钢结构课程设计之三角形钢屋架设计

16 届课程设计     钢结构屋架设计 学生姓名       田高生        学    号     3041212204      所属学院 水利与建筑工程学院  专    业       土木工程      班    级         16-4        指导教师         吴英        日    期       2014.12      塔里木大学教务处制 目    录 1.设计资料    1 2.屋架杆件几何尺寸的计算    1 3.支撑布置    1 3.1檩条布置    2 3.2荷载计算    2 3.3檩条的均布荷载设计值      2 3.4强度验算    3 3.5整体稳定性验算    3 3.6刚度验算    3 4.屋架设计    3 4.1屋架节点荷载计算:    3 4.2屋架杆件内力计算    4 4.3屋架杆件截面设计    4 4.4填板设置与尺寸选择    8 5.屋架节点设计    9 5.1支座节点A    9 5.2上弦一般节点B、C、E、F、D    12 5.3屋脊拼接节点G    13 5.4下弦拼接节点I    15 5.5下弦中央节点J    17 5.6受拉主斜杆中间节点K    17 6.参考资料    18 6.致谢    19 1.设计资料 某厂房总长度为90m，跨度为21m，柱距为6m。采用钢筋混凝土柱，柱的混凝土强度等级C30，屋面坡度i=1:3,L为屋架跨度，地区计算温度高于-20℃，无侵蚀性介质，地震设防烈度为8度，屋架下弦标高为18m。厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制),锻锤为2台5t. 屋架采用的钢材，焊条为E50型，Q345钢。屋架及支撑自重按经验公式q=0.12+0.011L。基本风压为0.50kN/m2，雪荷载为0.3kN/m2,积灰荷载为1.3kN/m2,保温层的荷载 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 值为0.65kN,檩条及拉条自重为0.20kN/m，屋面活荷载为0.50kN/m2,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， 屋面坡度为 i=1：3, 屋面倾角 α=arctan（1/3）=18.44°，sinα=0.3162，cosα=0.9487 屋架跨中高度      h= l0×i/2=21000/(2×3)=3450mm 上弦长度          L=l0/2cosα≈10910mm 节间长度          a=L/6=9329/6≈1818mm 节间水平段投影尺寸长度    a'=acosα=1818×0.9487=1725mm 根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示 图1 屋架形式及几何尺寸 3.支撑布置 根据屋面材料的最大容许檩距，根据厂房长度90m，跨度为21m，有中级工作制吊车及第一开间，可在厂房两端的第二开间设置一道上弦横向水平支撑和下弦横向水平支撑在同一开间两相邻屋架腹板间设置两道垂直支撑。上弦檩条可 兼做条杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道，此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆。 图2 屋盖支撑布置 3.1檩条布置 选用I22a热轧普通槽钢做檩条，由型钢表查的其自重为24,99kN/m=0.25kN/m Wx=217.6cm2 Wymin=28 Ix=2393.9cm4,ix=8.67cm iy=2.23cm 3.2荷载计算 永久荷载      q=0.12*0.011L=0.351(kN/m2) 屋架支撑及自重            0.638（kN/m2） 压型钢板        0.58*1.818=1.054（kN/m2） 保温层                    1.1182（kN/m2） 檩条及拉杆自重            0.25  （kN/m2） 合计                    gk=2.486 （kN/m2） 可变荷载计算 积灰荷载                  7.73 （kN/m2） 基本风压荷载            0.287  （kN/m2） 屋面活荷载              0.862  （kN/m2） 合计                    qk=3.391（kN/m2） 3.3檩条的均布荷载设计值  q= Ggk+ Qqk=1.2×0.588+1.4×0.35=1.20kN/m2 qx=q*cosα=7.33kN/m qy=q*sinα=2.44kN/m 3.4强度验算 檩条的跨中弯距设计值 X方向： Y方向：    （在跨中设了一道拉条） 檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处 满足要求。 3.5整体稳定性验算 因在檩条跨中设有一道刚拉条，故可不进行该项验算。 3.6刚度验算 验算与屋面垂直平面的相对挠度，按短期荷载效应组合进行。 荷载标准值：qy=(qk+gk)*cosα=5.576kN/m 沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度： 能满足刚度要求。 4.屋架设计 4.1屋架节点荷载计算: 檩条作用在屋架上弦的集中力为： Q=2*（q1+g1)*l/2=46.38kN/m 屋架和支撑自重： 0.12+0.011L=0.351kN/m2 屋架节点荷载设计值为： F=3Q+0.351*6*1.725=50kN 4.2屋架杆件内力计算 芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷载作用下，腹杆内力不变号，故只按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据《建筑结构静力计算手册》，对于十二节间芬克式桁架，,屋架及荷载是对称的，所以只需计算半个屋架的杆件轴力。 计算出的内力如表1所示。 表1 桁架杆件内力组合设计值 杆件 内力系数 内力设计值/kN(P=10kN) 上弦杆 AB BC CD DE EF FG -17.39 -16.13 -16.76 -16.44 -15.18 -15.81 -869.5 -806.5 -838.0 -822.0 -759.0 -790.5 下弦杆 AH HI IJ +16.50 +13.50 +9.00 +825.0 +675.0 +450.0 腹杆 DI BH、CH EK、FK HD、DK IK KG GJ -2.85 -1.34 -1.34 +3.00 +4.50 +7.50 0 -142.5 -67.0 -67.0 +150 +225 +375 0         注：负为压杆，正为拉杆。 4.3屋架杆件截面设计 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内力有关。根据弦杆最大内力Nmax=-869.5kN,查《钢结构设计及实用计算》P83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14mm,其它节点板厚为16mm，且支座节点板比其他节点板厚2mm。 （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形截面压弯构件，以避免采用不同截面时的杆件拼接。按AB杆段之最大内力NAB=-869.5kN选择截面。 弯矩作用平面内的计算长度        lox=1818mm loy=3636mm 选用2L110x12组成的T型截面，节点板厚14mm，由附表3-26得A=50.4cm2,ix=3.35cm iy=5.11cm 长细比： λmax=λy=71.2由表7-2（b类截面）φ=0.7438 σ= 故截面合适。 （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。按最大内力NAH=+825kN计算屋架平面内计算长度按最大节间IJ，即lox=460cm，屋架平面外计算长度因跨中有一道系杆，故loy=1035cm。 下弦所需要截面面积为： 选用2∟100*80*8短肢的角钢，其截面相关参数为 A=27.888cm2，ix=2.37cmiy=4.88cm σ= 故所选截面合适。 （3）腹杆 一.中间竖腹杆JG 对于中间竖腹杆，N=0， =345cn 对连接垂直支撑的桁架，采用2∟56×4组成十字形截面， 单个角钢∟56×4， =2.18cm =0.9 l =0.9×345cm=310.5cm =0.9 l =0.9×295=265.5cm 可满足要求。 对不连接垂直支撑的屋架WJ-1，选用L56x4单角钢，并受拉支撑 验算长细比： iyo=1.11cm 满足要求。 二.主斜腹杆IK、KG 主斜腹杆IK、KG两杆采用相同截面，lox=287.5cm，loy=2*287.5=575cm， 内力设计值      N=+375kN 选用2L75x8组成的T型截面，查表3-26得： 所需净截面面积: A=23cm2      ix=2,78cm    iy=3.65cm