三角形钢屋架课程设计

1、三角形钢屋架课程设计三角形钢屋架课程设计任务书一、设计题目设计某市郊区某机械加工单层单跨厂房的三角形钢屋架图。二、设计资料某机械加工厂房，三角形（芬克式）屋架跨度30m,间距6m,设有两台工作级别A4 的软钩吊车，建筑平面示意如图1所示，屋面材料采用上、下两层多波形压型钢板（自重0.12 kN/m2 ）,中间用20mm厚矿渣棉板保温层（自重0.065）,屋面离地面高度约为20m,丿房长度72m o基本风压0.45 kN/in2,雪荷载为OAOkN/m2 o屋架两端支撑于截面为400mm X400mm的钢筋混凝土柱上，柱混凝土等级为C20。rr1nlg丿L450012X6000,三、设计内容1、

2、选择钢屋架的材料。2、确定钢屋架的儿何尺寸。3、屋架及屋盖支撑的尺寸4、樟条的设计5、钢屋架设计6、绘制钢屋架施工图四、参考资料1、钢结构设计规范(GB500172002)o2、建筑结构荷载规范(GB500092001)。3、建筑抗震设计规范(GB500112001)o4、建筑结构可靠度设计统一标准(GB500682001)。5、建筑结构制图标准(GBT501012001)。6、建筑结构设计术语和符号标准(GB/T5008397)。7、钢结构设计手册，罗邦富等，中国建筑工业出版社，1988。8、钢结构(第二版)，魏明钟主编，武汉理工大学出版社，2002。三角形钢屋架课程设计计算书一、屋架尺寸和

3、標条、支撑布置1、屋架尺寸屋架计算跨度：/()=/-300 = 30000 - 300 = 29700 mm屋面高度:h=4740mm上弦长度：L = 23700/(2 x 0.9285) = 11276加血节间长度：空里=2127mm6屋面倾角:a = acrtan = 21.82.5节间水平投影长度：a = a,cQsa = 2127x0.9285 = 1975/屋架儿何尺寸见图2。2、標条和支撑布置根据屋面材料的最大容许標距，可将標条布置于上弦节点上(见图2),標距为节间长度。在標条的跨中布置一道拉条。根据厂房总长度72mm,跨度24mm,有中级工作制吊车及第一开间尺寸55m等因素，可

4、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，并在同一开间两棍相 邻屋架的腹杆间设置一道垂直支撑（在跨中，见图3）。上弦標条可兼作系杆，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三道刚性系杆（见图3）。二、標条设计选用12.6槽钢截面,由型钢表查得，自重12.32kg加0.12kN/m , Wr=62Acm3 fWv = 10.2c 亦 I x =391 cm49O1、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：2x0.12x2.127 = 0.5 次 Mm楝条和拉条：0A2kN/m永久荷载标准值

5、：gk = 0.10 kN/m可变荷载：（標条受荷水平投影面积为2.127x6 = 12.76/n2,未超过60，故屋面均布活荷载取0.5kN/m2,大于雪荷载，故不考虑雪荷载。）c/k =0.5x2.127 cosz = 0.5 x 2.127 x 0.9285 =0旳kN/ m梯条均布荷载设计值：q =儿8 k + YqQ k = 1 2x0.70+1.4x0.99 = 2.23kN/mqx = qcosa = 2.23x0.9285 = 2.07kN/inqy = qsna = 2.23 x 0.3714 = 0.83kN/m2、强度验算弯矩设计值（见图4）：=-x2.07x62 =93

6、2kNm8 8Mv =_爲、（丄）2 =ixO.83x（-）2 =-0.93-/w8 2 8 2（因此在標条的跨中设置了一道拉条）標条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。M ,十叽儿W”t yyWny9.32 xlO60.93 xlO3=r Hr1.05x62.lxlO3 1.2xlO.2xlO3= 29N/mm2)f =25N/nun2相差不大，可忽略不计3、刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值：gK +qK =1.03 + 0.99 = 2.02kN/m(Sk +k)v =(gG +%)cosa= 2.02x0.9285 =1.8 弘 TV/v _ 5 (gK +Qki3

7、X/384El51.88x6000311（b）图4弯矩图因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用12.6槽钢標条能满足要求。384 2.06 x IO3 x 391 x 104183150三、屋架节点荷载计算2x0.12/0.9285 = 0.26kN/m21、永久荷载（水平投影面）压型钢板：橈条和拉条:0.12/1.975 = O.O6Jl2V/m2屋架和支撑自重:0.12 + 0.011L = 0.12+0.011 x 24 = 0.3SkN/ m2水平投影面永久荷载标准值：gR = O.lOkN/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

