三角形屋架设计

钢结构设计原理课程设计——三角形钢屋架结构设计设计时间-1-目录1课程设计指导书……………………………………………………………………62屋架杆件几何尺寸的计算…………………………………………………………63屋架支撑布置………………………………………………………………………73.1屋架支撑………………………………………………………………………73.2屋面檩条及其支撑……………………………………………………………83.2.1截面选择……………………………………………………………………83.2.2强度计算……………………………………………………………………93.2.3强度验算……………………………………………………………………93.2.4荷载计算……………………………………………………………………94屋架的内力计算……………………………………………………………………104.1杆件的轴力……………………………………………………………………104.2上弦杆的弯矩…………………………………………………………………105屋架杆件截面设计…………………………………………………………………105.1上弦杆…………………………………………………………………………115.2下弦杆…………………………………………………………………………125.3腹杆……………………………………………………………………………135.3.1中间竖腹杆JG………………………………………………………………135.3.2主斜腹杆IK、KG……………………………………………………………145.3.3腹杆DI……………………………………………………………………145.3.4腹杆BH、CH、EK、FK……………………………………………………155.3.5腹杆HD、DK………………………………………………………………155.4填板设置与尺寸选择………………………………………………………156屋架节点设计……………………………………………………………………166.1支座节点A…………………………………………………………………166.2上弦一般节点B、C、E、F、D……………………………………………206.3屋脊拼接节点G……………………………………………………………216.4下弦一般节点H……………………………………………………………236.5下弦拼接节点I……………………………………………………………236.6下弦中央节点J……………………………………………………………256.7受拉主斜杆中间节点K……………………………………………………258参考资料…………………………………………………………………………25-2-三角形钢屋架课程设计指导书西南交通大学自考班课程设计任务书——钢屋架设计一、设计资料1.某地区某金工车间，长18×Sm，跨度Lm，柱距Sm，采用无檩屋盖结构体系，梯形钢结构屋架，1.5m×Sm预应力混凝土大型屋面板，膨胀珍珠岩制品保温层（容重4kN/m3，所需保温层厚度由当地温度确定），卷材屋面，屋面坡度i。基本风压W，基本雪压S.活荷载q2.某地区某车间，长18×Sm，跨度Lm，采用有檩屋盖体系，三角形屋架，屋面采用压型钢板0.15Kn/m2，不保温，屋面坡度i。基本风压W，基本雪压S.活荷载q根据附表选择题目。屋架均简支于钢筋混凝土柱子上，混凝土标号为C20，建造地点见附表。屋架所受荷载，包括恒载，活荷载，及风雪荷载等，均应该根分组表采用。大组7组，小组52组，跨度24m，柱距6m，雪荷载0.75，风压0.3，屋面坡度0.42，屋面荷载0.5。二、设计内容与要求1.选择计算跨度，节间划分和腹杆形式，选用钢材以及焊条；2.布置屋盖支撑，说明各支撑布置的必要性和作用，并按比例绘制出支撑布置图；3.可用图解法或者查手册等方法求得半跨单位荷载作用下的杆力系数4.荷载计算5.杆力组合6.选择杆件截面，列表汇总7.节点设计8.施工图绘制（包括绘制平面布置图、支撑布置图和一榀钢屋架设计详图，详图中必须至少包含屋脊节点详图、跨中下弦节点详图和支座节点详图）三、其它补充技术资料1）三角形屋架三角形屋架上弦坡度一般为i=1/2~1/3，跨度一般为18~24m之间，适用于屋面坡度较大的有檩体系屋盖。