(4) IK、KG杆两根杆件采用相同的截面,用按最大内力 N kg =403.27 kN 计算，lox= l =343.7cm , 10y =2 l0x =2X 343.7= 687.4cm2选用 2J70X7, A=2X 9.424=18.848 cm , ix=2.14cm, iy=3.2cm。l ox x =ix343.72.14160.6 <=350loy 687.4iy 3.2248 V=350N _ 403.27 103An - 18.84 102213.86 N/mm2 v f =215 N/mm2所选截面合适。(5) GJ 杆。N=0, l =474cm对有连接垂直支

18、撑的屋架WJ-2,采用2L56X4组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。lo=0.9l =0.9X474=426.6cm, iyo=2.18cml0426.6iy。- 2.18=195.7 v=200故满足要求。i yo =1.11cm。l0 426.6 iyo 1.11=384.3 v=400故满足要求。3.7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6)腹杆GK与节点板的连接焊缝，查表得ffw =160 N/mm2 (以下同)，取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为hf1=5mm和hf2=4mm,则杆端所需的焊缝长度分别为

19、对不连接垂直支撑的屋架 WJ 1,选用匚56X4单角钢，并按受拉支撑验算其长细比,肢背：l1 = lw1+10=3K1NGK067 403.27 1031 GK+10= + 10=251.2mm2 0.7 hf1ffw2 0.7 5 160故取 11 =255mm。图6屋脊节点(单位：mm)故肢尖:12= 1w2 +8=K2Ngk0.33 403.27 103+8=2 0.7 hf2 ffw 2 0.7 4 160+ 8=156.5mm取 12 =160mm。拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去 V=t+ hf+5=17mm ,取V=20mm ,并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊

20、接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为lwN4 0.7 hf ffw3835.57 104 0.7 5 160=373mm拼接角钢的总长度为1 =2 (lw+10) +d=2 (373+10) + 50=816mm上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载F/2,验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力 Ngk的15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用(偏心距e=65mm)。设肢尖焊缝焊脚尺寸 hf=5mm,节点板总长度为660mm,则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为lw= (660/2) / COS -20-10= (660/2) /0.9285 20 10=325mm焊缝应力为30.15N

21、_ 0.15 403.27 1032 0.7hflw- 2 0.7 5 325一一 一一 30.15 212.4 1032 0.7 5 325=26.6 N. mm262一 二31.9 N mm0.15Ne 6 _ 0.15 403.27 103 652 0.7hflW -2 0.7 5 325226 6 cco .o()(f) = '()(31.9) =38.6 N/mm < ff =160 N/mm1.22f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 7)图7下弦拼节点(单位：mm)屋架后夸度

22、24m超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点G和下弦节点I处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按IK和ID中最大内力N1K =61.5 kN计算。设肢背和肢尖的焊脚尺寸均取hf =4mm ,则杆端所需的焊缝长度分别为肢背:I1 = lw1 +8=2KM0.7 hf1ffw30.67 241.96 10+8=+8=188.9mm2 0.7 4 160故11取190mm。肢尖:l2 = lw2 +8="k2 0.7 hf2ffw30.33 241.96 10+8=+8=97mm2 0.7 4 160弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆内力Nih与NJ的内力差计算，因为内力差较小

23、，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+ hf+5=15mm。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lw=117mmAf _ 12.24 102 2154 0.7 hf ffw 一 4 0.7 5 160故 lw 取 120mm。拼接角钢所需总长度为l=2 (|w+10) +10=2 (120+10) +10=270mm3.上弦节点D （见图8）图8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8所示。上弦肢背塞焊缝承受楝条传来的集中荷载（节点荷载）F,取节点板缩进肢背 5mm,F

24、64.523 103.2hf =t / 2=4mm 贝U f = =13.6 N/mm <f 2 0.7hflw1.22 2 0.7 4 (700 8)0.8 hf =128 N mm2肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差为N = Ndc - Nde =-907.838-883.965=-23.87 kN 偏心距e=65mm,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。2.支座节点。（见图9）1匕 北5 b XI故 l2 取 335mm。图9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, G =10 N/mm2为便于施焊，取下弦轴线ce

25、至支座底板上表面的距离为160mm，并设置图3.10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hf1=6mm和hf2=4mm,则所需焊缝长度为肢背:l 二 l w1 +12=3k1NAH0.67 887.19 10w +12=2 0.7 hf ffw 2 0.7 6 16030.67 225.5 102 0.7 6 160+12=452mm故 1i 取 455mm。肢尖:l2 = lw2 +8=k2 Nah2 0.7 hf2 ffw330.33 887.19 10 0.33 225.5 10+8=+8=334.75mm2 0.7 4 1602 0.7 4 160上弦杆端与节

26、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=6F=6X 64.523=387.138 kN支座底板尺寸取 axb=250mmx 250mm采用M22锚栓，并用图示 U形缺口。柱顶混凝土的压 应力为387.13 103f =f 0.7hflw 1.22 0.7 6 860=87.85 N/mm2v ffw =160 N/mm2底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算。支座节点板和加劲肋将支座底板分成四块，每块 板均为两相邻边固定支撑而另两相邻边自由的板。两支撑边之间的对角线长度为a1 = . (125 一)2 (125 )2 =170mm两支撑边之间的

27、交点到对角线的垂直距离为bi = a1 /2=85mm灯/ a=85/ 170=0.5 ,查表得 =0.058,则2M= qa1 =0.058x 1.79 x 170 x 170=3000.4 Ngmm底板所需厚度(f按厚度t在1640范围取值)：t= 6M =9.4mmf故取t=20mm(2)加劲肋与节点板的连接焊缝图10加劲肋的计算简图(单位：mm)加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似, 屋架支座反力的1/4,即如图10所示。假定一块加劲肋的受力为V=R/4= 94.8 =24.6 kN4M=Ve =12.50.5CM224.6 =147.6 kN加劲肋厚度采用10mm焊脚尺寸hfW 6mm,焊缝计算长度为lw=180-15X 2=138mm则焊缝应力为:f= ( 6M 2)2( V )2J f 2 0.7hflw2 0.7hflwR f 0.7hflw一一 _ 398,4 1031.22 0.7 0.6 860=22.3 N/mm2 vffw=160 N, mm2故满足要求。其余各节点的计算过程从略。参考资料（ 1） 钢结构设计规范 （GB500172003 ） 。（ 2） 建筑结构荷载规范 （ GB500092001 ）