18m钢结构课程设计之三角形钢屋架设计

1、2、屋面材料为规格 18207258 的波形石棉瓦。224、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号 C20，柱顶标高 26、焊条型号为 E43 型。GQ2 屋架杆件几何尺寸的计算00a=L/6=9329/61555mm节间水平段投影尺寸长度根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图 1 所示图1 3 屋架支撑布置3.1 屋架支撑1、在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支S.2、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。3、根据厂房长度36m,跨度为 4m，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上

2、弦横向水平支撑，下弦横向水平支撑及垂直支撑。如图 2 所示。图2 波形石棉瓦长 1820mm,要求搭接长度150mm，且每瓦至少要有三个支撑apn pa pp可以满足要求。S.图3 试选用普通槽钢，查表得m =0.08kN/m,I =101cm ,W =25.3cm ,W =5.8cm ; 截面塑性发展系数为433xxyxy0.30.778=0.233（kN/m）0.20.778=0.156（kN/m）0.080（kN/m）k可变荷载k檩条的均布荷载设计值Q kq =qsin =1.2170.3162=0.379kN/mxq =qcos =1.2170.9487=1.155kN/my3.2.2

3、 强度计算檩条的跨中弯距11M q l 1.1554 2.310kNm228X 方向：xS. .11M q l 0.3794 0.190kNm223232yxY檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处M2.3101060.190106M138f 215N /mm y2xW W 1.0525.310 1.25.791033xxyy满足要求。3.2.3 强度验算载荷标准值q (g q )a cos=(0.469+0.467)0.7780.9487=0.691kN/mykkp沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度：q l3 0.69140003384 2.0610 10110 361

4、 150V5511yl 384 EI54x能满足刚度要求。3.2.4 荷载计算恒载0.30.778=0.233（kN/m）0.20.778=0.156（kN/m）0.080（kN/m）石棉瓦檩条和拉条合计g =0.469（kN/m）k可变荷载q =0.6000.778=0.467（kN/m）k檩条的均布荷载设计值0.469+1.40.467=1.217kN/mq= g + q =1.2G kQ k节点荷载设计值P=qas=1.2171.4754=7.18kN4 屋架的力计算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，腹杆力不变号，故只按全跨对于十二节间芬克式桁架，n=17700

5、/2950=6。先差得力系数，再乘以节点荷载 的力如表 1 所示。S. . . . .表1 力系数力设计值杆件/kN(P=7.18kN)-17.39-16.13-16.76-16.44-15.18-15.81+16.50+13.50+9.00-2.85-1.34CD上弦杆下弦杆DEEFFGDIBH、CHEK、FKHD、DKIK-1.34腹杆+3.00+4.50+7.500+21.54+32.31+53.830KGGJ4.2 上弦杆的弯矩 =0.8M ，其10它节间最大正弯矩和节点负弯矩为 M 0.6M 。20上弦杆节间集中载荷节间最大弯矩P=7.18kNM = Pl/4 =7.181.475/

6、4=2.648kNm0端节间M =0.8M =0.82.648=2.118kNm10中间节间及节点5 屋架杆件截面设计M 0.6M 0.62.648=1.589kNm2 0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力有关。根据弦杆最大力N =124.86kN,查钢结构max 页表 5-1 单壁式桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为 8mm,其它节点板厚为 6mm。5.1 上弦杆 T 采用不同截面时的杆件拼接。S. . . . .弯矩作用平面的计算长度侧向无支撑长度l =1555mmoxl =21555=3110mm1A首先试选上弦截面为 2 4

7、3.2cm W70 cm3, 2.14cm3.13cmW17.18cm ii33，,xxmaxxminy截面塑性发展系数 x =1.05,x =1.2。125.1.1 强度验算取 AB 段上弦杆（最大力杆段）验算：轴心压力： N=124.86kN M =M =2.118kNm； M =M =1.589kNmxy12截面强度验算由负弯矩控制。NAM124.861031.589106154N /mm 215N /mm22x18.8410 1.0517.1810 W23nxxmin5.1.2 弯矩作用平面的稳定性验算 =l / i =155.5/2.14=72.66150，按GB50017附录C表C