三角形屋架与柱只能做成铰接，故房屋的横向刚度较低，且屋架弦-3-杆的内力变化较大，在支座处最大，跨中较小，故弦杆用同一规格截面时，其承载力不能得到充分利用。2）梯形屋架梯形屋架上弦坡度一般为i=1/8~1/20，跨度可达36m，适用于屋面坡度较小的屋盖体系。梯形屋架的外形接近于弯矩图，各节间弦杆受力较弱，且腹杆较短。梯形屋架与柱的连接可做成刚接也可做成铰接。当做成刚接时，可提高房屋的横向刚度，因此是目前工业厂房无檩体系屋盖中应用最广的屋盖形式。3）选型参数常用屋架高度为：三角形屋架一般取h=(1/4~1/6)l。梯形屋架当上弦坡度为1/8~1/12时，跨中高度取h=(1/6~1/10)l，跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大）时取大值。梯形屋架的端部高度，当屋架与柱铰接时取1.6~2.2m，刚接时取1.8~2.4m，端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。对于跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。为此，对跨度L≥15m的三角形屋架和跨度L≥24m的梯形屋架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱来抵消屋架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500左右。4）屋盖支撑钢屋盖和柱组成的结构体系是一平面排架结构，纵向刚度很差，在荷载作用下，存在着所有屋架同向倾覆的危险。此外，在这样的体系中，由于檩条和屋面板均不能作为上弦杆的侧向支承点，故上弦杆在受压时，极易发生侧向失稳现象，如图中虚线所示，其承载力极低。在屋盖两端或中部适当位置的相邻两榀屋架之间，设置一定数量的支撑，沿屋盖纵向全长设置一定数量的纵向杆件（系杆），将屋架连成一空间结构体系，形成屋架与支撑桁架组成的空间稳定体系。目的是保证整个屋盖的空间几何不变性，从而阻止屋架上．下弦侧移，大大减小其自由长度，提高屋架弦杆的承载力。同时，可保证屋盖结构安装时的稳定和方便。钢屋盖支撑主要由上弦横向水平支撑．下弦横向水平支撑．下弦纵向水平支撑．垂直支撑及系杆组成。5、钢屋架节点设计的基本要求和构造要求基本要求（1）角钢屋架各汇交的杆件一般焊接于节点板上，组成屋架节点。杆件截面重心轴线汇交于节点中心，截面重心线按所选用的角钢规格确定，并取5mm的倍数。-4-（2）除支座节点外，屋架其余节点宜采用同一厚度的节点板，支座节点板宜比其他节点板厚2mm。（3）节点板的形状应简单，如矩形．梯形等，以制作简便及切割钢板时能充分利用材料为原则。节点板的平面尺寸（长度．宽度），宜为5mm的倍数，可根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度作出大样图来确定，在满足传力要求的焊缝布置的前提下，节点板尺寸应尽量紧凑。在焊接屋架节点处，腹杆与弦杆．腹杆与腹杆边缘之间的间隙a不小于20mm，相邻角焊缝焊趾间距应不小于5mm；屋架弦杆节点板一般伸出弦杆10~15mm；有时为了支承屋面结构，屋架上弦节点板（厚度为t）一般从弦杆缩进5~10mm，且不宜小于（t/2+2）mm。（4）角钢端部的切断面一般应与其轴线垂直；当杆件较大，为使节点紧凑。（5）单斜杆与弦杆的连接应避免偏心弯矩。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15°。在单腹杆的连接处，应计算腹杆与弦杆之间节点板的强度。（6）支承大型屋面板的上弦杆，当屋面节点荷载较大而角钢肢厚较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。节点构造（1）下弦中间节点弦中间节点，当弦杆无弯折时，其连接构造按有关规定进行。（2）上弦中间节点支承大型屋面板或檩条的屋架上弦中间节点，为放置集中荷载下的水平板或檩条，可采用节点板不向上伸出．