轻型屋面三角形钢屋架设计说明书.doc

轻型屋面三角形钢屋架设计说明书 学 生：黄志强 指导教师：付建科（三峡大学 机械与材料学院）1 设计资料及屋架形式与材料设计一位于杭州市郊的单跨封闭式屋架结构，单跨屋架结构总长度为36m，柱距为4m，跨度为l=15m，屋面材料为波形石棉瓦，规格：1820×725×8.其他主要参数：坡度i=1：3，恒载为0.6KN/m2,活载为0.3KN/m2，屋架支撑在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高为6m，钢材标号：Q235-B.F，其设计强度为f=215KN/m2,焊条采用E43型，手工焊接，荷载分项系数去：γG=1.2，γQ=1.42 屋架形式及几何尺寸 根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架屋架坡度为1：3，屋面倾角 , 屋架计算跨度：; 屋架跨中高度： 上弦长度：; 节间长度： 节间水平方向尺寸长度： 根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示： 图1 屋架各杆件的几何尺寸 三 屋盖支撑布置（一）屋架的支撑（如图2）1.在房屋两侧第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面支撑； 2.在与横向支撑同一柱面的屋架长压杆D-2和D-2’（如图2）处各设置一道垂直支撑，以保证长压杆与平面的计算要求符合规范。

3.在屋架的下弦节点2和2’各设置一道长柔性系杆，长柔性系杆的始、终端连于屋架垂直支撑的下端节点处 图2 屋架支撑（二）屋面檩条及其支撑1.檩条波形石棉瓦长1820mm，要求搭接长度≥150mm，且每张至少需要三个支承点，因此檩条最大间距： 半跨屋面所需檩条数：根考虑到上弦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=12根，以便于布置则檩条间距： 满足要求2.载荷设计及计算屋面水平跨断面上的载荷设计方法为：全跨永久载荷+全跨可变载荷计算时载荷分项系数,故屋面水平断跨面上的荷载设计值 为求杆件轴力，把荷载转化为匀节点荷檩条初步选用轻型槽钢［6.3，查表可得：，，1）载荷计算 （2）强度计算（3）截面计算 图 3 檩条截面力系图 在槽钢檩条的截面上最大应力处为槽钢吓翼缘的肢尖处，截面塑形发展系数故有： 抗弯强度 刚度检验 刚度检验时，两主轴中只要标准载荷较大的满足挠度要求则两主轴都满足要求。

沿y轴载荷的标准值为：，又对两端简支檩条的挠度计算如下（挠度的允许值为/150）： 图4 简支梁 四 屋架的内力计算（一） 杆件的轴力 由上可知屋面水平断跨面上的荷载设计值： ，为求杆件轴力，把荷载转化为匀节点荷：由于屋架是对称的，所以只需计算半个屋架的杆件轴力根据要求，查《建筑钢结构静力计算手册》得内力系数和计算出内力如表1和图5：表1 内力系数及设计值杆件名称杆件内力系数内力设计值（kN）上弦AB-14.23-95.34BC-13.91-93.20CD-11.32-75.84DE-13.28-88.98EF-12.97-86.90下弦A-113.5090.451-212.0080.402-37.5050.25腹杆B-1,E-4,-0.95-6.37C-2,D-2-1.66-11.13C-1,D-41.5010.052-44.5030.15F-46.0040.20图5屋架形式(二) 上弦杆的弯矩令M0为视上弦节间杆段为简支梁时的最大弯矩则实际上弦杆端节间最大正弯矩：M1=0.8 M0，其它节间最大正弯矩和节点负弯矩为M2=±0.6 M0。

上弦杆节间集中载荷：端节间最大正弯矩： 五 屋架截面设计 在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大内力有关根据弦杆最大内力=95.34kN，查焊接屋架节点板厚度选用表，可选择支座节点板厚8mm，其它节点板厚6mm一）上弦杆 整个上弦杆采用等截面通长杆，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 l0x=155cm侧向无支撑长度 l1=2×155=310cm首先，试选上弦截面为2L70×5，其主要参数查表有：A=13.75cm2，r=8mm，ix=2.16cm，iy=3.16cm，Wxmax=33.78cm3，Wxmin=12.65cm3.1.强度检验（截面无削弱）验算条件kN/mm2取A-B段上弦杆（最大内力杆段）验算：轴心压力 N=95.34kN 最大正弯矩（节间） Mx= M1=0.92 kN·m 最大负弯矩（节点） Mx= M2=0.69 kN·m正弯矩截面负弯矩截面故上弦杆强度满足要求2.弯矩作用平面内的稳定性计算应按下面规定计算:（1）对角钢水平肢1 （2）对角钢竖直肢 因考虑杆段相当于两端支承的构件，杆上同时作用有端弯矩和横向载荷并使构件产生反向曲率的情况，故按规范取：等效弯矩系数 属于b类截面，查表有欧拉临界应力 杆段A-B轴心压力 N=95.34kN 用最大正弯矩进行验算： 用最大负弯矩进行验算：，,，， 则可知平面内长细比和稳定性能满足要求。

