轻型屋面三角形钢屋架12米跨度

钢结构课程设计

（说明书）

题目 12m轻型屋面三角形钢屋架设计

指导教师付建科

学生朗

学号 2011106143

专业材料成型及控制工程

班级 20111061班

完成日期 2014 年 6 月 19 日

轻型屋面三角形钢屋架设计说明书

学 生：孟杰 学号：2011106141

指导教师：付建科 （三峡大学 机械与材料学院）

1 设计资料与材料选择

设计一位于市近郊的单跨屋架结构(封闭式)，要求结构合理，制作方便，安全经济。原始资料与参数如下：

①、单跨屋架总长36m,跨度12m ，柱距S=4m ；

②、屋面坡度i=1∶3，恒载0.3kN/mm 2，活(雪)载0.3kN/mm 2； ③、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高6m ； ④、屋面材料：波形石棉瓦(1820×725×8)； ⑤、钢材标号：Q235-B.F,其设计强度为215N ∕mm 2 ⑥、焊条型号：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)，荷载分项系数取： γG =1.2，γQ =1.4。

2 屋架形式及几何尺寸

对于于屋面坡度较大(i ≤1/8)的屋盖结构多用三角形钢屋架，而且三角形芬克式轻型钢屋架一般均为平面桁架式，其构造简单，受力明确，腹杆长杆受拉，短杆受压，受力较小，且制作方便，易于划分运送单元，适用于坡度较大的构件自防水屋盖。本课题采用八节间的三角形芬克式轻钢屋架。已知屋面坡度i=1∶3，即，

屋面倾角： 43.18)/31arctan(==α

3162.0sin =α 9487.0cos =α

屋架计算跨度：L 0=L-300=12000-300=11700mm

屋架跨中高度：mm i L h 19503211700

20=⨯=⨯=

上弦长度： mm L l 89.61579487.0211700

cos 200=⨯==α

上弦节间长度：mm l

l 47.15394

0==

上弦节间水平投影长度：mm l a 5.14629487.047.1539cos =⨯=⋅=α

根据已知几何关系，求得屋架各杆件的几何长度如图1所示(因对称，仅画出半榀屋架)。

3 屋架支撑布置

3.1屋架的支撑

①.在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面和下弦平面横向支撑(如图2)。

②.在与横向支撑同一柱间的屋架长压杆D-2和D-2′处各设置一道垂直支撑，以保

证长压杆平面的计算长度符合规要求。

③.对于有檩屋架，为了协调支撑，在各屋架的下弦节点2和2′各设置一道通长柔

性水平系杆，始、终端连于屋架垂直支撑的下端节点处。

④.上弦横向支撑和垂直支撑节点处的水平系杆均由该处的檩条代替。

3.2屋面檩条及其支撑 1.确定檩条

波形石棉瓦长1820mm ，要求搭接长度≧150mm ，且每瓦至少要有三个支承点，因此最大檩条间距

mm a 8351

3150

1820max =--=

则半榀屋面所需檩条数

根4.81835

4

47.1539=+⨯=

p n

考虑到所需平面横向支撑节点处必须设置檩条，实际取半跨屋面檩条数p n =9根，檩条间距

mm a a p p 83574.7691

947

.15394max =<=-⨯=

可以满足要求。

这里我们试选用[8槽钢，查型钢表可得4101cm I x =，33.25cm W x =，379.5cm W y =。

檩条在屋面荷载q 的作用下将绕截面的两个主轴弯曲。若荷载偏离截面的弯曲中心，还将受到扭矩的作用，但屋面板的连接能起到一定的阻止檩条扭转的作用，故设计时可不考虑扭矩的影响，而按双向受弯构件计算。型钢檩条的壁厚较大，可以不计算其抗剪和局部承压强度。 2．檩条验算 ⑴.荷载计算

恒载2/3.0m kN g k =,活载2/3.0m kN s k =，则檩条均布荷载设计值

2/78.03.04.13.02.1m kN s g q k Q k G =⨯+⨯=+=γγ

图3所示实腹式檩条在屋面竖向荷载q 作用下，檩条截面的两个主轴方向分布承受

αsin q p x =和αcos q p y =分力作用。

图3 槽钢檩条受力示意图

则 2/25.03162.078.0sin m kN q p x =⨯==α

2

/74.09487.078.0cos m kN q p y =⨯==α

⑵．强度验算

m kN l p M y x /48.11674.081

812=⨯⨯==

m kN l p M x y /125.0425.08

1

)2(812=⨯⨯==

L

2L 2

281L p M y x =

28

1

L p M x y = 檩条承受双向弯曲时，按下列公式计算强度：

f W M W M ny

y y nx x x

≤+γγ

查表可知截面塑性发展系数05.1=x γ，20.1=y γ，故

222/215/7.73/0737.079.52.1125

.03.2505.148.1mm N mm N mm kN <==⨯+⨯

所以满足要求。 ⑶．刚度验算

当檩条间设有拉条时，檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度，计算挠度时，荷载应取其标准值。

荷载标准值： 2/44.09487.07697.0)3.03.0(cos )(m kN a s g q p k k y =⨯⨯+=+=α

则 150

1

4.5671101011006.2400044.0384538454

533

<=⨯⨯⨯⨯⨯=•=x y EI l q l ν

能满足刚度要求。

4 屋架的力计算

4.1杆件的轴力

载荷计算：恒载2/3.0m kN ，活载2/3.0m kN ，屋面水平投影面上的荷载设计值为

2/78.03.04.13.02.1m kN s g q k Q k G =⨯+⨯=+=γγ

为求杆件轴力，把荷载化成节点荷载：

kN qas p 8.4454.178.0=⨯⨯==

由于屋架及荷载的对称性，只需计算半榀屋架的杆件轴力。由《建筑结构静力计算手册》查得力系数，计算出各杆力如表。

图

表1 杆件力系数及力值