三角形钢屋架课程设计

1、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 /m 20mm 厚矿渣棉板保温层（自重 0.065 /m 20m，23厂房长度 72m。基本风压 0.45 /m ，雪荷载为 0.40 /m 。屋架两端支撑于截面为 400mm223、屋架及屋盖支撑的尺寸4、檩条的设计四、 参考资料1GB5001720022GB500092001320014GB5006820015T5010120016GB/T500839771988。82002。三角形钢屋架课程设计计算书一、 屋架尺

2、寸和檩条、支撑布置1、屋架尺寸屋架计算跨度：l l 300 30000 300 29700mm0屋面高度： h=4740mm上弦长度： /(2 L12762节间长度：a 2127mm61屋面倾角： acrtan 21.802.5节间水平投影长度：a acos 21270.92851975mm屋架几何尺寸见图 2。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（见图 2在檩条的跨中布置一道拉条。72 4366104742753544533 16150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 5.5m 等因素，可在厂房两端的第二开间设置一道上

3、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一道垂直支撑（在跨中，见图 3上弦檩条可兼作系杆，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、 檩条设计选用12.6 槽钢截面，由型钢表查得，自重 12.32kg/m 0.12kN /m ，W 62.1cm ，3xW cm3I4，。yx1、荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）压型钢板：20.122.127 0.52kN/m0.12kN/m檩条和拉条：永久荷载标准值：g 0.70kN /mk 2.1276 12.76m ，未超过60m ，故屋面均

4、布活荷22载取0.5 /m 2q 0.52.127cos 0.52.1270.9285 0.99kN /mk檩条均布荷载设计值：kN m1.2 0.701.4 0.99 2.23 /q gq GKQKq qcos 2.23 0.9285 2.07 / kN mxq qsin 2.23 0.3714 0.83 / kN my2、强度验算弯矩设计值（见图 411M q l 2.0769.32kN m2288xx1l16M q ( ) 0.83( ) kN m228282yy（因此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。MMyxxnxyny33 219N /mm

5、f 215N /mm223、刚度验算g q 2.02 /mKK(g q ) (g q )cosKKyGG 2.020.92851.88kN/mv53KKyl 51.886000311 2.06 391 3420.12/0.26 /m20.12/1.9750.06 /m2g 0.70kN /m2k23、风荷载风荷载高度变化系数为 1.250.3280.5，所以负风迎风面： 1.41.250.3280.3 0.17kN /m21背风面： 1.41.250.50.3 0.26kN /m22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120.

6、570.9285 /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 0.701.461.97518.2四、 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，可直接由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

7、应杆件的内力。见表 1杆件名称杆件内力系数内力设计值下弦五、 杆件截面选择弦杆端节间最大内力为269.6kN,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。N 269.6kN ，即l 212.7cm。0 x选用 2907 短肢相连的 T形截面，由型钢表查得A A 212.3 24.6cm ，i 2.78cm，i 4.0cm2nxyN 269.6103109.5N /mm f 215N /mm22A24.6102nl212.7 0 xixyxl425.44.0106.4 3500yiy故所选截面合适。2、腹杆（1） DI杆。N 50.8，l 0.8l 0

8、.8255.5 204.4cm，l l 255.5cmDI0 x0y选用 2504，A 23.9 ，i 1.54cm，i 2.35cm。2xy204.4l0 x ixxl255.52.35108.7 1500yiyy根据 133查表得 ，则xN50.83173.7N / f N /227.82A所选截面合适。（2） 、CH、FK杆。N 21.9kN ，l 166.4cm选用564 单角钢截面，A ，i cm，则2y0l 0.9l 0.9166.4 149.8cm0149.81.11l0 135 150iy0由 135查表得 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数为 0.

