21米三角形钢屋架设计

一、

钢屋架课设计计算说书屋架杆几何尺寸的算根据所用屋面材料的排水要求及跨度参数采用芬克式三角形屋架屋面坡度i

，屋面倾角arctg

，cos

0.9285

。屋架计算跨度：屋架跨中高度：上弦长度：节间长度：

ll300210002070020700/Ll/11147mma6mm节间水平段投影尺寸长度：

'

a

根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如下图所示。图1屋架形式及几何尺寸二、

屋架支布置1.屋架支撑在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。因为屋架是有檩屋架为了与其他支撑相协调在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。（3）根据厂房长度为跨度为，有中级工作制软钩桥式吊车等因素在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑及垂直支撑，如下图所示。图2屋盖支撑布置2.檩条设计根据屋面材料的最大容许檩距可将檩条布置育上弦节点上檩条间距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。见图。选用[20a槽钢截面，由型钢表可查得，自/0.23/

，178cm3

24.2cm

I

。（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）xyxxxyxx板荷载：檩条和拉条：

0.25kN/m0.23/m

1.858/mmkN/kN/m可变荷载檩条受荷水平投影面积为.85814.86

，

未超

，故屋面均布活荷载/m，大于雪荷载，故不考虑雪荷载1.8580.929kN/m檩条均布荷载设计值：q

G

gK

Q

q1.20.6950.9292.135Ksin（2）强度验算弯矩设计值（见图

2.135kN/m0.92851.9821X方向Mql8

kN1Y方向：Ml0.7931.586kN在跨中设置了一道拉条）8檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处：

M

M

661.0517831.2139满足要求。

KK图3弯矩计算图（2）刚度验算只需验算垂直于屋面方向的挠度即可。荷载标准值：g/mK

K

0.92851.508/m5l384EI

51.50880003113842.0617804365150因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用20a能满足要求。三、屋架力算1.屋架节点荷计算永久荷载（水平投影面屋面板：

0.25cos/0.9285/

檩条和拉条：

0.23/

'

0.230.13kN/m

屋架和支撑自重：

0.0110.0110.130.35kN/m

屋面活荷载（因活荷载大于雪荷载，故不考虑雪荷载0.5

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F0.522.08kN2.屋架杆件力算芬克式三角形桁架在半跨活荷载作用下腹杆力不变号故只按全跨活荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件力。这里采用清华大学研发的结构力学求解器进行求解计算。计算结果如下图。图4杆件力图（单位：kN）四、

屋架杆设计在设计屋架杆件截面前，首先要确定所选节点板的厚度。在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大力有关。根据弦杆最大

max

326.56kN

,查《钢结构设计及实用计算》P83页表5-1单壁式桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为12mm其它节点板厚为10mm。1.上弦杆整个上弦杆采用等截面通长杆由两个角钢组成T形截面压弯构件以避免采用不同截面时的杆件拼接。弯矩作用平面的计算长度：

l1858mmox侧向无支撑长度：

l1858mm3716mm首先试选上弦截面为∟100×10节点板厚10mm，查《钢结构》得其主要参数：Acm2i

i。如下所示。图5上弦截面l185.8ox61iy

liy

371.6根

82，查表可

0.675，故326.5630.67535.82

2

/

2

f

2选择截面合适。2.下弦杆下弦杆也不改变截面，按最大力计算N度取最大节间IJ长度，即：。l434.6cml22869.2

73.58kN

，屋架平面的计算长选用

2

∟56×4的角钢截面相关参数为A22i1.73cm

，icm。如下所示。图6下弦截面l434.6ox350i1.73y

liy

2.52

345

73.5838.78

2f选择截面合适。3.腹杆（1）DI杆

DI

llcm

lcm选用∟50×4，其截面相关参数A3.97.8

，i1.54cm

，i2.35cm。

l178.4i1.54y

liy

223952.35根max

，查表可x

0.458，故

61.6230.458

2

172N/

2

N/mm

2所选截面合适。（2）BH、CH、EK、FK杆26.89kNl选用∟70×6单角钢截面，其截面相关参数A8.16cmil0.9l0.9cml130.6o95150i1.380

y0

。

132，查表可

0.588。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

0.00150.001513226.8930.378

2

N/

2

r

f0.743215N

2故所选截面满足要求。（3）HD、DK杆kNl300.2cm选用∟50×4单角钢截面，其截面相关参数A3.9

i0.99。ll300.2cml350i0单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折减系数取，则N55.453.92

