三角形钢屋架课程设计说明书

三角形钢屋架课程设计任务书设计题目三角形钢屋架课程设计学生姓名所在院系土建学院专业、年级、班10土木1班设计要求：1.计算书内容包括：选题（屋架形式）、选择钢材、选择焊接方法及焊条型号、荷载计算及内力组合、杆件截面设计、屋架节点设计。2.施工图（用CAD绘制或手绘）绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图，图面内容：屋架索引图（画在图面左上角）比例：1：100-1：150屋架正面图（画对称的半榀）比例：1：20或1：30或自定上、下弦杆俯视图比例：1：10或1：15必要的剖面图（端竖杆、中竖杆、托架及垂直支撑连接处）屋架支座详图及零件详图、施工图说明、标题栏（写明题目、指导教师、姓名、班级、日期）学生应完成的工作：1.设计计算书一份；2.绘制与屋盖支撑相关联的钢屋架施工图（1号图纸）一张；3.图纸应叠成计算书一般大小，与计算书装订后上交。参考文献阅读：1.戴国欣主编.钢结构（第3版）[M].武汉：武汉理工大学出版社，2011.1.2.张耀春主编.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2004.8.3.唐岱新，孙伟民主编.高等学校建筑工程专业课程设计指导[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.6.4.陈志华编著.建筑钢结构设计[M].天津：天津大学出版社，2004.3.5.周俐俐，姚勇等编著.土木工程专业钢结构课程设计指南[M].北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，2007.5.工作计划：截面及节点设计3天绘制施工图3天计算机整理与施工图修正1天任务下达日期：2012年12月7日任务完成日期：2012年12月16日指导教师（签名）：学生（签名）：三角形钢屋架课程设计摘要：根据已给出的建筑物基本条件和一致的屋架形式与尺寸计算各个荷载，各个杆件的设计和型号的选择，并根据设计做出详图，计算得到节点板尺寸，材料表，施工详图，打印图纸。关键词：三角形钢屋架；檩条；节点目录1设计背景.............................................11.1设计资料........................................11.2屋架形式........................................23方案实施.............................................73.2屋架杆件内力计算................................73.3杆件截面设计....................................83.4节点设计........................................134结果与结论..........................................205收获与致谢...........................错误!未定义书签。5.1收获............................错误!未定义书签。5.2致谢............................错误!未定义书签。6参考文献............................................217.附件...............................................2111设计背景1.1设计资料厂房长度120，檐口高度15m。厂房为单层单跨结构，内设有两台中级工作制桥式吊车。拟设计钢屋架，简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土强度等级为C20。柱顶截面尺寸为mm400mm400。钢屋架设计可不考虑抗震设防。厂房柱距选择：6m图1建筑平面示意图三角形钢屋架1）属有檩体系：檩条采用槽钢，跨度为6m，跨中设有一根拉条φ10。2）屋架屋面做法及荷载取值（荷载标准值）：永久荷载：波形石棉瓦自重0.20kN/m2檩条及拉条自重0.20kN/m2保温木丝板重0.25kN/m2钢屋架及支撑重(0.12+0.011跨度)kN/m22可变荷载：雪荷载0.3kN/m2屋面活荷载0.40kN/m2积灰荷载0.30kN/m2注：1、以上数值均为水平投影值；2、屋架的形式与尺寸见图1。根据该地区的温度及荷载性质,钢材采用Q235B其设计强度2/215mmNf,焊条采用E43型,手工焊接。构件采用钢板及热轧型钢,构件与支撑的连接用M20普通螺栓。1.2屋架形式三角形钢屋架图1屋架形式32设计方案2.1屋架尺寸屋架计算跨度：0l=l－300=24000－300=23700mm屋面倾角：'1arctan2148,sin0.3714,cos0.92852.5屋架跨中的高度为：23700474022.5hmm上弦长度：0127632cosllmm节间长度：'1276325535amm节间水平投影长度：a='acos=2553×0.9285=2370mm屋架几何尺寸见图2。图2屋架几何尺寸（单位：mm）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，檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。根据厂房总长度120m，跨度为24m，有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，4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，并在同一开间两榀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）。上弦檩条可兼做系杆，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（见图3）。