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1、三角形钢屋架课程设计1 三角形钢屋架课程设计任务书1.1 设计题目设计某市郊区某机械加工单层单跨厂房的三角形屋架1.2 设计资料某机械加工厂房，设有两台工作级别A4的软钩吊车，建筑平面示意图如图1所示，屋面材料采用上下两层多波形压型钢板，中间用20mm厚矿渣棉板保温层，屋面离地面高度约为20m。屋架两端支撑于截面为400mm400mm的钢筋混凝土柱上，柱子的混凝土等级为C20。 图1 建筑平面示意图1.3 设计题号设计题目如表1所示。表1 三角形钢屋架课程设计题号建筑地点北京南宁上海重庆沈阳拉萨跨 度18m12345621m78910111224m13141516171827m19202122
2、232430m25262728293033m313233343536各建筑地点的雪荷载标准值为：北京0.40；南宁0；上海0.20；重庆0；沈阳0.50；拉萨0.15。各建筑地点的基本风压：北京0.45；南宁0.35；上海0.55；重庆0.40；沈阳0.55；拉萨0.30。1.4 设计内容（1）选择钢屋架的材料；（2）确定钢屋架的几何尺寸；（3）屋架及屋盖支撑的布置；（4）檩条的设计；（5）钢屋架的设计；（6）绘制钢屋架施工图。1.5 参考资料（1）钢结构设计规范（GB500172003）。（2）建筑结构荷载规范（GB500092001）。（3）建筑抗震设计规范（GB500112001）。（4
3、）建筑结构可靠度设计统一标准（GB500682001）（5）建筑结构制图标准（GBT501012001）（6）建筑结构设计术语和符号标准（GBT5008397）（7）钢结构设计手册，罗邦富等，中国建筑工业出版社，1988。（8）钢结构（第二版），魏忠明主编，武汉理工大学出版社，2002。2、三角形钢屋架课程设计指导书参见梯形钢结构屋架课程实际指导书3、三角形钢屋架课程设计实例3.1 设计资料 三角形（芬克式）屋架跨度24m，间距6m，屋面材料为压型钢板（自重0.12），屋面坡度12.5，厂房长度为60m。基本风压0.40，雪荷载为0.35，屋面高度为（平均约）20m，屋架支撑于钢筋混凝土柱上。
4、钢材采用Q235B,焊条采用E43型。3.2 屋架尺寸和檩条、支撑布置1、屋架尺寸屋架计算跨度：=300=24000300=23700mm屋面倾角： 屋架跨中的高度为：上弦长度：节间长度： 节间水平投影长度：a=21270.9285=1975mm屋架几何尺寸见图2。 图2 屋架几何尺寸（单位：mm）2.檩条和支撑布置根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置于上弦节点上（见图2），檩距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。根据厂房总长度60m，跨度为24m，有中级工作制吊车及第一开间尺寸5.5m等因素，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，并在同一开间两榀相邻屋架的腹
5、杆间设置两道垂直支撑（在跨度13左右处各一道，见图3）。上弦檩条可兼做系杆，故不另设系杆，在下弦跨中央设置一道通长的柔性系杆。此外，在厂房两端的第一开间下弦各设置三道刚性系杆（见图3）。3.3 檩条的设计选用【12.6槽钢截面，由型钢表查得，自重12.32kgm0.12，=62.1，=10.2，=391。1.荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）永久荷载：（坡面）压型钢板：0.122.127=0.26檩条和拉条： 0.12 =0.38可变荷载：（檩条受荷水平投影面积为2.2176=12.76，没有超过60,故屋面均布活荷载取0.5，大于雪荷载，故不考虑雪荷载。）=0.52.217
6、=0.52.2170.9285=0.99 图3 屋架支撑布置（单位;mm） （a）上弦横向水平支撑；（b）下弦横向水平支撑；（c）垂直支撑 檩条均布荷载设计值：=+=1.20.38+1.40.99=1.84 =1.840.9285=1.71 =1.840.3714=0.682.强度验算 弯矩设计值（见图4）： 图4 弯矩图=1.71=8.00=0.68=0.77（因为在檩条的垮中设置了一道拉条）檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。+=+=186f=2153.刚度验算只验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值： +=0.38+0.99=1.37 = （+）=1.370.9285 =1.2