部分向上伸出和全部伸出的做法。节点板不伸出的方案。此时节点板缩进上弦角钢肢背，采用横焊缝焊接，于是节点板与上弦之间就由槽焊缝和角焊缝传力。节点板的缩进深度不宜小于(t1/2+2)mm，也不宜大于t1，t1为节点板的厚度。节点板部分或全部伸出的方案。当节点板伸出不妨碍屋面构件的安放时，可采用该方案。（3）弦杆拼接节点当角钢长度不足．弦杆截面有改变或屋架分单元运输时，弦杆常需要拼接。前两者为工厂拼接，拼接点通常在节点范围之外；后者为工地拼接，拼接点通常在节点处。工厂拼接双角钢杆件采用拼接角钢拼接，拼接角钢宜采用与弦杆相同的规格（弦杆截面改变时，-5-与较小截面的弦杆相同），并切去竖肢及角钢背直角边棱。切肢Δ=t+hf+5mm以便施焊，其中t为拼接角钢肢厚，hf为角焊缝焊脚尺寸，5mm为余量以避开肢尖圆角；切边棱是为使之与弦杆密贴，切去部分由填板补偿。单角钢杆件宜采用拼接钢板拼接，拼接钢板的截面面积不得小于角钢的截面面积。工地拼接屋架的工地拼接节点，通常不利用节点板作为拼接材料，而以拼接角钢传递弦杆内力。下弦中央拼接节点，拼接角钢长度l=2lw′+b，lw′为下弦杆一侧与拼接角钢连接焊缝的长度，b为间隙，一般取b=（10~20）mm。屋脊拼接节点的拼接角钢一般采用热弯形成，当屋面较陡需要弯折较大且角钢肢宽不易弯折时，可将竖肢开口（钻孔．焰割）弯折后对焊。拼接角钢长度l=2lw′+b，一般取b=（10~20）mm，当截面垂直上弦切割时所需间隙稍大，常取b=50mm左右。当为工地拼接时，为便于现场拼装，拼接节点需要设置安装螺栓。因此，拼接角钢与节点板应焊于不同的运输单元，以避免拼装中双插的困难。也可将拼接角钢单个运输，拼装时用安装焊缝焊于两侧。（4）屋架支座节点屋架支座节点可做成铰接或刚接。屋架铰接支座节点支承于混凝土柱或砌体柱的屋架，其支座节点常设计为铰接。屋架支座节点处各杆件汇交于一点，为保证底板的刚度．力的传递以及节点板平面外刚度的需要，支座节点处应对称放置加劲板，加劲板的厚度取等于或略小于节点板的厚度，加劲板厚度的中线应与各杆件合力线重合。为便于施焊，下弦角钢背与底板间的距离e一般应不小于下弦伸出肢的宽度，且不小于130mm；梯形屋架端竖杆角钢肢朝外时，角钢边缘与加劲板中线距离不宜小于50mm。屋架刚接支座节点屋架支座节点设计成刚性连接时，为使支座节点板不致过大，屋架弦杆和斜腹杆的轴线一般汇交于柱的内边缘。采用安装焊缝加支托的刚接支座节点支座斜腹杆为上升式，的支座斜腹杆为下降式。安装时屋架端节点板与焊在柱翼缘上的竖直角钢相靠，在节点板另一侧加竖直肋板，屋架就位再焊三条竖焊缝，竖直角钢下的短角钢为安装支托。上弦节点一般另加盖板连接，连接盖板的厚度一般为8~14mm，连接角焊缝的焊脚尺寸为6~10mm。-6-课程设计报告书正文设计资料1、设计资料及说明梗据三角形屋架的要求：三角形屋架上弦坡度一般为i=1/2~1/3，跨度一般为18~24m之间，适用于屋面坡度较大的有檩体系屋盖。三角形屋架与柱只能做成铰接，故房屋的横向刚度较低，且屋架弦杆的内力变化较大，在支座处最大，跨中较小，故弦杆用同一规格截面时，其承载力不能得到充分利用。所以本次设计采用题目2.设计一位于x地区x车间的单跨屋架结构（封闭式），主要参数如下：1、单跨屋架，平面尺寸为36m×24m，S=6m，即单跨屋架结构总长度为36m，跨度为24m，柱距为6m。2、屋面材料为压型钢板3、屋面坡度i=0.42。恒载为0.5kN/m2,活（雪）载为0.75kN/m2。4、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高6m。5、钢材标号为Q345-B.F，其设计强度值为f=310N/mm2。6、焊条型号为E43型。7、荷载计算按全跨永久荷载+全跨可变荷载（不包括风荷载）考虑，荷载分项系数取：γG=1.2，γQ=1.4。2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=0.42,屋面倾角α=arctg（0.42）=22.78°，sinα=0.3872，cosα=0.92