8、-2查得 =0.734xx0 xx3.14 206 10 18.84 10 2EA32 Ex658.91kN1.121.172.662x0.85mxNM fmx AN1W xExxxmax103106N / 215N /mm22102 13补充验算：NAM fxN1 1.25W xxS. . . . .10310248N / 215N /22 13故平面的稳定性得以保证。5.1.3 弯矩作用平面外的稳定性验算此稳定性由负弯矩控制，验算上弦杆 ABC 段在弯矩作用下平面外的稳定性轴心压力 N =124.86kN，N =115.81kN。l = l (0.75+0.25N /N )=2155.5(

9、0.75+0.2512oy121115.81/124.86)=305.36 = l / i =305.36 / 3.13=97.56150yoyy0.571查钢结构附表得y，T bf235235 1 0.0017 1 0.0017 0.571 0.854y235by 0.85。txmx124.86 100.85 1.589 106NM3 210N /mm 215N /mm22txx0.571 18.84 10 0.834 17.18 102 3AWybxmin平面外长细比和稳定性均满足要求。5.1.4 局部稳定验算对由 2707 组成的 T 形截面压弯构件翼缘：b btr 70787.8615

10、tt7满足局部稳定要求。腹板：trb b0ttw亦满足要求。所选上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。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 S. . . . .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 d =17.5mm 的安装螺栓孔。0首先按段 AH 的轴心拉力 N=118.47kN下弦杆的计算长度 l =393.4cm（取下弦杆 IJ段的长度）oxl =2393.4=786.8cmoy需要N 3A n 22fli x l786.8350i y 2.248cmoy564

11、 的角钢，其截面相关参数为 A=8.78cm ，i =1.73cm，22xi =2.52cm。y5.2.1 长度验算杆段 AHA =A=8.78cm2nN 118.47103134.93N /mm f 215N /mm22A8.78102n杆段 HI杆段 IJN 96.93103110.40N /mm f 215N /mm22A 8.7810n2N 64.6210373.40N /mm f 215N /mm22A8.78102n5.2.2 长细比验算li 350 xxloyi786.82.52yy下弦杆长细比满足要求，所以所选下弦杆截面适用。S. . . . .5.3 腹杆5.3.1 中间竖腹

12、杆 JG对于中间竖腹杆，N=0，l=295cm 2504 组成十字形截面，i i 1.94cm单个角钢504， =0.99cmiminl =0.9 l =0.9295=265.5cm0lo0i可满足要求。5.3.2 主斜腹杆 IK、KG主斜腹杆 两杆采用相同截面 l =2245.8=491.6cm，x力设计值N=+53.85kN所需净截面面积N 3A 22fli x l491.6350i y1.40cmoy选用 2304，T 形截面A=22.76=5.52cm 2.5cm ，22i =0.90cm0.7cm， i =1.491.40cm 可以使用xy5.3.3 腹杆 DIN =-23.19kN

13、，l =0.8 l=0.8155.5=124.4cm，l =l =155.5cmDIoxoy选用404，A=3.09cm ,i =1.22cm，i =1.96cm2xy刚度验算：li 79150 xxl155.51.96oyiyy0.542按bxS. . . . .N23.19100.5423.091023138N /mm f 215N /mm22 Ax5.3.4 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404，只不采用填板。5.3.5 腹杆 HD、DK两者均为拉杆。N=+212.54kN,l=24.58cm。仍选用304，A=2.76c

14、m2验算如下：N 378N / f N /22A 2 =l / i =0.8245.8/0.9=218.49350oxxx可满足要求。5.4 填板设置与尺寸选择双角钢杆件的填板设置与尺寸选择如表 2表2 ib下2955腹杆 3046 屋架节点设计角焊缝强度设计（E43 型焊条） fw160N/mm2f屋架各杆件轴线至各杆件角钢背面的距离 Z 如表 3，表中 Z 为杆件重心00线至角钢背面的距离。S. . . . .表3 Z 000腹4043046.1 支座节点 A6.1.1 下弦杆与节点板间连接焊缝计算N=118.47kN k 0.7 k 取角钢北部焊脚尺寸h mm0.3125h 5mm f1

15、f 2强度要求得背部k N10.7118.47103l 74mm32mm20.7h f20.751601wf1f趾部k N220.7h f0.3118.4710320.75160l w2wf 2f实际焊缝长度采用角钢背部 l=90mm 趾部 l =50mm126.1.2 绘制节点详图按以下方法、步骤和要求画节点大样，并确定节点板尺寸S. . . .011图4 AN=124.86kN， P=P/2=7.18/2=3.59kN1节点板与角钢背部采用塞焊缝连接（取 h = t/2=4mmf111 0取焊脚尺寸=4mm，由节点图中量得实际焊缝长度 l=474mm(全长焊hf 2 l =l2-8mm=4