7、7=因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用【12.6槽钢檩条能满足要求。3.4屋架节点荷载计算1.永久荷载（水平投影面）压型钢板 0.120.9285=0.13檩条和拉条 0.121.975=0.06屋架和支撑自重 0.12+0.11L=0.12+0.01124=0.38 =0.572.屋面活荷载屋面活荷载为0.5。3.风荷载 风荷载高度变化系数为1.25，屋面迎风面的体型系数为0.328，背风面为0.5，所以负风压的设计值为（垂直于屋面） 迎风面：=1.41.250.3280.4=-0.23 背风面：=1.41.250.50.4=-0.35 和均小于永久荷载（荷载分项系数取1.0）垂直与屋面的
8、分量0.570.9285=0.53，所以永久荷载与风荷载联合作用下不会使杆件的内力变号，故风荷载产生的内力的影响不予考虑。4.屋架上弦在檩条处的集中荷载屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为F=（1.20.57+1.40.5）61.975=16.43.5 屋架杆件内力计算 由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。芬克式屋架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力。屋架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。本例屋架为标准屋架，可直接由建筑结构设计手册查得各杆
9、件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。分别如表2和图5 所示。 图5 杆件内力图（单位：kN）表2 屋架杆件内力计算表杆件名称杆件内力系数内力设计值（）上 弦AB-14.81-242.9BC-13.66-224.0CD-14.07-230.8DE-13.70-224.7EF-12.55-205.8FG-12.95-212.4下 弦AH+13.75+225.5HI+11.25+184.5IJ+7.50+123腹 杆DI-2.79-45.8BH、CH-1.21-19.8EK、FK-1.21-19.8HD、DK+2.50+41IK+3.75+61.5KG+6.25+102.5GJ0.0
10、00注：负为受压，正为受拉。3.6 杆件截面的选择弦杆端节间最大内力为242.9，由焊接屋架节点板厚度选用表，可选用屋架中间节点板厚度为8mm，支座节点板厚度为10mm。1.上弦杆整个上弦杆不改变截面，按最大内力计算。=242.9，=212.7cm，=2=2212.7=425.4cm。选用2907组成的T形截面，节点板厚为8mm，查型钢表得A=212.3=24.6，=2.78cm，=4.0cm = =150 = = =150根据=106.4查表得=0.515，则 = =2 =215故选择截面合适。2.下弦杆下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。=+225.5，屋架平面内的计算长度取最大节间长度，
11、即=497.6cm。因屋架下弦在跨中央设有一道通长的系杆，故屋架平面外的计算长度取侧向固定点间的距离，即=1185cm。所需截面面积为：=1049=10.49选用275505短肢相连的T形截面，由型钢表查得 =26.13=12.26,=1.44cm，=3.86cm=183.9=215 = =346=350= =322=350故所选截面合适。3.腹杆（1） DI杆 =45.8,=0.8=0.8255.5=204.4cm，=255.5cm 选用2504，A=23.9=7.8，=1.54cm，=2.35cm。=133=150=108.7=150根据=133，查表得=0.375，则=156.6=215
12、所选截面合适。（2）BH、CH、EK、FK杆N=-19.8，=166.4cm选用504单角钢截面，A=3.9，=0.99cm，则=0.9=0.9166.4=149.8cm=151=150由=151，查表得=0.304。单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为=0.6+0.0015=0.6+0.0015151=0.83=167=0.83215=178.5故所选截面满足要求。（3）HD、DK杆N=+41，=343.7cm选用454单角钢截面，A=3.49，=0.89cm，=0.9=0.9343.7=309cm=347.2=350单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折减系数=0.85，则=117.5=0.85215=182.8故所选择的截面合适。（4）IK、KG杆两根杆件采用相同的截面，用按最大内力=102.5计算，=343.7cm，=2=2343.7=687.4cm 选用2454，A=23.49=6.98，=1.38cm，=2.16cm。=249.1=350=318.2=350=146.8=215所选截面合适。（5）GJ杆。N=0, =474cm对有连接垂直支撑的屋架WJ2，采用2564组成十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。=0.9=0.9474=426.6cm，=2.18cm= =195.7=200故满足要求。
