轻型钢屋架说明书.doc

目 录1设计资料及主要参数12屋架形式及几何尺寸13屋盖支撑设计2 3.1屋架的支撑2 3.2屋面檩条及其支撑24屋架的内力计算44.1杆件的轴力44.2上弦杆弯矩55屋架杆件截面计算65.1上弦杆65.2下弦杆95.3腹板105.4填板设置与尺寸选择136屋架节点设计136.1支座点A136.2上弦一般节点B、E、C、F、D176.3屋脊拼接点G186.4下弦杆节点1196.5下弦杆节点2206.6受拉主斜杆中间节点4207施工图208对于本设计的一些说明209参考文献20轻型屋面三角形钢屋架设计说明书学 生：陈 昶指导教师：付建科 （三峡大学 机械与材料学院）1设计资料及主要参数设计一位于杭州市近郊的单跨屋架结构（封闭式），屋架支承在钢筋混凝土柱顶。其主要参数如下：1、单跨屋架平面尺寸：36m18m2、柱距：S=4m3、屋面坡度：i=1：34、屋面恒载：0.6kN/ m2 5、活（雪）载：0.6kN/ m26、屋面材料：波形石棉瓦（18207258）7、混凝土标号：C208、柱顶标高：6m9、钢材标号：Q235-B.F（其设计强度=215/m2）10、焊条型号：E43型11、载荷分项系数：G=1.2；Q=1.42屋架形式及几何尺寸根据所用屋面材料的排水需要和跨度参数，采用芬克式十二节间三角形屋架。屋架坡度为1：3，屋面倾角。, 屋架计算跨度：屋架跨中高度：上弦长度：节间长度：节间水平投影长度：根据轻型钢结构设计手册查得各杆长度系数，然后计算各杆件几何尺寸如图1所示。图1 杆件几何尺寸3屋盖支撑设计3.1屋架的支撑（如图2所示）（1）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。（2）在与横向支撑同一柱间的屋架长压杆D-2和D-2（如图2b和2c）处各设置一道垂直支撑，以保证长压杆处平面的计算符合规范。（3）在各屋架的下弦节点2和2各设置一通长柔性水平系杆。水平杆的始、终端炼狱屋架垂直支撑的下端节点。3.2屋面檩条及其支撑波形石棉瓦长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： 半跨屋面所需檩条数：考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，则实际中取半跨屋面的檩条数，檩条间距，因此可满足要求。檩条均匀荷载设计值为为求杆件周丽，把载荷转化为节点载荷，其公式如下。檩条选用槽钢I8，查表得：，图2 屋架的支撑（1）载荷计算恒载，活载则檩条均匀荷载设计值为（2）强度验算 檩条弯矩设计值如图3所示图3 檩条弯矩设计值 檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘枝尖处： 因此满足要求。（3） 刚度计算 在沿屋面方向有拉杆，可只验算垂直屋面方向的挠度。 载荷标准值： 因此满足要求。4屋架的内力计算4.1杆件的轴力由前面的计算得下式。 按照课题要求，根据建筑结构静力计算手册查得内力系数和计算出的内力见表1和图4所示。表1 杆件内力系数及内力值杆件名称杆件内力系数内力计算值（kN）上弦AB-17.39-191.99BC-16.13-178.08CD-16.76-185.03DE-16.44-181.50EF-15.18-167.59FG-15.81-174.54下弦A-116.50182.161-213.50149.042-39.0099.36（续表1）腹杆B-1,C-1,E-4,F-4-1.34-14.79D-2-5.85-64.58D-1,D-43.0033.122-44.5049.68G-47.5082.80图4 杆件内力值4.2上弦杆弯矩由钢结构设计手册查得，上弦杆端节间最大正弯矩：，其他借鉴最大正弯矩和节点负弯矩为。 上弦杆节间集中载荷： 节间最大弯矩： 则： 5屋架杆件截面计算 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，根据杆件的最大内应力，查钢结构与组合结构P177页表7-2焊接屋架节点板厚选用表，选择支座节点板厚为10mm，其他节点板厚为8mm。节点板厚的选择如表2所示。表2 钢屋架节点板厚度参考选用表确定节点板厚的最大内力/kN151151250251400401600601100010101400141018001800其他节点板厚6mm8mm10mm12mm14mm16mm18mm20mm支座节点板厚8mm10mm12mm14mm16mm18mm20mm24mm5.1上弦杆 整个上弦杆采用等截面通长杆，由两个角钢组成T形界面压弯构件，以避免采用不同截面时的杆件拼接。 