钢屋架设计算例1复习过程

钢屋架设计算例1标志跨度与计算跨度：标志跨度:是柱网轴线的横向间距，以3m为模数(18m、21m、24m、27m、30m、36m)计算跨度:是屋架两端支座反力的距离

一、跨度封闭结合：Lo=L-(300~400mm)非封闭结合：Lo=L边柱外缘和墙内缘与纵向定位轴线相重合。

边柱外缘与纵向定位轴线之间加联系尺寸。本例：屋架计算跨度:L–2×0.15=21–2×0.15=20.7m2

端部高度：

对于缓坡梯形屋架，铰接时端高为1.8～2.1m，刚接时端高为1.8～2.4m。跨中高度：

为标志跨度，为屋架坡度图1屋架尺寸及几何形式（单位：mm）本例：屋架尺寸及几何形式如下图1：二、高度根据经济、刚度、建筑要求屋面坡度、运输条件3常用大型屋面板的尺寸为1.5m×6m，少数情况也有用3m×6m或1.5m×9m、1.5m×12m的关于屋架节点的说明图1屋架尺寸及几何形式（单位：mm）屋架上弦节间的划分应根据屋面材料而定，要尽量使屋面荷载直接作用在屋架节点上，避免上弦杆产生局部弯矩。当采用檩条时，根据檩条间距而定，一般取0.8m～3.0m。若采用大型屋面板时，上弦节间长度应等于屋面板的宽度，一般取1.5m或3m；4二、屋盖支撑布置上弦横向水平支撑:

两端柱间各设一道下弦横向水平支撑:两端柱间各设一道纵向水平支撑：垂直支撑：

屋架跨中和两端共设三道垂直支撑系杆

屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点设置一道纵向通长的柔性系杆5上弦支撑下弦支撑图2屋面支撑布置图（单位：mm）6781、屋架分布荷载永久荷载：屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等）屋架及支撑天窗及吊顶的自重三、屋架荷载计算与组合《建筑结构荷载规范》GB50009-2012可变荷载：使用活荷（悬挂吊车、屋面活荷、积灰等）风荷载雪荷载①荷载都作用在节点上；②杆件等截面；③各杆件轴线均为直线，相交于节点的中心；④各节点均为理想的铰接。91）永久荷载：屋面构造（屋面板、保温、防水、檩条等）屋架及支撑天窗及吊顶的自重、悬挂管道等屋架及支撑：按经验公式g=0.12+0.011l(1-1)l—屋架的跨度(m)2）屋面均布活荷载或雪荷载：屋面均布活荷载，与雪荷载不同时考虑，而取其中的较大者。102、屋架节点荷载与局部弯矩1）仅有节点荷载时：2）有节间荷载时：①将节间荷载分配到相邻的节点上，按只有节点荷载作用的屋架计算各杆内力。aaaaaaaaaaaaaaaa11②直接承受节间荷载的弦杆为压弯构件（N，M）。③局部弯矩M理论上应按弹性支座上的连续梁计算。简化计算M0为将上弦节间视为简支梁所得跨中弯矩。122、荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：全跨永久荷载+全跨可变荷载

全跨永久荷载

+半跨可变荷载全跨屋架及支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载（施工阶段）（使用阶段）13三、荷载与内力计算1、荷载计算

根据荷载规范，屋面活荷载与雪荷载不会同时出现，取两者较大值者（屋面活荷载0.3kN/m2<雪荷载0.4kN/m2，取雪荷载为0.4kN/m2）计算。共3.42kN/m2

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1）使用阶段恒荷载和活荷载引起的节点荷载设计值P恒及P活

P恒=3.42×1.5×6=30.78kNP活=1.19×1.5×6=10.71kN2）施工阶段恒荷载和半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载引起的节点荷载设计值P恒及P活P恒=0.42×1.5×6=3.78kNP活=（1.68+0.63）×1.5×6=20.97kN15

3、内力计算

本设计采用数值计算杆件在单位节点力作用下各杆件内力系数（单位节点力分别作用于全跨、左半跨、右半跨），单位节点力作用左半跨示意图如图3所示，杆件内力计算结果见表2。图3单位节点力作用左半跨示意图16内力计算：

1.电算法：结构力学求解器。

2.应用图解法17表2内力计算结果18四、杆件截面设计1、杆件的计算长度19关于屋架平面外的计算长度loy的说明上弦杆：l0y=l1腹杆：l0y=l(节件长度）l0x=l1/2l0y=l1有檩屋盖无檩屋盖l0x=2b下弦杆：l0y=l1202、杆件容许长细比21杆件截面选取的原则：等稳定原则3、杆件截面形式22①上弦：垫板无节间荷载时，在一般支撑布置下，loy＝2lox；为满足λx＝λy；应使iy＝2ix，故采用两不等边角钢短肢相并；有节间荷载时，两不等边角钢长肢相并或两个等肢角钢组成的Τ形截面23②下弦：

