三角形钢屋架课程设计

三角形钢屋架课程设计摘 要：该三角形钢屋架采用三角形b型屋盖结构，先根据尺寸和受力特点，对支撑和系杆进行合理的布置，然后根据荷载的分布对檩条的截面进行选择并验算强度，接着分析杆件的内力，并绘制内力分布图，然后选择杆件截面，最后设计各节点的节点板尺寸及焊缝长度，连接方式在这时也要弄清楚，计算的同时要对刚度和稳定性进行验算，连接方式在这时也要弄清楚，最后绘制施工图。设计过程中对屋架的受力特点及传力方式要有明确的认识，分清楚主要受力构件及次要受力构件，选择杆件截面的同时要本着经济节约的态度，选择最合适的截面，由于截面和连接方式的不同，施工图绘制时应标明，绘图过程中要把尺寸标注清晰，所用材料要归总。课程设计过程中要有耐心，细心，把握细节，不能敷衍，力求做到完美。关键词：b型 受力分析 验算 杆件选择 连接方式 施工图 目 录1 设计背景 11.1 设计资料 11.2 屋架形式 22 设计方案 32.1 檩条设计 32.2 屋架支撑 43 方案实施 63.1 荷载与内力计算 63.2 杆件截面设计 83.3 节点设计 134 结果与结论 195 收获与致谢 205.1 收获 205.2 致谢 206 参考文献 207 附件 221 设计背景1.1 设计资料1.建筑物基本条件 厂房长度108m，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400mm。钢屋架设计可不考虑抗震设防。 三角形（芬克式）屋架跨度24m，间距6m，屋面材料为波形石棉瓦（自重0.20），屋面坡度12.5，厂房长度为108m。雪荷载为0.55 。钢材采用Q345B,焊条采用E50型。厂房柱距选择：6m2、设计题目（1）三角形钢屋架(b)1）属有檩体系：檩条采用槽钢，跨度为6m，跨中设有一根拉条10。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 0.20 kN/m2 檩条及拉条自重 0.20 kN/m2 保温木丝板重 0.25 kN/m2 钢屋架及支撑重 (0.12+0.011跨度) kN/m2 可变荷载：雪荷载 0.55kN/m2 屋面活荷载 0.40 kN/m2 积灰荷载 0.30 kN/m2 注：1、以上数值均为水平投影值；1.2 屋架形式 图12 设计方案2.1 檩条设计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（见上图1），檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。选用18a槽钢截面，由型钢表查得，=141.4，=20.0，=1272.7。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）沿屋面分布的永久荷载应乘以1/=/2.5=1.077 波形石棉瓦自重： 0.202.5551.077=0.550 檩条和拉条自重： 0.202.5551.077=0.550 保温木丝板自重： 0.252.5551.077=0.688 =1.7884 可变荷载：（由于屋面活荷载为0.40小于雪荷载0.55故可不考虑屋面活荷载，只考虑雪荷载。）（坡面）积灰荷载为 ：0.32.5551.077=0.826 雪荷载：0.552.5551.077=1.513=0.852.5551.077=2.339檩条均布荷载设计值：=+=1.21.788+1.42.339=5.42 =5.420.9285=5.03 =5.420.3714=2.012.强度验算 弯矩设计值（见图2）： 图2弯矩图=5.03=22.6=2.01=2.26（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。3.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值： +=1.788+2.339=4.1273 因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用18a槽钢檩条能满足要求。2.2屋架支撑根据厂房总长度108m，跨度为24m，有两台中级工作制吊车等因素，可在厂房两端的第二开间和从有第九个开间处各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13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3 方案实施3.1 荷载与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1和图4 所示。 图4杆件内力图（单位：kN） 表1屋架杆件内力计算表杆件名称杆件内力系数内力设计值（）上 弦AB-12.12-418.1BC-11.28-389.2CD-9.52-328.4DE-10.54-363.6EF-10.63-366.7下 弦AH+11.25+388.1HG+10.00+345.0GM+6.25+215.6腹 杆BH NE-1.04-35.9CH DN+0.84+28.9CG DG-1.56-53.8GN+3.75+129.4NF+5.00+172.5FM0.000.00 注：负为受压，正为受拉。1.永久荷载（水平投影面）波形石棉瓦自重： 0.20檩条和拉条自重： 0.20保温木丝板自重： 0.25屋架和支撑自重 0.12+0.11L=0.12+0.01124=0.38 =1.032.屋面活荷载雪荷载为 0.5积灰荷载 0.303.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=（1.21.03+1.40.85）62.37=34.503.2 杆件截面设计弦杆端节间最大内力为418.1 ，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。1.上弦杆（见图5）整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。图5上弦截面=418.1，=255.5cm，=2=2255.5=511cm。选用21409014组成的T形截面，节点板厚为10mm，查型钢表得A=60.91， 根据（满足要求）查表得，则 故所选截面合适。2.下弦杆（见图6）图6下弦截面下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。，屋架平面内的计算长度取最大节间GM长度，即。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离，即。所需截面面积为：选用290565短肢相连的T形截面，由型钢表查得 =14.52, =4.47cm 故所选截面合适。3.腹杆（1） CG DG杆 ,=0.8=0.8287.0=229.6cm，=287.0cm 选用2636，A=14.58，=1.93cm，=2.98cm。根据，查表得(b类截面)，则故所选截面合适。（2）BH NE杆N=-53.9，=140.0cm选用568单角钢截面，A=8.3，=1.09cm，则=0.9=0.9140.0=126.0cm由，查表得（b类截面）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故所选截面满足要求。（3）CH DN 杆N=28.9KN，（两者之中较长的杆件）选用454单角钢截面，=0.89cm，单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折减系数，则故所选择的截面合适。 （4）GN NF 杆两根杆件采用相同的截面，用按最大内力KN计算，=343.7cm，=2=2343.7=687.4cm 选用2454，A=23.49=6.98，=1.38cm，=2.16cm。 故所选截面合适。（5）MF杆。N=0, =474.0cm对有连接垂直支撑的屋架WJ2，采用2564组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。=0.9=0.9474=426.6cm，=2.18cm 故满足要求。对不连接垂直支撑的屋架WJ1，选用564单角钢，并按受拉支撑验算其长细比， 故满足要求。屋架各杆件截面选择情况见下图表（图表2）杆件名称杆件编号内力设计值（kN）计算长度（mm）选用截面截面面积A（cm2）杆件受力类型长细比容许长细比计算应力(N/mm2)杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数(每节间)上弦AB BCCD DE EF-418.125555110214090760.91压杆101.774.51500.420163.42下弦AH HG GM+388.14976118529056514.52拉杆312.2265.1350267.25905502腹杆BH NE-35.95688.30压杆=1401500.345125.4460450CH DN+28.94543.49拉杆=15135082.84604502CG DG-53.822962870263614.58压杆11996.31500.3281135905502GN NF+172.53437687424546.89拉杆249.1318.235025151205502FM0(压)4266426625648.80压杆=195.72006100610040（拉）426642665644.40拉杆=384.3400610061003.3 节点设计本例只选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。1. 屋脊节点（见图7）腹杆NF与节点板的连接焊缝三面围焊，查表得（以下同），取肢背和肢尖的焊脚尺寸分别为和，则杆端所需的焊缝长度分别为肢背：故取 图7 屋脊节点（单位：mm）故肢尖：取=50mm。拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去V=t+5=19mm，取V=20mm，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为 拼接角钢的总长度为 =2（+8）+d=2（164+8）50=394mm上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载F2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力的15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心距e=65mm）。设肢尖焊缝焊脚尺寸=5mm，节点板总长度为660mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 =（6602）-20-10（660/2）/0.92852010=325mm焊缝应力为 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.上弦拼接节点C（见图8） 图8 上弦拼节点（单位：mm）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8所示。上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）F，取节点板缩进肢背5mm，=t2=5mm，则肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差为=-=-389.2+328.4=-60.8偏心距e=65mm，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。 3.下弦节点G简图（见图9） 图9上弦节点D（单位：mm）屋架跨度24m超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点F和下弦节点M处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按CG DG GN中最大内力计算。设肢背和肢尖的焊脚尺寸均取=5mm，则杆端所需的焊缝长度分别为肢背：故取90mm。肢尖：故按构造取50mm。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，竖肢切去V=t+5=15mm。按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧所需的焊缝计算长度为 拼接角钢所需总长度为=2（+10）+10=2（843.6+10）+10=1713.3mm故取1750cm 4.支座节点。（见图10） 图10支座节点（单位：mm）屋架支撑与钢筋混凝土柱上，混凝土强度为C20，=10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12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为=5mm和=5mm，则所需焊缝长度为：肢背：故取190mm。肢尖：故按构造取125mm。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。(1)支座底板计算。支座反力为 R=5F=534.5=172.5支座底板尺寸取ab=250mm250mm,采用M22锚栓，并用图示U形缺口。柱顶混凝土的压应力为：底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算。支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：两支撑边之间的交点到对角线的垂直距离为：=2=84mm =84168=0.5，查表得=0.058，则M=0.0582.76170170=6780底板所需厚度（按厚度t在16-40范围取值）：t=14mm故取t=16mm(2)加劲肋与节点板的连接焊缝加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如图11所示。 图11加劲肋计算简图（单位：mm）假定一块加劲肋的受力为屋架支座反力的14，即V=R4=172.5/4=43.1M=43.124.6=1060.26加劲肋厚度采用10mm，焊脚尺寸取6mm，焊缝计算长度为=180-152=138mm则焊缝应力为： 加劲肋、节点板与支座底板的连接焊缝。图12所示切口宽度为15mm，两条节点板和四条加劲肋焊缝的总长度为:=2（250-12）+4（125-5-15-12）=848mm=39.7=200故满足要求。其余各节点的计算过程从略。 4 结果与结论 经过不断地努力，终于在我的努力和别人的帮助下完成了任务。我知道我的方案还有很多的不足之处，我的能力还有待提高，在设计中常常会遇到难以解决的问题，是同学和老师的无私帮助，使我不断克服种种难题