钢屋架课程设计指导书及参考例题

钢屋架课程设计指导书

一、教学要求

1、了解普通钢屋架设计的全过程；

2、学习结构施工图的绘制和结构计算书的编制方法

3、了解钢屋盖支撑体系的作用并能正确布置支撑；

4、掌握钢屋架的内力计算、杆件截面选择，节点设计的方法；

5、掌握焊接连接的构造要求。

二、屋架形式及主要尺寸的确定

在确定钢屋架外形时，应满足适用、经济和制造安装方便的原则。腹杆和节点数量少，应使短杆受压，长杆受拉，杆件夹角宜在30°～60°之间。

屋架的主要尺寸包括屋架的跨度、高度、节间宽度。跨度一般以3m为模数。计算跨度：L0=L-2×150mm 卷材防水屋面上弦坡度为：1/8～1/12 时，跨中高度一般为：（1/6～1/10）L；端部高度常用：H0＝1.8～2.2m；上弦节间长度应等于大型屋面板的宽度。

三、支撑布置

根据车间长度，屋架跨度，荷载情况，以及吊车设置情况，宜布置两道上、下弦横向水平支撑，垂直支撑和系杆，屋脊节点及屋架支座处沿厂房通长设置刚性系杆，屋架下弦沿跨中通长设一道柔性系杆。凡与支撑连接的屋架可编号为GWJ—A，其它编号均为GWJ—B。

四、屋架的内力计算

1、计算的基本假定

节点均为铰接；所有杆件的轴线均位于同一平面内，且同心交汇于节点；荷载均用于节点。

2、荷载计算

屋面活荷载与雪载一般不会同时出现，可取其中较大者进行计算。

屋架沿水平投影面积分布的自重（包括支撑）可按经验公式计算。

荷载计算中，因屋面坡度较小，风荷载对屋面为吸力，起卸载作用，对重屋盖可不考虑，所以各荷载均按水平投影面积计算。

3、荷载组合

设计屋架时，应考虑以下三种荷载组合：

（1）全跨永久荷载+全跨可变荷载

（2）全跨永久荷载+半跨可变荷载

（3）全跨屋架与支撑自重+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载

4、内力计算

按图解法、解释法、电算法均可计算屋架各杆内力。

先求出单位荷载作用于各节点时的内力，即内力系数，然后可求出当荷载作用于全跨及半跨各节点时的杆件内力，并求出三种荷载组合下的杯件内力．取其中不利内力（正、负最大值）作为设计屋架的依据。可列表计算。

跨中附近斜腹件的内力发生变号，由于考虑了施工阶段荷载的不利分布。如果按照正确的施工方法，屋面板采用对称吊装，就不会出现杆件内力的变号。

五、杆件的计算长度和长细比

表1 桁架弦杆和单系腹杆的计算长度l 0

注：1. l 为构件的几何长度(节点中心间距离)；l 1为桁架弦杆侧向支承点之间的距离。2. 斜平面系指与桁架平面斜交的平面，适用于构件截面两个主轴均不在桁架平面内的单角钢腹杆和十字形截面的腹杆。当桁架弦杆侧向支承点之间的距离为节间长度的2倍，且两节间的弦杆轴心压力不相同时，弦杆（包括再分式腹杆体系中的受压腹杆）在平面外的计算长度应按下式计算：)25

.075.0(1

2

10

N N l l += 2、长细比

压杆：λ≤[λ]=150

拉杆：λ≤[λ]=350 有重级工作制吊车时λ≤[λ]=250

六、杆件截面形式和截面选择（具体条件、公式等参见教材相关章节及例题）

屋架跨度不大于30m 时，上弦、下弦可不改变截面，按最大内力设计。

上弦杆计算长度，在屋梁平面内，为节间轴线长度。在屋梁平面外，根据支撑布置和内力变化情况（按大型屋面板与屋梁保证三点焊，故取两块屋面板宽度），其计算长度大于屋架平面内计算长度，故截面宜选用两个不等肢角钢，短肢相并。原则：λx ≈λy 。

节点板厚度需按腹杆的最大内力选用。 轴心拉杆，可按强度要求选择截面。

轴心压杆，可先假定长细比（弦杆λ=50～100，腹杆80～120）查表得?值，即可计算所需面积A ，选择截面再进行验算。

屋架所有的杆件还应满足长细比限值的要求。

1、上、下弦杆l 0x =l ，l oy =l 1，一般l 0y ＞＞l 0x （2倍以上）故通常采用短肢相并的不等边角钢T 形截面(i y /i x ≈2.8)。