下弦杆可采用双等肢角钢或两不等肢角钢短肢相并的T形截面垫板24③支座斜杆及竖杆：两不等肢角钢长肢相并④其它腹杆：两等肢角钢相并⑤与竖向支撑相连的竖腹杆，用“＋”字截面25

为了保证双角钢共同作用，在双角钢之间至少设两块垫板，且使压杆中垫板间距l0≤40i，拉杆l0≤80i（i为单角钢绕1-1轴回转半径）4、填板265、节点板厚度中间节点板均采用一种厚度，支座节点板厚度比中间的增大2mm。节点板的厚度对于梯形普通钢桁架等可按受力最大的腹杆内力确定，对于三角形普通钢桁架则按其弦杆最大内力确定。腹杆最大内力N=-300.87kN，中间节点板厚度选用10mm，支座节点板厚度选用12mm。27①应选用相同截面积下宽肢薄壁角钢，增加截面的回转半径，这对压杆尤为重要。但最薄不能小于4mm；

拉杆：强度，刚度压杆：强度，稳定，刚度。压弯构件：强度，稳定，刚度。6、杆件截面选择杆件截面选取的一般原则：④弦杆一般沿全跨采用等截面，但对跨度大于24m的三角形桁架和跨度大于30m的梯形桁架，可根据内力变化改变弦杆截面，但在半跨内只宜改变一次，且只改变肢宽而保持厚度不变，以便拼接的构造处理。②为了防止杆件在运输和安装过程中产生弯曲和损坏，角钢的尺寸不宜小于L45×4或L56×36×4（对焊接结构），或L50×5（对螺栓连接的结构）。③角钢规格应尽量统一，宜调整到不超过5~6种。同时应尽量避免使用同一肢宽而厚度相差不大的角钢，同一种规格的厚度之差不宜小于2mm，以便施工时辨认。28

轴心拉杆：按强度确定杆件所需要的截面面积：式中：——杆件的计算轴心力。

——钢材的抗拉设计强度；当用单角钢单面连接应乘以折减系数0.85。根据从角钢规格表中选合适的角钢。

轴心压杆：按稳定条件计算所需要毛截面面积：式中：—轴心受压杆件的稳定系数29由于、都是未知数，因此不能直接计算所需要的面积，应采用试算法选择截面，通常先假定长细比:

一般弦杆:60～100

腹杆:100～120

查出相应的代入式（2.21）计算截面A，同时算出回转半径、。根据、和从角钢规格表中选择角钢，再进行验算，这样反复一、二次，即可得到合适的角钢。30根据平面内外的计算长度，上弦截面选用两个不等肢角钢，短肢相并。设λ=60，φ=0.807。

1.上弦杆件整个上弦杆采用等截面，按FG杆件的最大内力设计，即N=-479.04kN。（[λ

]=150）上弦杆计算长度：l0x=l0=1.508ml0y=3m31验算故截面面积:需要的回转半径：ix=l0x/λ=1508/60=25.1mm，

iy=l0y/λ=3000/60=50.0mm选用2L140×90×10（短肢相并），A=4240mm2，ix=25.6mm，iy=67.7mm32验算对称轴y的稳定承载力：换算长细比故满足要求。33

2.下弦杆件整个下弦杆也采用等截面，采用最大内力设计，即

N=470.781kN。下弦杆为受拉杆，可只计算平面内的长细比，计算长度系数为1.0，计算长度l0x=l0=3m需要的净截面面积为选用2L140×90×10（短肢相并），A=4240mm2，ix=25.6mm，iy=67.7mm。34验算：

在节点设计时，栓孔中心到节点板近端边缘距离不小于100mm，可以认为节点板的加强足以弥补孔洞的削弱，故截面验算中不考虑栓孔对截面的削弱，按毛截面验算（[λ

]=350）满足要求。35

3.端斜杆aB

N=-300.87kN,l0x=2530mm,l0y=2530mm

需要的净截面面积为

选用2L140×90×8（长肢相并），A=3608mm2，ix=45mm，iy=36.2mm。[λ]=150验算36换算长细比故满足要求。37

4.斜腹杆dH

N=46.82kN,l0x=0.8l=0.8×3390=2716mm,l0y=3390mm

需要的净截面面积为

选用2L80×5（两等边角钢），A=1582mm2，ix=24.8mm，iy=35.6mm，

[λ

]=150。验算38故满足要求。5.

竖杆dG所有竖