3.弯矩作用平面外的稳定性验算 条件，因侧向无支撑长度为3100mm，故应验算上弦杆A-B-C段在弯矩作用下面外的稳定性 等效弯矩系数轴心压力计算长度属于b类截面，查《钢结构》b类截面轴心受压构件的稳定系数表得，，用最大正弯矩进行验算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，可下式进行计算：得用最大负弯矩进行验算：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得平面外长细比和稳定性均满足要求4.局部稳定验算条件：翼缘自由外伸宽厚比 腹板高厚比h0/tw应满足 当α0≤1.0时，当α0≥1.0时，由2L70×5组成的T形截面压弯构件：b=70,t=5,r=8翼缘满足局部稳定要求，且前面的计算所取γx分别为1.05和1.20无误 腹板 亦满足要求所选上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用二）下弦杆（轴心受力杆件）整个下弦杆不改变截面，采用等截面通长杆在下弦节点‘2’处，下弦杆角钢水平肢上开有直径为17.5mm的安装螺旋孔因此，计算下弦杆强度时，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，以便开的安装螺旋孔。

首先按杆段A-1（该截面上无孔）的强度条件和下弦杆的长细比条件选择截面杆段A-1的轴心拉力 N=90.45kN下弦杆的计算长度（取下弦杆2-3段的长度）需要 选用2L56×36×5，其截面相关参数为 截面塑形发展系数：1.强度验算杆段A-1：An=A=8.83 cm2，杆1-2：则下弦杆的强度满足要求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三） 腹板（轴心受力杆件） 1.短压杆B-1,E-4 因N=6.37kN，内力较小、杆件较短，拟采用单角钢截面、通过节点板单面连接先按长细比要求试选截面，然后进行验算斜平面计算长度 需要 根据《钢结构设计和计算》选用1L30×3，令 属b类截面，查表有 单面连接的角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值折减系数 故所选截面满足要求2. 长压杆C-2,D-2 N=11.13kN l=147.8cm计算长度 按稳定性条件试选长压杆截面采用等边双角钢组成的T形截面假定长压杆的长细比为λ=120，则查表可得（b类截面）φ=0.437，需要 选用2L36×3，其相关参数为验算 由查得 故所选截面适用。

3.短拉杆C-1,D-4N=10.05kN l=163cm垂直支撑连在预先焊于长压杆和弦杆的连接板上，杆件截面无削减拟采用单面连接的单角钢截面（截面无削弱）计算长度 l0=0.9l=0.9×163=146.7cm需要 式中的0.85是单面连接的单角钢构件按轴心受力计算强度时的强度设计值折减系数选用1L30×3，A=1.75cm2＞0.55cm2，可满足使用要求4.长拉杆F-4-2N=40.2kN l=244.4cm计算长度需要 选用2L36×3 可满足使用要求四 ）中央吊杆F-3 N=0，l=242.0cm 因吊杆不连垂直支撑，故按拉杆的长细比条件选择截面 采用单面连接的单角钢截面 l0=0.9l=0.9×242.0=217.8cm需要 选用1L36×3，A=4.22cm2，可满足要求五）填板设置与尺寸选择 两杆所受的载荷较小，中间可不设置填板六 屋架节点设计角焊缝强度设计值（E43型焊条）屋架各杆件轴线至杆件角钢背部的距离一般取5mm的倍数，则根据各角钢的参数可得杆件轴线至杆件角钢背部的距离表：表2 杆件轴线至杆件角钢背部的距离表杆件名称杆件截面中心距离/mm轴线距离/mm备注上弦杆2L70519.116下弦杆2L5636518.715短压杆B-1、E-41L3038.56单面连接长压杆C-2、D-22L36310.08短拉杆C-1、D-41L3038.56单面连接长拉杆F-4-22L36310.08中央吊杆F-32L36310.08单面连接屋架各腹板与节点板之间连接焊缝的连接角焊缝尺寸和焊缝的实际长度（）按下面表采用，表中焊脚尺寸按构造要求确定，所需焊缝长度按下列公式计算： 表3 角焊缝尺寸杆件名称杆件截面杆件内力/kN角钢背部焊缝/mm角钢趾部焊缝/mm短压杆B-1、E-41L303-6.373。