图3屋架支撑布置（单位;mm）（a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑（b）52.3檩条的设计选用[16b槽钢截面，由型钢表查得，自重19.75kg／m≈0.20kNm，xW=116.83cm，yW=17.63cm，xI=934.54cm。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）波形石棉瓦：0.2×2.553=0.5106kNm檩条和拉条：0.2kNm保温木丝板重0.25x2.553=0.63825kN/m2kg=(0.5106+0.2+0.63825)xcos=1.35x0.9285=1.25kNm可变荷载：屋面均布活荷载取0.42kNm，与雪荷载较大值为0.42kNm。q=屋面活荷载+积灰荷载=0.42kNm+0.32kNm=0.72kNmkq=0.7×2.553cos=0.7×2.553×0.9285=1.66kNm檩条均布荷载设计值：q=Gkg+Qkq=1.2×1.25+1.4×1.66=3.824kNmxq=qcos=3.824×0.9285=3.55kNmyq=qsin=3.824×0.3714=1.42kNm2.强度验算弯矩设计值（见图4）：6图4弯矩图xM=218xql=18×3.55×26=15.98kNmyM=21()82ylq=18×1.42×26()2=1.60kNm（因为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。XXnxMW+yynyMW=36108.11605.11098.15+36106.172.11060.1=206.12Nmm＜f=2152Nmm3.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值：kg+kq=1.25+1.66=2.91kNm()kkyqg=（kg+kq）cos=2.91×0.9285=2.70kNmvl=5385×3()KKyxgqlEI=453105.9341006.2600070.23845=2541＜1150因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用[16b槽钢檩条能满足要求。73方案实施3.1屋架节点荷载计算1.永久荷载（水平投影面）波形石棉瓦板0.22kNm保温木丝板重0.25kN/m2檩条和拉条0.2/2.37=0.082kNm屋架和支撑自重0.12+0.11L=0.12+0.011×24=0.382kNmkg=0.912kNm2.可变荷载（水平投影面）屋面活荷载0.40kN/m2积灰荷载0.30kN/m2kq=0.72kNm3.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=（1.2×0.91+1.4×0.7）×6×2.37=29.5kN3.2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。8注：负为受压，正为受拉。3.3杆件截面设计弦杆端节间最大内力为-357.5kN，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10mm，支座节点板厚度为12mm。杆件名称杆件内力系数内力设计值（kN）上弦AB-12.117-357.5BC-11.281-332.8CD-9.516-280.7DE-10.537-310.8EF-10.630-313.6下弦AG+11.250+331.9GH+10.000+295HM+6.250+184.4腹杆BG、LE-1.038-30.6CG、DL+0.837+24.7CH、DH-1.557-45.9HL+3.749+110.6LF+4.999+147.5FM0.00091.上弦杆（见图6）整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。图6上弦截面maxN=-357.5kN，oxl=255.3cm，oyl=2oxl=2×255.3=510.6cm。选用2∟100×10组成的T形截面，节点板厚为10mm，查型钢表得A=2×19.26=38.522cm，xi=3.05cm，yi=4.52cmx=oxxli=255.3843.05=＜150y=oyyli=510.61134.52=＜=150根据max=y=113查表得=0.475，则=NA=231052.38475.0105.357=195N/mm2＜f=2152Nmm故选择截面合适。2.下弦杆（见图7）图7下弦截面下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。maxN=+331.9kN，屋架平面内的计算长度取最大节间HM长度，即oxl=497.7cm。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平10面外的计算长度取侧向固定点间的距离，即oyl=1185cm。选用2∟80x7组成T形截面，由型钢表查得A=nA=2×10.86=21.722cm,xi=2.46cm，yi=3.67cmx=oxxli=479.7202.32.46=＜350y=oyyli=11853233.67=＜=350=nNA=231072.21109.331=152.82Nmm＜f=2152Nmm故所选截面合适。3.腹杆（1）BG、LE杆N=－30.6kN,oyl=0.9l=0.8×142.7=128.4cm，选用单角钢∟56×6，A=5.692cm，yoi=0.98cm。=98.04.1280yoil=143＜=150根据=143，查表得=0.333，则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+0.0015×143=0.82NA=231069.5333.0106.30=1612Nmm＜rf=82.0215=1762Nmm所选截面合适。（2）CG、DL杆N=+24.7kN，l=230.1cm选用∟50×5单角钢截面，A=4.82cm，yoi=0.98cm，则ol=0.9l=0.9×230.1=207.1cm11=0yoli=98.01.207=211=350单角钢单面连接计算构件稳定性时强度