18m跨度轻型屋面三角形钢屋架设计说明书

-1-轻型屋面三角形钢屋架设计说明书学生：王岩指导教师：付建科（三峡大学机械与材料学院）1设计样式及屋架形式与材料设计一位于杭州市郊的单跨封闭式屋架结构，单跨屋架结构总长度为36m，柱距为4m，跨度为l=18m，屋面材料为波形石棉瓦，规格：1820×725×8.其他主要参数：坡度i=1：3，恒载为0.6KN/m2,活载为0.3KN/m2，屋架支撑在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高为6m，钢材标号：Q235-B.F，其设计强度为f=215KN/m2,焊条采用E43型，手工焊接，荷载分项系数去：γG=1.2,γQ=1.4.2屋架形式及几何尺寸根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架。屋架坡度为1：3，屋面倾角1arctan18.43。sin0.3162,cos0.9487屋架计算跨度：mmll177003000.屋架跨中高度：mmlh295060上弦长度：mmlL9329cos20节间长度：mmLa15556.节间水平方向尺寸长度：mmaa1475cos'.根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示。-2-图1杆件的几何尺寸3屋盖支撑设计3.1屋架的支撑（如图1所示）⑴在房屋两侧第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。⑵在屋架的下弦节点2处设置一通长柔性水平系杆。图2屋架的支撑-3-3.2屋面檩条及其支撑波形石棉瓦长为1820mm，要求搭接长度≥150mm，且每张瓦至少需要有三个支撑点，因此，最大檩条间距为：max182015083531pamm.半跨屋面所需檩条条数为：2.121835Lnp根。考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，实际取半跨屋面檩条数为:pn=14根，檩条间距mmLap77712＜maxpa.可以满足要求。檩条水平间距：mmaapp738cos'.檩条选用槽钢[8，查表得相关数据：33479.5;3.25;101cmWcmWcmIyxx。⑴荷载计算恒载：0.6KN/m2,活载：0.3KN/m2.檩条截面受力图如图3所示。檩条线载荷为：Pk=(0.3+0.6)×0.738=0.6525KN/mP=(1.2×0.6+1.4×0.3)×0.738=0.84KN/mPx=P×sinα=0.84×0.3162=0.266KN/mPy=P×cosα=0.84×0.9487=0.798KN/m-4-图3檩条截面力系图⑵强度验算檩条支撑如图4所示。柱间距为S=4m，所以弯矩设计值为：mKNSPMyx60.182mKNSPMxy13.0322屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算整体稳定性,只需计算其强度。檩条的最大应力处：22＜215N/mm/845.79×05.1133.025.3×05.160.1mmNWMWMyyyxxX-5-檩条y方向：82pSM檩条x方向：322pSM图4⑶刚度验算在沿屋面方向有拉杆，可只验算垂直于屋面方向的绕度。绕度：26.6mm150S＜9.9101×10×2064×0.9487×0.6525×3845EIcosp×384534x4kmmSvy4屋架的内力计算4.1杆件的轴力60hln;为求杆件轴力，把节间荷载转化为节点荷载p：p=（1.2×0.6+1.4×0.3）×1.475×4=6.73KN按课题要求，根据建筑结构静力计算手册查的内力系数和计算内力如表1所示。‘对十二节间芬克式屋架外特征：1、上弦节间等长；2、下列杆件间夹角相等：1～18，3～12，4～13，6～15，如图5所示。图5杆件内力图-6-表1杆件内力系数及内力值全垮屋面荷载P的内力系数杆件通式n值61114N-17.39223110812nN-16.1332338412nN-16.7642336012nN-16.4452313612nN-15.1862331212nN-15.817，8，10，116nMN-1.3493nN-2.8512，132n3.001434n4.501554n7.5016114n16.501794n13.501832n9.001900;32.6;6,42NnnN杆件内力=表中系数p。如下所示：各杆件的轴力为：(单位为KN);55.1086.73×13.16;03.1176.73×39.1721NNFF-7-;64.1106.73×44.16;79.1126.73×76.1643NNFF-106.40;6.73×81.15;16.1026.73×18.1565NNFF;18.196.73×85.2;02.96.73×34.19111087NNNNNFFFFF;29.306.73×5.4F20.19;6.73×3N141312NNFF111.05;6.73×5.16;475.506.73×5.71615NNFF;57.606.73×0.9;86.906.73×5.131817NNFF.190NF.38.406PRA4.2上弦杆弯矩屋架上弦杆在节间荷载作用下的弯矩,可如下计算:上弦杆端节间的最大正弯矩：M1=0.8M0；其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩为:M2=±0.6M0；上弦杆集中荷载：P′=(1.2×0.6+1.4×0.3)×0.738×4=3.37KN;节间最大弯矩：M0=P′·a/4=3.37×1.475/4=1.24KN·m则：M1=0.8M0=0.8×1.24=1.000KN·m,M2=±0.6M0=±0.6×1.24=±0.746KN·m5屋架杆件截面设计首先确定所用节点厚度。