142N/mm

r

f0.85215N/mm

所选截面合适。（4）IK、KG杆两根杆件采用相同截面，并按最大N128.18kN计l300.2oxl300.2600.4cmoyox

，选用

2

∟50×4截面相关参数3.9cm2iil300.2oxiy

liy

2563502.35

N128.183

mm2fN/mm2故所选截面满足要求。（5）GJ杆l414。对于有连接垂直支撑的屋架采用压支撑验算其长细比。

2

∟50×6组成的十字形截面并按受i

y0

ll372.6

lo171i0N/N/mm故满足要求。对于无连接垂直支撑的屋架，采用∟50×4单角钢，并按受压支撑验算其长细比。l372.6400i故满足要求。屋架各杆件截面选择情况列于下表。杆件名称

选用截面

力设计值（）

杆件受力类型

容许长细比

计算应力

杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（）

填板（每节间）上弦

、CD、EF、

∟100×10

326.56

压杆

150

—

1下

、

4-80弦

2

∟56×4

73.58

拉杆

35084

2杆

4-804-50DI2

∟50×4

61.62

压杆

150172

24-50腹杆

、EK、

∟70×6

26.89

压杆

15056

4-504-505-80HD、

∟50×4

55.45

拉杆

3501424-50GJ

0压）

压杆

200

—

4-507

0拉）

拉杆

4004-505-80IK2

∟50×4

128.18

拉杆

350164

24-50五、

节点设本题选择几个有代表性的要的节点进行计算节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。1.屋脊节点腹杆GK与节点板的连接焊缝，查表得'/2以下同取肢背和w肢尖的焊角尺寸分别hmmf

f2

mm杆端所需的焊缝长度腐分别为肢背lw1

KGK20.7f

2

l901肢尖l

w

K2f2

0.332160

l60mm2图7屋脊节点拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去V16取V=20mm并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。f拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为l

N3149.54fw4flw拼接角钢的总长度为lmmw上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载／2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆力的N

GK

15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心距e=65mm肢尖焊缝焊脚尺，节点板总长度660mm，则f节点一侧弦杆焊缝的计算长度为l2

mm焊缝应力为：

0.15278.4220.7hl222w

N/

f

Ne0.15320.7hl22325fw

29N/mm

2f

f

2

232.5mmwN/f

2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.下弦拼接节图8下弦拼节点屋架跨度21m超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点和下弦节点H处设置工地拼接杆杆端与节点板的焊缝连接按和IK中最大力

IK

82.27kN计算。肢尖的焊角尺寸分别hmmf

f2

mm杆端所需的焊缝长度腐分别为肢背lw1

KN2f

0.672

mml601肢尖l

w

K2f

82.2732

l40mm2弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆力N与的力差计算，因为力差较小，IHIJ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，竖肢切按拼接焊缝与杆件等强度原则，f接头一侧所需的焊缝计算长度为l

4f

f

40.7160

204mmlw拼接角钢的总长度为lmmw3.上弦拼接节D取肢背和肢尖的焊角尺寸分别hmmf长度腐分别为

f2

mm杆端所需的焊缝肢背lw1

KN2f

0.672

mml60肢尖l2w

KN2GK2ff

wf

82.272

mml40图9上弦节点D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所示。上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷节点荷载节点板缩进肢背5mm，/2mm，则f

F0.7hlffw

22.0830.7hN/f

肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的力差极小，偏心距，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.支座节点屋架支撑与钢筋混凝土柱上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hmmhf

f2

mm则所需焊缝长度为：肢背lw1

KAH2f1

0.6773.5832

l50mm肢尖l2

2

KN22ff

wf

0.3373.5832

l40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。图10支座节点（1）支座底板计算支座反力为：F132.48kN支座底板尺寸a250mm采用M22锚栓并用U形缺口柱顶混凝土的压应力为：

h

l

30.7

/fwmm

底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算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

170两支撑边之间的交点到对角线的垂直距离为a/285b/a0.5，查表得11

，则M23000.4N1底板所需厚度为（f按厚度t在16~40取值）t

6Mf

mmt（2）加劲肋与节点板的连接焊缝图11加劲肋计算简图加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如图所示。假定一块加劲肋的受力为屋架支座反力