轻型屋面三角形钢屋架米跨度完整版

轻型屋面三角形钢屋架

米跨度

HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

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

学生杨朗

学号

专业材料成型及控制工程

班级

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 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

设计一位于杭州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mm 2，活(雪)载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：,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 =，γQ =。

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

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

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范要求。

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。 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 ，且每张瓦至少要有三个支承点，因此最大檩条间距

则半榀屋面所需檩条数

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

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

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 ⑵．强度验算

檩条承受双向弯曲时，按下列公式计算强度： 查表可知截面塑性发展系数05.1=x γ，20.1=y γ，故 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

4.5671101011006.2400044.0384538454533

<

=⨯⨯⨯⨯⨯=•=x y EI l q l ν

能满足刚度要求。

4 屋架的内力计算

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 为求杆件轴力，把荷载化成节点荷载：

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》查得内力系数，计算出各杆内力如表。

图

上弦杆的弯矩

屋架上弦杆在节间荷载作用下的弯矩，按下列近似公式计算： 上弦杆短节间的最大正弯矩 018.0M M =

其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩 026.0M M ±=

0M 是视上弦节间杆段为简支梁时的最大弯矩，计算时屋架及支撑自重仅考虑上弦杆重量。

上弦杆节间集中荷载 kN qas P 28.224

463.178.02=⨯⨯==

' 节间简支梁最大弯矩 m kN a P M /11.1463.128.23

1

310=⨯⨯='=

端节间最大正弯矩 m kN M M /888.011.18.08.001=⨯==

其它节间最大正弯矩和节点负弯矩 m kN M M /666.011.16.06.002±=⨯±=±=

5、屋架杆件截面设计

根据弦杆最大内力kN N 84.73max =查《钢结构设计指导与实例精选》P159页表3-12钢屋架节点板厚度选用表，可选择支座节点板厚度8mm ，中间节点板厚度6mm 。

角钢规格不宜小于∟45×4或56×36×4，有螺栓孔时，角钢的肢宽须满足螺栓间距要求。放置屋面板时，上弦角钢水平肢宽须满足搁置尺寸要求。 上弦杆

整个上弦杆采用等截面通长杆，以避免采用不同界面时的杆件拼接。 弯矩作用平面内的计算长度 cm l ox 9.153= 侧向无支撑长度 cm l 8.3079.15321=⨯=

对于由两个角钢组成的T 形截面压弯构件，一般只能凭经验或参考已有其它设计图纸试选截面而后进行验算，不合适时再作适当调整，直至合适为止。

试选上弦杆截面为2∟80×7，查《钢结构设计》得其主要参数：

28.21cm A =,mm r 9=, cm i x 46.2=,cm i y 60.3=,3max 4.29cm W X =,3min 4.11cm W X =

截面塑性发展系数05.11=X γ，20.12=X γ ⑴.刚度验算(截面无削弱)

条件

2/215mm N W M A N

nX

X X n ≤+γ 取A —B 段上弦杆(最大内力杆段)验算： 轴心压力： kN N 84.73=

最大正弯矩(节间)： m kN M M X •==888.01 最大负弯矩(节点)： m kN M M X •==666.02