在三角形屋架中，根据杆件最大内力N=Nmax=117.03KN,查焊接屋架节点板厚参考选用表，选择端支座节点板厚为8mm，其他节点板厚为6mm。节点板厚的选择如表2所示。三角形屋架弦杆最大内力设计值≤170171～290291～510511～680681～910911～12901291～17701771～3090中间节点板厚68101214161820支座节点板厚810121416182022表2钢屋架节点板厚度参考选用表5.1上弦杆整个上弦杆采用等截面通长杆，以避免采用不同的截面时的杆件拼接。-8-弯矩作用的平面计算长度oxl=155cm,侧向无支撑长度1l=2×155=310cm.设λ=100，查轴心受压稳定系数表，=0.555需要截面积:238.980215×555.010×03.117'mmfNA需要回转半径：.10.3100310',55.1100155'cmlicmlioyyoxx由上式粗略估计,试选用由两个角钢组成的T形截面压弯杆件，选上弦杆截面为2∟70×6A=8.16×2=16.32cm2,R=8mm,ix=2.15cm,iy=3.11cmWxmax=19.4×2=38.8cm3,Wxmin=7.48×2=14.96cm3⑴强度检验杆件单向受弯，按拉弯和压弯构件的强度计算公式计算：查表知:1x=1.05,2x=1.2，条件：2215/xnxnxMNfNmmAW取AB段上弦杆（最大内力杆段）验算：轴心压力FN1=117.03KN.最大节间正弯矩：Mx=M1=1.000KN·m最大负弯矩(节点)：Mx=M2=0.746KN·m正弯矩截面：22max11215N/mm＜f/73.71mmNWMANWMANxxxnxxxn负弯矩截面：22min222215N/mm＜f/36.108mmNWMANWMAnNxxnxxx所以上弦杆的强度满足要求。-9-⑵弯矩作用平面内的稳定性计算应按下列规定计算：21max215N/mmf≤8.01xxxxxNNWMAN对角钢水平肢2：`22215/(11.25)mxxxxExMNfNmmNAWN因杆段相当于两端支撑的构件，杆上同时作用有端弯矩和横向荷载并使构件产生反向曲率，故按规范取等效弯矩:0.85mx。长细比：150＜09.7215.20.155xoxxil该截面属于b类截面，查表得740.0x欧拉临界应力：KNEANxEx72.101610×09.7210×16.32×10×﹣3223222杆段A—B轴心压力：KNFN03.1171所以：1151.072.101603.117ExNN用最大正弯矩进行计算：Mx=M1=1.000KN·m.96.14;8.383min23max1cmWWcmWWXXXX3622231`117.03100.851.00010119.92150.74016.32101.0538.810(10.80.1151)10.8mxxxxxExMNNmmfNmmANWN-10-3622232`117.03100.851.0001016.421516.32101.214.9610(11.250.1151)11.25mxxxxExMNNmmfNmmANWN用最大负弯矩进行验算：Mx=M2=0.746KN·m20.1;96.143min1yxxxcmWW满足要求⑶弯矩作用平面外的稳定性计算验算条件：21215/txxybxMNfNmmAW因侧向无支撑长度l1为3110mm，故验算上弦杆的A-B-C段在弯矩作用平面外的稳定性。等弯系数:βtx=βmx=0.85.轴心压力：KNFKNFNN55.108;03.11721所以计算长度：cmNlloy4.305N×＋0.2557.0121长细比：150≤98211.34.305yoyoyil属b类截面，查表得y=0.565用最大正弯矩进行计算：Mx=M1=1.000KN·m，Wxmax=38.8cm3，对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数b可按下式进行计算：得362231117.03100.851.00010153.22215/0.56516.32100.83338.810txxybxMNfNmmAW3622231`117.03100.851.00010149.062150.74016.32101.214.9610(10.80.1151)10.8mxxxxxExMNNmmfNmmANWN-11-用最大负弯矩进行计算：Mx=M2=0.756KN·m，Wxmin=14.96cm3，＜159610670'trtbtb＜159trtbthwo对弯矩使用角钢水平肢受拉的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数b可按下式进行计算：得0.8331×98.2×0017.012350017.01yybf362231117.03100.850.74610171.5215/0.56516.32100.95114.9610txxybxMNfNmmAW所以平面外长细比和稳定性均可满足要求⑷局部稳定性验算验算条件：翼缘自由外伸宽厚比：`2351515ybtf对于由2∟70×6组成的T形截面压弯构件；腹板高厚比：当0a1.0时：02351515wyhtf当01.0a时：02351818wyhtf翼缘：22-317.510×21510×05.111cmfNAn腹板：0.9511×98.2×0005.012350005.01yybf都满足要求。所以，上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。-12-5.2下弦杆下弦杆为轴心受压构件，整个下弦杆不改变截面，采用等截面通常杆。在下弦节点“2”处，下限杆角钢水平肢上有直径为D=17.5MM的安装