16、74-8=466mm60h =240mm，f2S. .取最小 l =60，h =240mm 计算，f26M20.7h l66.243106116.1N /mm292.9N /mm2f220.742402f 2 w2N124.8610320.7h l20.74240ff 2 w2 2116.11.22292.9 133.0N /mm f N mm160 / f222w2 ff f焊缝强度可满足要求。6.1.4 底板计算支座反力R=6P=67.18=43.08kN，采用 C20 混凝土柱 =10 N/mm2。fc锚栓直径采用 220，锚栓套板用-401040，孔径 22。（1）底板面积 A底板与钢

17、筋混凝土柱面间的接触面面积A=2222-2（45+0.5 52/4）=424.4 2；cm接触面压应力：R 32q A N /f 10N /22c ab=220mm220mm 适用。（2）底板厚度 t宽计算） M q1 a21（j）122a 1 22斜边221 221.22214.8b 7.4cm1b /a 0.5，查表得 =0.06，代入（j）11 2M q1 a 0.06 1.021 14.810 Nmm21S. . . . .6M61341t mmf215所需底板厚度，取 t=12mm。底板选用-22012220。6.1.5 节点板、加劲肋与底板间的水平连接焊缝的计算（1）节点板与底板间

18、水平连接焊缝承受轴心力N=R/2=43.08/2=21.54kN l 2 2208 424mm焊缝计算长度wN21.54103h f w0.37mm0.7 lf0.7424 1.22160需要wffh 1.5 t 1.5 12 5.2mmf构造要求max采用 h=6mm，满足要求。f（2）加劲肋与底板间水平连接焊缝N=R/2=43.08/2=21.54kN l 4 548 184mmw21.54103h f0.86mm0.7184 1.22160需要采用 h=6mm，满足要求。f6.1.6 加劲肋与节点板间竖向连接焊缝计算加劲肋厚度采用 6mm，与中间节点板等厚。每块加劲肋与节点板间竖向连接焊

19、缝受力：1 R 1 V 10.77 2 22 b2204M V 10.7710 0.59kNmm34焊缝计算长度需要l =(40+63)-10=93mmw22121h V2w20.7l220.7l20.7l fwffwfwfwwff32126 1.582h 1.5 t 1.5 12 5.2mmf构造要求maxS. . . .f6.2.1 按一下方法、步骤和要求绘制节点详图（1）严格按几何关系画出汇交于节点 B 的各杆件轴线（轴线至杆件角钢背面的距离 Z 按表 306.2.2 上弦杆与节点板间连接焊缝计算P=7.18kN12节点荷载 P 假定全部由上弦杆角钢背部塞焊承受，取焊脚尺寸 =3 mm，

20、f（ P 值很小，焊缝强度不必计算。t212 12M N 70Z 103 9.05 7020 103 0.45kNm0图5 由图中量得实际焊缝长度 l =141mm,计算长度 l =l -8mm=141-8=133mm22S. .21 h N2w220.7l ff 2w需要w2ff 2126 0.6432h 1.5 t 1.5 12 5.2mm构造要求采用 h=6mm，满足要求。fmaxf其他上弦一般节点（节点 C、D、E 和 F）的设计方法、步骤等与节点B 相同，节点详图见图 5 所示。因节点 E 和节点 B 的几何关系、受力等完全相同，故节点详图也完全相同。节点 C 和节点 F 的详图也完

21、全相同。6.3 屋脊拼接节点 GN=113.5kNP=7.18kN6.3.1 拼接角钢的构造和计算拼接角钢采用与上弦杆截面相同的 707。拼接角钢与上弦杆间连接焊2缝的焊脚尺寸取 h=6mm。fN113.5103l w 42mm40.7h f40.76160wff拼接处左右弦杆端部空隙 40mm，需要拼接角钢长度707 40 1 24210 25.221.1 196.6mmL 2 l 102.52 cos aw为了保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度 L =350mm。a此外，因屋面坡度较大，应将拼接接角钢的竖肢剖口 = 采用 40mm，如图6 所示，先钻孔在切3割，然后冷弯对齐焊接。6.3.2 绘制节点详图 B 缝尺寸按表 4 拉主斜杆与跨中吊环杆上分别设置直径为 17.5mm 和 13mm 的安装螺栓孔，节点详图如图