三角形钢屋架设计

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1、 钢结构课程设计题目：某车间芬克式三角形普通钢屋架一. 设计资料车间为单跨厂房，全长120m。屋架支撑在刚健混凝土柱上，柱距为6m。上柱截面尺寸为400x400mm。混泥土强度等级为C20，车间内设有一台起重重量30t的中级工作制式吊车。吊车轨顶标高为+12m。1.屋架跨度： 18m2.屋面坡度： 1：32 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，采用芬克式三角形屋架。屋面坡度为i=1：3,屋面倾角=arctg（1/3）=18.435，sin=0.3162，cos=0.9487屋架计算跨度 l0 =l30018000300=17700mm屋架跨中高度 h= l0i/2=1

2、7700/(23)=2950mm上弦长度 L=l0/2cos9329mm节间长度 a=L/6=9329/61555mm节间水平段投影尺寸长度 a=acos=15550.9487=1475mm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 屋架支撑布置3.1 屋架支撑 1、在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。 2、因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。 3、根据厂房长度36m,跨度为4m，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑，下弦横向水平支

3、撑及垂直支撑。如图2所示。图2 屋盖支撑布置3.2 屋面檩条及其支撑 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撑点，因此最大檩条间距为 半跨屋面所需檩条数 考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为：可以满足要求。图3 屋面檩条及其支撑布置示意图3.2.1 截面选择 试选用普通槽钢8，查表得m=0.08kN/m,Ix=101cm4,Wx=25.3cm3,Wy=5.8cm3; 截面塑性发展系数为x=1.05,y=1.2。 恒载 0.30.778=0.233（kN/m） 石棉瓦 0.20.778=0.156（kN

4、/m） 檩条和拉条 0.080（kN/m） 合计 gk=0.469（kN/m） 可变荷载 qk=0.6000.778=0.467（kN/m） 檩条的均布荷载设计值 q=Ggk+Qqk=1.20.469+1.40.467=1.217kN/m qx=qsin=1.2170.3162=0.379kN/m qy=qcos=1.2170.9487=1.155kN/m3.2.2 强度计算 檩条的跨中弯距 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。3.2.3 强度验算 载荷标准值 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。3.

5、2.4 荷载计算 恒载 0.30.778=0.233（kN/m） 石棉瓦 0.20.778=0.156（kN/m） 檩条和拉条 0.080（kN/m） 合计 gk =0.469（kN/m） 可变荷载 qk=0.6000.778=0.467（kN/m） 檩条的均布荷载设计值 q=Ggk+Qqk=1.20.469+1.40.467=1.217kN/m节点荷载设计值 P=qas=1.2171.4754=7.18kN4 屋架的内力计算4.1 杆件的轴力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

6、式桁架，n=17700/2950=6。先差得内力系数，再乘以节点荷载P=7.18kN,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=7.18kN)上弦杆ABBCCDDEEFFG-17.39-16.13-16.76-16.44-15.18-15.81-124.86-115.81-120.34-118.04-108.99-113.5下弦杆AHHIIJ+16.50+13.50+9.00+118.47+96.93+64.62腹杆DIBH、CHEK、FKHD、DKIKKGGJ-2.85-1.34-1.34+3.0

7、0+4.50+7.500-20.46-9.62-9.62+21.54+32.31+53.830 注：负为压杆，正为拉杆。4.2 上弦杆的弯矩 由钢结构与组合结构查的，上弦杆端节间最大正弯矩：M1=0.8M0，其它节间最大正弯矩和节点负弯矩为M2=0.6M0。上弦杆节间集中载荷 P=7.18kN节间最大弯矩 M0= Pl/4 =7.181.475/4=2.648kNm端节间 M1=0.8M0=0.82.648=2.118kNm中间节间及节点 M2=0.6M0=0.62.648=1.589kNm5 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

8、最大内力有关。根据弦杆最大内力Nmax=124.86kN,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8mm,其它节点板厚为6mm。5.1 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。 弯矩作用平面内的计算长度 lox=1555mm 侧向无支撑长度 l1=21555=3110mm首先试选上弦截面为2706，查钢结构得其主要参数：, ，, 截面塑性发展系数 x1=1.05,x2=1.2。5.1.1 强度验算 取AB段上弦杆（最大内力杆段）验算： 轴心压力： N=124.86kN 最大正弯矩（节间）：

9、Mx=M1=2.118kNm； My=M2=1.589kNm截面强度验算由负弯矩控制。5.1.2 弯矩作用平面内的稳定性验算x=l0x / ix=155.5/2.14=72.66150， 按GB50017附录C表C-2查得=0.734 按有端弯矩和横向荷载同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为 补充验算：故平面内的稳定性得以保证。5.1.3 弯矩作用平面外的稳定性验算 此稳定性由负弯矩控制，验算上弦杆ABC段在弯矩作用下平面外的稳定性 轴心压力 N1=124.86kN，N2=115.81kN。 loy= l1(0.75+0.25N2/N1)=2155.5(0.75+0.25115.81

10、/124.86)=305.36y= loy / iy =305.36 / 3.13=97.56150 查钢结构附表得， 对弯矩使角钢水平肢受压的双角T形截面，查相关规范得整体稳定系数可用下式计算： 在计算长度范围内弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取。平面外长细比和稳定性均满足要求。5.1.4 局部稳定验算 对由2707组成的T形截面压弯构件 翼缘：满足局部稳定要求。 腹板：亦满足要求。 所选上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。5.2 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。在下弦节点I处，下弦杆角钢水平肢上开有直径为17.5mm的安装螺栓扩孔。因此，计算下弦杆强度

11、时，必须考虑及此。此外，选截面时还要求角钢水平肢（开孔肢）的边长63mm，以便开d0=17.5mm的安装螺栓孔。 首先按段AH的轴心拉力N=118.47kN 下弦杆的计算长度 lox=393.4cm （取下弦杆IJ段的长度） loy=2393.4=786.8cm 需要 选用2564的角钢，其截面相关参数为 A=8.78cm2，ix=1.73cm，iy=2.52cm。5.2.1 长度验算 杆段AH An=A=8.78cm2 杆段HI 杆段IJ5.2.2 长细比验算下弦杆长细比满足要求，所以所选下弦杆截面适用。5.3 腹杆5.3.1 中间竖腹杆JG 对于中间竖腹杆，N=0，=295cm对连接垂直支

12、撑的桁架，采用2504组成十字形截面，单个角钢504，=0.99cm =0.9 l =0.9295=265.5cm 可满足要求。5.3.2 主斜腹杆IK、KG主斜腹杆IK、KG两杆采用相同截面，lox=245.8cm，loy=2245.8=491.6cm，内力设计值 N=+53.85kN 所需净截面面积 选用2304，T形截面A=22.76=5.52cm22.5cm2，ix=0.90cm0.7cm， iy=1.491.40cm 可以使用5.3.3 腹杆DI NDI=-23.19kN，lox=0.8 l=0.8155.5=124.4cm，loy=l =155.5cm 选用404，A=3.09cm2,ix=1.22cm，iy=1.96cm 刚度验算： 按b类截面查表得可满足要求。5.3.4 腹杆BH、CH、EK、FK 4根杆均为压杆，受力及长度均有小于DI杆，故可按DI杆选用404，只不采用填板。5.3.5 腹杆HD、DK两者均为拉杆。N=+212.54kN,l=24.58cm。仍选用304，A=2.76cm2验算如下：x=lox / ix=0.8245.8/0.9=218.49350可满足要求。5.4