8、面得体型系数为一0.328,背风面为一05,所以负风 压的设计值（垂直于屋面）为迎风面： = -1.4x 1.25 x 0328 x 0.3 = -0.17kN/m2背风面： = -1.4 x 1.25 x 0.5 x 0.3 = -0.26kN/in2J和均小于永久荷载(荷载分项系数取1.0 )垂直于屋面的分量 0.57x0.9285 = 0.53RN/莎，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、屋架上弦在樟条处的集中荷载屋架上弦在梯条处的集中荷载设计值山可变荷载效应控制的组合为F = (1.2x 0.70 + 1.4x 0.5) x6xl

9、 .975 = 1 &2kN四、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，故只须按 全跨永久荷载与全跨活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。此屋架为标准屋架，可直接山建筑结构静力 计算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。见表1屋架杆件内力计算表杆件爼称杆件内力系数内力设计值/kN上眩AB-14.81269.6BC13.66一 24&6CD-14.07-256.1DE-13.70-249.4EF-12.55-2

10、28.4FG-12.95-235.7下弦AH+13.75+2503HI+1125+204.8IJ腹杆DIBH.CHEK,FKHDDKIKKGGI+7.50+136.5-2.79-50.8-1.21-21.9-1.21-21.9+2.50+45.5+3.75+6&3+6.25+113.80.000五、杆件截而选择弦杆端节间最大内力为-269.6kNjl|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、上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算。心次=+2696川，即/Ot =212.7c/no选用21_90X7短肢相连的T形截面，山型钢表查得A = An

11、 = 2x 12.3 = 24.6cm2, ix = 2.78cm , iy = 4.0cmN269.6 xlO3X 24.6X102212.7ix 2.78=77 A = 350=109.5/V/也v / = 25N/mm2L 475 4=f=iF=I06-4w=350故所选截面合适。2、腹杆(1) DI 杆。Nm = 508kN /Or = 0.8/ = 0.8 x 255.5 = 204 Ac/n , /Ov = / = 255.5cm选用 2L50X4, A = 2x3.9 = 7.8cm2, ix = 1.54cm, iy = 2.35cm /4几x =竺=-=133 2 = 150

12、 G1.54A =匚=10&7 A = 150v i、2.35根据 max = At = 133 查表得(p = 0.375,则=113.7N/mm2 f = 215N/mm2N _50.8x104 0.375 x7.8xl02所选截面合适。(2) BH、CH、EK、FK 杆。N = 4.9kN, / = 166.4c？选用l_56X4单角钢截面，4 = 4.39S“.lie加，则/() = 0.9/ = 0.9 x 166.4 = 149 .Scm2 = - = 135 2 = 150v0 Mlill A =135 查表得(p = 0.3455。单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系

13、数为yr = 0.6 + 0.0015 2 = 0.6 + 0.0015 x 135 = 0.80= 144 N / nun2 = 0.80 x 215 = 172/mm2 (p0.3455 x 4.39xl02故所选截面满足要求。(3) HD、DK 杆N =+45.5册，/= 343.7c加选用l_45X4 单角钢截面，A = 3.49c/n2, /v0 = 0.89cw ,则/() = 0.9/ = 0.9 x 343.7 = 309 cw几= = 342.7 Z = 350vo 0.99单角钢单面连接计算构件强度时强度设计值折减系数/r=0.85 ,贝IJr = = Xi。、= 130.

14、4N/mm2 /rf= 0.85x215 = l82.8?/nun13.49xl02故所选截面满足要求。(4) IK、KG两根杆件釆用相同截面，并按最大内力N昵=+1138 N计算，/Ov =1 = 343.7 cm , /Ov = 2/Ox = 2 x 343.7 = 687 Acm。选用 21_45X4, A = 2x349 = 69&，ix=.3Scm9 iy=2A6cm 9 则/343 7人十甘2490zv =位=空1 = 31 &2锐=350 iy 2.16N _ 113.8x10X 6.98x102= 63N/mm2 f = 215N/mm2故所选截面满足要求。(5) GJ 杆。对

15、有连接垂直支撑的屋架WJ-2,采用2L56X4组成十字形截面，并按受压支撑验算其 长细比。iyo = 2.18c/0 = 0.9/ = 0.9 x 440 = 396 cm宀&探皿7小2。故满足要求。对不连接垂直支撑的屋架WJ-1,选用j56X4单角钢，并按受拉支撑验算其长细比,iyQ = 1.11 cm兄七罟沁“冲。故满足要求。屋架各杆件截面选择情况列于表2。表2屋架杆件截面选择表杆 件 名 称杆件編号内力 设计 值N （kN）计算长度（mm）选用截面截面 面积A（cm2）杆件受力类空长细比容许长细比0min计算应力0(N/mm2)杆件端部 的角钢肢 背和肢尖 焊缝伽n）填板 数（每 节间）