2、支座腹杆

支座腹杆l l l y x ==00，故通常采用长肢相并的不等边角钢T 形截面(i y /i x ≈0.9)。 3、一般腹杆

一般腹杆25.1/,,8.00000===x y y x l l l l l l ，故通常采用等边角钢T 形截面(i y /i x ≈1.5)。 4、跨中腹杆

桁架正中竖杆，为保证屋架在运输和安装的方便，以及与正中垂直支撑和系杆连接不偏心，并获得较大的刚度，通常采用等边角钢组成十形截面。

5、填板的设置

双角钢T 形或十形截面是组合截面，应每隔一定间距在两角钢间放置填板，以保证两个角钢能整体共同受力。

填板间距对压杆用l d ≤40i 1，对拉杆用l d ≤80i 1，i 1一个角钢对1－1形心轴的回转半径，一般杆件，每个节间的填板数2个（T 形截面）和3个（十形截面）；在侧向支承点间距≥2个节间的连续直通弦杆或腹杆中，每节间的填板数一般不得少于1个。

6、截面选择

普通钢屋架中所采用的角钢规格不宜小于L50×5或L75×50×5。为了便于钢材备料，在同一榀屋架中，角钢规格不宜过多，一般为5～6种。

七、节点设计（具体条件、公式等参见教材相关章节及例题） 1、节点设计的基本要求

（1）各杆件的形心线位置尽量与屋架几何轴线重合，并交于节点中心，以避免由于偏心所产生的附加弯距。（焊接桁架中应调整称5mm 的倍数）

（2）节点强度一般应高于相连接的杆件的承载力。 （3）节点的传力路线明确，构造形式便于制作和安装。

（4）角钢的切断面一般与其轴线垂直，需要斜切时只能切肢尖。 2、节点板设计

节点的设计一般步骤是：

先根据腹杆的内力计算腹杆与节点板连接焊缝的焊脚尺寸和焊缝长度，然后根据此焊缝长度的大小按比例绘出节点板的形状和大小，最后验算弦杆与节点板的连接焊缝。

用作图法求节点板的形状和大小时，应按角度准确画出各杆件的轴线和轮廓线，各杆件的形心线应尽量与杆件轴线重合并取5mm 的整数，再考虑杆件之间应有的间隙以及制作、装配等误差，按比例绘出各杆件端部及腹杆焊缝的位置，在此基础上作出节点详图。

节点板的形状和尺寸在绘制施工图时决定，形状应尽可能简单、规则，至少有两边平行。如矩形、梯形、直角梯形等。节点板厚度按表7.6选定，同一榀屋架中除支座节点板比其它节点板厚2mm 外，其余厚度均一致。按比例画出各杆件尺寸，考虑构造要求后（各杆件之间应留有空隙a ，在承受静力荷载时a≥20mm ，在承受动力荷载时a≥50mm ）；画出各杆件在节点处角钢切断位置。桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定应符合：

①对有竖腹杆的节点板，当 y f t c /23515/ 时，可不计算稳定，否则应进行稳定计

算。且y f t c /23522/≤ 。（t 节点板厚度）

②对无竖腹杆的节点板，当y f t c /23510/≤时，可不计算稳定，否则应进行稳定计算。且y f t c /2355.17/≤。

3、节点的计算与构造（参见教材相关章节及例题）

八、施工图绘制

屋架施工图是指导钢结构构件制造和安装的技术文件，同时也是编制工程预算的依据和工程竣工后的存档资料。因此，务须做到清晰、明确，准确无误，表达详尽。施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。

起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度≥24m 的梯形屋架和跨度≥15m 的三角形屋架，中间起拱约为跨度的1/500。

1、通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。左半标出几何长度，右半杆件的计算内力值。并注明屋架跨中央的起拱高度（屋架图上不必表示）。

2、屋架的正面图。其轴线图与节点图可取不同比例，如轴线可用1:30～1:20，杆件截面和节点尺寸可用1:15～1:10，以使节点画清楚些。

3、屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的剖面图，零件图。4．施工图上应注明各零部件的型号和主要几何尺寸，包括加工尺寸（宜取5mm 的倍数）、定位尺寸、孔洞位置以及对工厂制造和工地安装的要求。定位尺寸主要有：节点中心至各杆件杆端和至节点板边缘（上、下和左、右）的距离、轴线至角钢肢背的距离等。螺栓孔位置要符合螺栓排列的要求。工厂制造和工地安装要求主要包括：零部件切角、切肢、削棱、孔洞直径和焊缝尺寸等均应在施工图中注明。工地安装焊缝和安装螺栓应标注其符号。

5、施工图中的各零部件应加以详细编号，其次序按主次、上下和左右排列。完全相同的零部件用同一编号，如两个零部件形状和尺寸完全一样，仅因开孔位置或切角等不同，使两构件成镜面对称时，可采用同一编号而只须在材料表中用正、反字样注明，以示区别。

6、编制材料表，把所有杆件和零部件的编号、规格、长度、数量（正、反）及重量等均填于表中，以备配料和计算用钢量，并可供配备起重和运输设备时参考。

7、文字说明。其内容主要有：钢材的钢号、焊条型号和焊接方法、质量要求，图中未注明的焊缝和螺栓孔尺寸，防锈处理方法，以及运输、安装和制造要求等。此外，对一些在施工图上难以用图而宜用文字表达清楚的内容亦可用文字加以说明。

参考例题如下：