弯矩作用平面内计算长度 侧向无支撑长度首先，试选上弦杆截面为2807：A=21.80cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=48.8cm3，Wxmin=22.8cm3 1.强度检验 条件：；=1.05；=1.2；=150 取A-B段上弦杆（最大内应力杆）验算：轴心压力N=191.99kN 最大正弯矩Mx=M1=1.737kNm，最大负弯矩Mx=M2=1.302kNm正弯矩截面：；负弯矩界面：；上弦杆强度满足要求。2.弯矩作用平面内稳定性计算应按下列规定计算：对角钢水平肢1：对角钢水平肢2：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: 长细比： 对于b类截面，查钢结构P339页b类界面轴心受压杆件稳定系数表，查得 欧拉临界应力： 则 用最大正弯矩进行计算：Mx=M1=1.737kNm，W1x=Wxmax=48.8cm3 用最大负弯矩进行验算：Mx=M2=1.302kNm，, 满足要求3.弯矩作用平面外的稳定性计算 验算条件 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:tx=mx=0.85. 轴心压力N1=191.99，N2=178.08弯矩作用的平面计算长度=155.85m侧向无支撑长度=2152.8=311mm所以=(0.75+0.25N2/N1)=305.37cm长细比：属b类截面，查表得=0.668用最大正弯矩进行计算：Mx=M1=1.737kNm，W1x=Wxmax=48.8cm3 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可按下式进行计算：得： 用最大负弯矩进行计算：Mx=M2=1.302kNm，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可按下式进行计算：所以平面外长细比和稳定性均可满足要求。4.局部稳定性验算 验算条件：翼缘自由外伸宽厚比：腹板高厚比：当时： 当时：，为腹板计算高度边缘的最大压应力。为腹板计算高度另一边缘相应的应力。翼缘： 腹板：因此满足要求。所以，上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。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，采用等截面通长杆。首先按杆段A-1的强度条件和下弦杆的长细比条件选择截面。轴心拉力为N=182.16kN。长细比容许值：=350下弦杆的计算长度为：=393.4cm. =2=786.8cm要满足：选下弦杆截面为2807：A=21.80cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=48.8cm3，Wxmin=22.8cm3 1.强度计算杆所A-1：An=A=21.80cm2所以节点2：N=99.36kN所以下弦杆强度满足要求。2.长细比验算 满足要求，所以所选下弦杆截面适用。5.3腹板1.短压杆B-1，C-1和F-4N=14.79，=109.9cm斜平面计算强度：=需要满足：选用单角钢807：A=10.90cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=29.4cm3，Wxmin=11.4cm3长细比：属于b类截面，查表得=0.899单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：满足要求，所选截面适用。2.长压杆D-2N=64.58kN，=155.5计算长度，垂直支撑连载预先焊接于长压杆和弦杆的连接板上，杆件截面无削弱，按稳定性条件试选长压杆截面，采用等边双角钢组成的T形截面。查表得长压杆合适的假定长细比，查附表可得=0.365需要选用2807：A=21.80cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=48.8cm3，Wxmin=22.8cm3 验算，可由查得因此所选截面适用。3.短拉杆D-1和D-4N=33.12kN，=245.8cm拟利用单面连接的单角钢截面（截面无削弱）需要式中0.85是单面连接的单角钢构件按轴心受力计算强度时的强度设计值折减系数。选用单角钢807：A=10.90cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=29.4cm3，Wxmin=11.4cm3可满足条件。4. 长拉杆G-4-2N=82.80kN，需要选用选2807：A=21.80cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=48.8cm3，Wxmin=22.8cm3 可满足条件。