9、6 0.6 rN16.03N /N / f 22A 2r故所选截面满足要求。（3） 、DK杆N 45.5kN ，l 343.7cm选用454 单角钢截面，A ，i 0.89cm，则2y0l 0.9l 0.9343.7 309cm0309l0 342.7 350i0.99y0单角钢单面连接计算构件强度时强度设计值折减系数 0.85，则rN 45.5103130.4 /N mm20.85 215 182.8 /N mm f 23.49102Arn故所选截面满足要求。（4） 、KG杆两根杆件采用相同截面，并按最大内力 N 113.8kN 计算， l l 343.7cm ，0 xl l 2343.7

10、687.4cm。0y0 x选用 2454，A 2 cm2，i 1.38cm，i 2.16cm，则xy343.7l0 x 249.1 ixyxl687.42.16318.2 3500yiyN 113.8103163N /mm f 215N /mm226.98102An故所选截面满足要求。（5） GJ 杆。N 0， 474 。l cm对有连接垂直支撑的屋架 WJ2，采用 24 组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。i 2.18cm l 0.9l 0.9440 396cm，y00396l0 181.7 200i2.18y0故满足要求。对不连接垂直支撑的屋架 WJ1，选用564 单角钢，并按受拉支

11、撑验算其长细比，i cmy0。396l0 356.8 400i1.11y0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填板数(每节间)(N/mm)xy)BC、4254 290624.60.51516-1504-8012.263225054-504-504-504-505-804-505-804-504-504-504-504-50DI-50.8-21.925551498309068744266426625045644542454256625667.8压杆压杆拉杆拉杆压杆拉杆1501503503502004000.3750.346173.71444.393.496.98

12、8.784.3920 (压)0 (拉)42664266 =384.3六、 节点设计1、屋脊节点（见图 6）腹杆 GK f 160N/ w2f寸分别为h 5mm和h 4mm，则杆端所需的焊缝长度分别为f1f 20.67102.5320.75K N1肢背：l l 1010 故取l 80。GK20.7h f111wf1f102.510320.74K N2肢尖： l l88 8 取l 50GK20.7h f22w2wf 2fV t h 5 755 17mm，取fV 20mm，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N235.71040.751603l w105mm40.

13、7h fwff拼接角钢的总长度为l 2(l 10)d 10)50 280mmw上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载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寸h =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f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l (660/2)/cos 2010 (660/2)/0.92852010 325mmw焊缝应力为0.15N0.15235.710320.7532515.5N /mm220.7h lf

14、f w0.15Ne60.15235.710 6318.6N /mm220.7h l20.753252f2f w15.5( ) ) () 18.6 21.9N / f N /f222222wfff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，故可按构造进行满焊，不必计算。2、下弦拼接节点（见图 7）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 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N 计算。IK设肢背和肢尖的焊角尺寸均取h 4mm，则杆端所需的焊缝长度分别为f0.6768.3320.74K N1肢背：l

15、 l 88 8 8 故取l 60。IK20.7h f111wf1f0.3368.3320.74K N2肢尖：l l 8833.2取l 50IK20.7h f2w22wf 2f弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆内力N 和N 的内力差NNIHIJ焊缝即可满足要求，不作计算。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 h 5 555 15mm。f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Af12.2410 2152l w117mm故l 取 120mm.40.7h f40.75160wwff拼接角钢所需总长度为l 2(l 10)10 10)10 270mmw3、上弦节点 （见

16、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檩条传来的集中荷载（节点荷载）F，取节点板缩进肢背5mm,h t/2 8/2 4mm,则fF 2 0.7 h lfff w18.231.2220.74(7003.8N/ f 128N/2w2f肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差：N= 256.1249.4 6.7kNNN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）屋架支承于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级C20，f 10N /mm ，为便于施焊，取下弦2轴线至支座底板上表面的距离为 160

17、mm,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h 5mm和h 4mm ，则所需焊缝长度为f1f 20.67250.3320.75K N1肢背：l l 1212 8 137892mm故取l 110。AH20.7h f111wf1f0.33250.310320.74160K N2肢尖：l l 8取l 100AH20.7h f2w22wf 2f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 6F 618.2 109.2kN支座底板尺寸取ab 250mm250mm,采用 M22 锚栓，并用图示 U 形缺口。柱

18、顶混凝土的压应力为R 109.2103N /mm f 10N /mm222502Afcen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为四块，每块底板均为两相邻边固定支承而另两相邻边自由的板。两支承边之间的对角线长度为 ) ) a12222两支承边的交点到对角线的垂直长度为b a /285，b /a 85/170 0.5，查表得 0.058，则1111M qa 2 0.0581.791702 3000.4N mm1底板所需厚度（ 按厚度t在16 40f6M63000t 9.4mm故取t 20mm。f205（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝。905图101/4，即1551 09109.24R kNM V412.50.5M Ve 24.6163.8kN2V0加劲肋厚度采用 10mm，焊脚尺寸h 取 6mm，焊缝591f15计算长度为l 18015