三角形钢屋架设计

1目录1.设计资料......................................22屋架杆件几何尺寸的计算.....................................................23屋架支撑布置..........................................................................24屋架的内力计算......................................................................55屋架杆件截面设计..................................................................66屋架节点设计........................................................................107.参考资料................................................................................202钢屋盖课程设计1.设计资料1）.车间为单跨厂房，全长90m。屋架支撑在钢筋混凝土柱上，柱距为6m。上柱截面尺寸为400x400mm。混凝土强度等级为C30，车间内设有一台起重重量300kN的桥式吊车。2）.屋架跨度：18m3）.屋面坡度：1：32屋架杆件几何尺寸的计算根据所用屋面材料的排水需求及跨度参数，采用芬克式三角形屋架。屋面坡度为i=1：3,屋面倾角α=arctg（1/3）=18.435°，sinα=0.3162，cosα=0.9487屋架计算跨度l0=l－300＝18000－300=17700mm屋架跨中高度h=l0×i/2=17700/(2×3)=2950mm上弦长度L=l0/2cosα≈9329mm节间长度a=L/6=9329/6≈1555mm节间水平段投影尺寸长度a＇=acosα=1555×0.9487=1475mm根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示图1屋架形式及几何尺寸3屋架支撑布置3.1屋架支撑1、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。2、根据厂房长度90m,跨度为6m，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和下弦横向水平支撑，中间设置一道垂直支撑。如图2所示。3图2屋盖支撑布置3.2屋面檩条及其支撑波形石棉瓦长1800mm,要求搭接长度≥150mm，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距为mmap825131501800max半跨屋面所需檩条数根3.12182561555np考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为：可以满足要求。mmaapp82577811361555max4图3屋面檩条及其支撑布置示意图3.2.1截面选择试选用普通槽钢[10，查表m=0.098kN/m，Ix=198.3cm4,Wx=39.7cm3,Wy=7.8cm3;截面塑性发展系数为γx=1.05,γy=1.2。恒载石棉瓦0.2×0.778/0.9487=0.148（kN/m2）木丝板0.25×0.778/0.9487=0.185（kN/m）檩条和拉条自重0.098（kN/m）架和支撑自重0.12+0.011×18=0.318（kN/m）合计gk=0.749（kN/m）可变荷载qk=0.500×0.778/0.9487=0.369（kN/m）檩条的均布荷载设计值q=Ggk+Qqk=1.2×0.749+1.4×0.369=1.415kN/mqx=qsin=1.415×0.3162=0.448kN/mqy=qcos=1.415×0.9487=1.3424kN/m3.2.2强度计算檩条的跨中弯距X方向：m6.039kN61.34281l8122yxqMY方向：0.504kN/m60.448321l32122xyqM（在跨中设了一道拉条）5檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处23636yyYXXX215N/mm198.718107.81.2100.5041039.71.05106.039σWγMWγM满足要求。3.2.3强度验算载荷标准值0.825kN/m0.94870.7780.369)(0.749cosα)(aqgqpkkx沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度：150100568.0103.1981006.26000825.0.3845.38454533IlqxyElV能满足刚度要求。3.2.4荷载计算恒载石棉瓦0.2×0.778/0.9487=0.148（kN/m2）木丝板0.25×0.778/0.9487=0.185（kN/m2）檩条和拉条自重0.098（kN/m2）架和支撑自重0.12+0.011×18=0.318（kN/m2）合计gk=0.749（kN/m2）可变荷载qk=0.500×0.778/0.9487=0.369（kN/m2）檩条的均布荷载设计值q=Ggk+Qqk=1.2×0.749+1.4×0.369=1.415kN/m2节点荷载设计值P=qa＇s=1.415×1.475×6=12.52kN4屋架的内力计算4.1杆件的轴力芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷载作用下，腹杆内力不变号，故只按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据《建筑结构静力计算手册》，对于十二节间芬克式桁架，n=17700/2950=6。