5.中间吊杆G-3N=0，因吊杆不连垂直支撑，故按拉杆长细比条件选择截面。按单面连接单角钢计算所需截面：=0.9=265.5cm需要选用单角钢807：A=10.90cm2；r=9mm；ix=2.46cm；iy=3.67，Wxmax=29.4cm3，Wxmin=11.4cm3可满足条件。5.4填板设置与尺寸选择填板的间距与杆件的受力形式有关，对压杆填板间距=40,对拉杆填板间距=80。填板厚度与节点板厚相同。双角钢杆件的填板设置与尺寸选择见表3：表3 双角钢杆件的填板设置与尺寸选择杆件名称杆件截面杆件几何长度i(cm)填板间距(cm)受力状态每节填板数量填板尺寸(bth)（续表3）上拉杆807155.52.4698.4压力18079下拉杆A-1807245.82.46196.8拉力280791-2807245.82.46196.8拉力280792-3807393.42.46196.8拉力18079腹板D-2807155.52.4698.4压力18079G-2807491.62.46196.8拉力180796屋架节点设计角焊缝强度设计值，采用E43型焊条，手工电弧焊时为6.1支座点A1.下弦杆与节点板间连接焊缝计算 N=182.16kN，查表，等边角钢的角焊缝内力分配系数k1=0.75,k2=0.25.取角钢肢背焊脚尺寸(t=8mm)，角钢肢尖焊脚尺寸。按焊缝连接强度的要求： 肢背：肢尖：实际焊缝长度采用角钢肢背=200mm,肢尖=80mm。2. 按下列所列方法、步骤和要求画节点样图，并确定节点板尺寸。（1）严格按照几何关系画出汇交于节点A的各杆件轴线。（2）下弦杆与支座底板之间的净距取140mm。（3）按构造要求，预设置底板平面尺寸为220220，使节点A的垂直轴线通过底板的形心。（4）节点板上缩进上弦杆的角钢背面长度为。3.上弦杆与节点之间的连接焊缝计算，节点荷载： 节点与角钢肢背采用塞焊缝连接，取，设仅有肢背受节点荷载P1，因为P1很小，焊缝强度一定能满足要求，不必计算。图5 节点图令角钢肢尖角焊缝承受全部轴心力N及其偏心弯矩M的共同作用。其中取肢尖焊脚尺寸，取实际焊缝长度（全长焊满时远大于330mm），计算长度：取最大计算。因此焊缝强度满足要求。4.底板计算 支座反力：采用C20混凝土：（1）底板面积的确定底板与钢筋混凝土柱顶面间的接触面面积接触面上所受的压应力：可以满足混凝土轴心抗压强度要求，底板尺寸为220220mm适用。（2）底板厚度t 底板被节点板和加劲肋划分成四块相同的相邻边支撑的小板，底板厚度由两边支撑的矩形板确定。矩形板相关数据为：；查表得：=0.06板的最大弯矩为：按底板抗弯强度设计条件，需要底板厚度：，取t=20mm底板选用尺寸为：-220202205.节点板、加劲肋与底板间水平连接焊缝计算 因底板是正方形，故节点板和加劲肋与底板的连接焊缝各承受支座反力的一半。（1）节点板与底板间水平连接焊缝承受轴心力：焊缝计算长度：构造要求：取，满足要求。（2）加劲肋与底板水平连接焊缝 ，需要满足：取，满足要求。6.加劲肋与节点板间竖向连接焊缝计算加劲肋厚度采用10mm，与中间节点板等厚。每块加劲肋与节点板间竖向连接焊缝受力：，焊缝强度计算长度：需要满足：构造要求：采用满足要求。由以上计算知，底板和加劲肋及其连接焊缝均满足要求。6.2上弦一般节点B、E、C、F、D1.按以下方法和步骤绘制节点详图（1）画出汇交节点B的各杆件轴线（2）节点板上部缩进上弦杆的角钢背面为6mm（3）标出节点详图所需的各种尺寸2.上弦杆与节点板间连接焊缝的计算N1=191.99kN， N2=178.08kN，P=11.04kN节点载荷P假定全部由上弦杆角钢肢背塞焊缝承受，取焊脚尺寸为6mm,因为P值很小，其强度要求必满足，不必计算。上弦杆肢尖角焊缝假定承受节点两侧弦杆内力差及其偏心弯矩M的共同作用，其中图6 节点图取焊缝计算长度：，计算长度需要构造要求：采用满足要求。6.3屋脊拼接点GN=174.54kN，P=11.04kN1.拼接角钢的构造和计算为便于紧贴和保证施焊质量，拼接角钢采用与上弦杆截面相同的2807，拼接角钢与上弦杆间连接焊缝尺寸取，为便于紧贴和施焊质量的保证，铲除拼接角钢角顶棱角：切断拼接角钢竖肢：拼接接头每侧的连接焊缝共有四条，连接强度条件需要每条焊缝的计算长度为：拼接处左右弦杆端部空隙取20mm，需要拼接的角钢长度：为保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度=400mm.此外，因屋面坡度较大，应将拼接角钢的竖肢开出剖口，采用60mm2.绘制节点图为便于工地拼接，拼接处工地的弦杆与拼接角钢和受拉主斜杆的布置如图7所示图7 节点图6.4下弦杆节点11.绘制节点图如图8所示图8 节点图2.下弦杆与节点板间连接焊缝