16、Lx4九r上弦ABsBCs CD. DE. EF、FG-269.6212742542L90X624.6压杆7. 5106.41500.515197.01下弦AFL HLIJ250.3497611852L.75X50X512.26拉杆346322350204.26-1504-802腹杆DI-50.8204425552L50X47.8压杆13310&71500.375173.74-504-509BHXHsEK、FK-21.914981498-56X4439压杆1351500.3461444-504-50HD. DK+45.430903090L 45X43.49拉杆347.2350130.45-80

17、4-50IK、GK+ 113.8343768742L45X46.98拉杆24931&9*03501635-804-50GJ0（压）426642662L56X6&78压杆入 to=195. 72004-504-5070（拉）426642662L56X6439拉杆X沪384.34004-504-50六、节点设计1、屋脊节点（见图6）腹杆GK与节点板的连接焊缝，查表得f；=60N/mm2 （以下同），取肢背和肢尖的焊角尺寸分别为你=5mm和/=4加,则杆端所需的焊缝长度分别为肢背：/. =/t - +10 =+ 10=卩“ （）- / _ + |Q = 71.3”川 |牧取I = 80“ o*2x0

18、.7x/1/72x0.7x5x160肢尖：/2=/血+8 =K0gk2x0.7 “ 2O33x 102.5x102x0.7 x4x 160+ 8 = 45.8“取人=50 nun拼接角钢釆用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去V=f +無+5 = 7 + 5 + 5 = 17“取235.7x10V = 20/h,h,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IV=105mm4x0.7x/?z/74x0.7x5x160拼接角钢的总长度为I = 2(1 w +10) + d = 2(105 + 10) + 50 = 280 m/n上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷

19、载F/2。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内 力N的15%计算，且考虑由此力产生的偏心弯矩作用（偏心距e=54mm）o设肢尖焊缝焊角尺 寸hf =5mm,节点板总长度为660mm.（根据上述腹杆与节点板的焊缝连接长度，并考虑杆件间应 留的空隙等，按比例绘出节点大样图，从而确定节点板尺寸），则节点一侧弦杆焊缝的计算长度 为人=（660 / 2） / cos a - 20 -10 = （660 / 2）/ 0.9285 - 20-10 = 325 nun焊缝应力为_0.15NTf 2x0.7%= 0.15x235.7xl05.5f2x0.7x5x32505Ne x 62x0.7x/?;/m2_ 0

20、.15 x 235.7 x 10 x 62x0.7x5x325= S.6N / mm11(-)2+(rz)2 = (122)2+18.62 =2.9N/mm2 +8 = + 8 =+ 8 = 33.2mm 取人=50mm2 1122x0.7x/i/2/72 x 0.7 x 4x160-弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆内力N/和N”的内力差A7V讣算，因M较小，按构造布置 焊缝即可满足要求，不作计算。拼接角钢釆用与下弦杆相同截面，肢背处削棱，竖肢切去V=/ + %+5 = 5 + 5 + 5 = 15。按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧每条焊缝所需的计算长度为故/片取120mm.12.24x102

21、 x2154xO.7Azy；=11 linm4x0.7x5x160拼接角钢所需总长度为I = 2(1 w +10) + 10 = 2(120 +10) + 10 = 270呦3、上弦节点D (见图8)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標条传来的集中荷载(节点荷载)F,取节点板缩进肢背 5mm,hf =2 = 8/2 = 4mm，则_F5 J3fx2x0.1hflw_18.2xl031.22x2x0.7x4x(700-8)= 3.8N/mm2 0.8/； = 0.8 x 160 = 128/V肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差：A/V = Noc

22、- Nde = -256+ 249.4 = -6.7/c/V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。4、支座节点(见图9)+2G9.GKNJ ：P5 1I僭|.137 I?00 )I 11I11-1屋架支承于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20,几= 10N/肿，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hf = 5mm和/=4山，则所需焊缝长度为肢背册拆+鸚鼎+呦故取厶=110劝o+ 8 = 92mm取仃=100 mm肢尖：？2=人2KN”2x0.7x/?r2/；v033x2503xl02x0.7x4x 160上弦杆端与节点板的焊缝，山于焊缝长度较大，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&2 = 109.2&V支座底板尺寸取axb = 250,11111x2511採用M2