先查得内力系数，再乘以节点荷载P=12.52kN,屋架及荷载是对称的，所以只需计算半个屋架的杆件轴力。计算出的内力如表1所示。6表1桁架杆件内力组合设计值杆件内力系数内力设计值/kN(P=12.52kN)上弦杆ABBCCDDEEFFG-17.39-16.13-16.76-16.44-15.18-15.81-217.72-201.95-209.84-205.83-190.05-197.94下弦杆AHHIIJ+16.50+13.50+9.00+206.58+169.02+112.68腹杆DIBH、CHEK、FKHD、DKIKKGGJ-2.85-1.34-1.34+3.00+4.50+7.500-35.68-16.78-16.78+37.56+56.34+93.90注：负为压杆，正为拉杆。4.2上弦杆的弯矩由《钢结构与组合结构》查的，上弦杆端节间最大正弯矩：M1=0.8M0，其它节间最大正弯矩和节点负弯矩为M2=±0.6M0。上弦杆节间集中载荷P=12.52kN节间最大弯矩M0=Pl/4=12.52×1.475/4=4.617kN·m端节间M1=0.8M0=0.8×4.617=3.694kN·m中间节间及节点M2=±0.6M0=±0.6×=2.770kN·m5屋架杆件截面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内力有关。根据弦杆最大内力Nmax=217.72kN,查《钢结构设计原理》P336页表9.6.4单节点板桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为10mm,其它节点板厚应大于8mm。选所有节点板厚10mm5.1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。弯矩作用平面内的计算长度lox=1555mm侧向无支撑长度l1=2×1555=3110mm首先试选上弦截面为2∟110×70×10，查《钢结构》得其主要参数A=34.334cm2,ix=1.96cm,填板10mm，iy=5.45cm,Wxmin=24.96cm3，,WXMAX=76.6cm3截面塑性发展系数γx1=1.05,γx2=1.2。7故截面选截面选215N/mmf91.76N/mm1034.3340.69110217.72AN则σ0.69179.34查9λ2223max5.1.1强度验算取AB段上弦杆（最大内力杆段）验算：轴心压力：N=217.72kN最大正弯矩（节间）：Mx=M1=3.694kN·m；My=M2=2.770kN·m截面强度验算由负弯矩控制。上弦采用等截面，根据5.2下弦杆（轴心受拉杆件）整个下弦钢不改变截面，采用等截面通长杆。在下弦节点I处，下弦杆角钢水平肢上开有直径为17.5mm的安装螺栓扩孔。因此，计算下弦杆强度时，必须考虑及此。此外，选截面时还要求角钢水平肢（开孔肢）的边长≥63mm，以便开d0=17.5mm的安装螺栓孔。首先按段AH的轴心拉力N=206.58kN15006.5745.50.31115034.7996.15.155yoyyxoxxililcmllcmloxoyox1.31125.155符合要求215N/mm169.1N/mm1024.961.05102.771034.33410217.72WγMAN223623xminxxn截面符合要求215N/mm73.224N/mm3433.40.866217720AN0.866查得22yy15077.40)1107.52123111(10/1107.3)7.521(7.3583.1110/311056.056.011tb4224122111btltbbloyyzoy8下弦杆的计算长度lox=393.4cm（取下弦杆IJ段的长度）loy=2×393.4=786.8cm需要223ncm608.9102151058.206fNA393.41.124350oxxlicm786.82.248350oyylicm选用2∟70×6的角钢，填板10mm其截面相关参数为A=16.32cm2，ix=2.15cm，iy=3.26cm。5.2.1强度验算杆段AHAn=A=16.32cm2223nN/mm21558.1261032.161058.206AN杆段HI223nN/mm215566.1031032.161002.169AN杆段IJ223nN/mm21504.691032.161068.112AN5.2.2长细比验算下弦杆长细比满足要求，所以所选下弦杆截面适用。5.3腹杆5.3.1中间竖腹杆JG对于中间竖腹杆，N=0，l=295cm35034.24126.38.7863509.18215.24.393yoyyxoxxilil9对连接垂直支撑的桁架，采用2∟50×4组成十字形截面，cmiiox94.1min单个角钢∟50×4，mini=0.99cm0l=0.9l=0.9×295=265.5cm0min265.5136.863501.94oli＜可满足要求。5.3.2主斜腹杆IK、KG主斜腹杆IK、KG两杆采用相同截面，lox=245.8cm，loy=2×245.8=491.6cm，内力设计值N=+93.9kN所需净截面面积选用2∟40×4，T形截面，填板10mmA=6.17mm2ix=1.22cm＞0.7cm，iy=1.88＞1.40cm可以使用5.3.3腹杆DINDI=-35.68kN，lox=0.8loy=0.8×155.5=124.4cm，loy=l=155.5cm选用∟40×4，A=3.09cm2,ix=1.22cm，iy=1.96cm刚度验算：124.41021501.22oxxxli＜155.5791501.96oyyyli＜按b类截面查表得0.542x可满足要求。5.3.4腹杆BH、CH、EK、FK4根杆均为压杆，受力及长度均有小于DI杆，故可按DI杆选用