12m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：王东方指导老师：付建科（三峡大学 机械与动力学院）一、设计资料及说明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1、单跨屋架，平面尺寸为：36m×12m，柱距S=4m；2、屋面材料：波形石棉瓦(1820×725×8)；3、屋面坡度i=1∶3，恒载0.6kN/m2，活(雪)载0.3kN/m2；4、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高6m；5、钢材标号：Q235-B.F；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=1.4二、屋架形式及几何尺寸(一)屋架形式三角形钢屋架多用于屋面坡度较大的屋盖结构中，根据屋面的排水要求，上弦坡度一般为i=1/2～1/3三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此设计采用四节间的三角形人字式轻钢屋架二)屋架的几何尺寸及简图屋面坡度i=1∶3，于是屋面倾角 屋架计算跨度： L0=L-300=12000-300=11700mm屋架跨中高度： 上弦长度： 上弦节间长度： 上弦节间水平投影长度：根据已知几何关系，求得屋架各杆件的几何长度及杆件编号如图1所示(因对称，仅画出半榀屋架)。

图1 屋架杆件的几何长度(mm)及杆件编号三、屋架支撑布置及檩条计算(一)屋架的支撑布置1.在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑(如图2)，以承受一定的的水平横向荷载2.在柱间屋架的中央拉吊杆之间设置W型垂直支撑，以保证中央吊杆平面外的计算长度符合规范要求3.在上弦横向水平支撑的交叉点处于檩条相连，并在屋架下弦跨中设置一道通长的水平细杆，以使上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度，下弦杆在屋架平面外的计算长度等于屋架跨度的一半屋架支撑布置图如下：(二)屋面檩条的计算1.檩条数量波形石棉瓦长1820mm，要求搭接长度≧150mm，且每张瓦至少要有三个支承点，因此最大檩条间距半跨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=9根，檩条间距可满足要求2.檩条选择檩条通常是双向弯曲结构，分实腹式和桁架式两大类，或者制造费工，应用较少实腹式檩条常采用槽钢、角钢以及 冷弯薄壁C型钢和Z型钢槽钢檩条应用普遍，其制作、运输和安装均较简便；但热轧型钢壁较厚，材料不能充分发挥作用，故用钢量较大；薄壁型钢檩条受力合理，用钢量少，在材料有来源时宜优先采用，但防锈要求较高。

这里试选用[8槽钢，查型钢表可得，，实腹式檩条由于腹板与屋面垂直放置，故在屋面荷载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由于型钢檩条的壁厚较大，因此可不计算其抗剪和局部承压强度3.檩条验算a.荷载计算恒载,活载，则檩条均布荷载设计值图2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和分力作用图2 槽钢檩条受力示意图则 b.强度验算檩条承受双向弯曲时，按下列公式计算强度：截面塑性发展系数，，故所以满足要求c.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： 则 能满足刚度要求四、屋架的内力计算(一)荷载计算1.恒载 标准值石棉瓦 油毡、木望板 檩条、屋架及支撑 合计 2.活载 活载与雪载中取最大值因屋架受荷载水平投影面积超过60，故屋面均布活载可取为(水平投影面) 3.荷载组合恒载+活载4.上弦的集中荷载及节点荷载上弦集中荷载和节点荷载表荷载形式荷载分类集中荷载(设计值)P＇/kN节点荷载(设计值)P/kN备注恒载2.1074.214活载1.2292.458恒载+活载3.3366.672(二)内力计算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屋架杆件内力表杆件名称杆件编号恒载及活载内力组合/kN内力系数恒载内力/kN活载内力/kN恒载+活载上弦杆1-46.64-27.21-73.852-39.98-23.32-63.303-39.98-23.32-63.304-26.65-15.55-42.20下弦杆544.2525.8170.06631.6118.4450.05 腹杆76.663.8910.558-4.21-2.46-6.6798.945.2114.1510-8.94-5.21-14.151112.647.3720.01(三)上弦杆的弯矩计算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：端节间的最大正弯矩 中间节间的最大正弯矩和中间节点负弯矩 是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端节间最大正弯矩 其它节间最大正弯矩和节点负弯矩 五、屋架杆件截面设计在设计杆件截面前，必须首先确定所用节点板厚度在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大内力有关根据弦杆最大内力查《钢结构设计指导与实例精选》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。

一)上弦杆（压弯构件）整个弦杆采用等截面长杆，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 弯矩邹永平面外的计算长度 首先试选择上弦截面为2∟查表得其相关参数：,, ,,, 截面塑性发展系数， 1.强度检验检验条件: 取最大内力杆段1号上弦杆验算：轴心压力 N=73.85kN最大正弯矩（节间），最大负弯矩（节点）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验算按下列规定计算(1)对角钢水平肢1 (2)对角钢竖直肢2 因所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荷载并使构件产生反向曲率的情况，故按规范第5.2.2条取等效弯矩系数 属b类截面，查《钢结构》P339页附表17-2b类截面轴心受压杆件的稳定系数欧拉临界力取最大内力杆段1号上弦杆验算：轴心压力 N=73.85kN用最大正弯矩验算：， 用最大负弯矩进行验算：， 故平面内长细比和稳定性均满足要求。

3.弯矩作用平面外的稳定性计算验算条件 等效弯矩系数 由则属b类截面，查《钢结构》P339页附表17-2b类截面轴心受压杆件的稳定系数对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定完整体稳定系数可按下式计算：取最大内力杆段1号上弦杆验算：轴心压力 N=73.85kN用最大正弯矩验算， 用最大负弯矩验算： ，对弯矩使角钢水平肢受拉的双角钢T性截面，规范附录一公式规定取受弯构件整体稳定系数得 ： 故平面外长细比和稳定性均满足要求4.局部稳定性验算验算条件(规范第5.4.1条和5.4.4条)翼缘自由外伸宽厚比 腹板高厚比应满足：当时， 当时，对由2∟63×5组成的T性截面压弯构件：翼缘，满足局部稳定性要求腹板 ，亦满足要求所选所选杆截面完全满足各项要求，截面适用二)下弦杆(轴心受拉杆件)整个下弦不改变截面，采用等截面通长杆首先按5号杆段 (该段截面上无孔)的强度条件和下弦杆的长细比条件来选择截面5号杆段轴心拉力 下弦杆的计算长度为: 需要 选用2∟40×4：A=6.18cm; =1.22cm; =1.96cm1.强度验算下弦杆强度满足要求。

2.长细比验算下弦杆长细比满足要求故所选下弦杆截面适用三）腹杆(轴心受力构件)1.短压杆7号和8号由7号杆的轴力为：,长度为：；8号杆的轴力为：,长度为：且7号杆和8号杆试选截面心相同，故只需计算7号杆的截面是否符合要求7号杆的计算长度 ：需要 试选用∟50×6：A=5.69cm2, =1.91cm，=0.98cm；则换算长细比略大，但考虑节点板后能可用由查表得 : 单面连接的单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(规范第3.2.2条)：故所选截面适合2.长压杆10号所受轴力：N=14.15kN计算长度：需要 因所需截面的最小回转半径过大，故采用双肢等边角钢T型连接，试选用2∟40×4：A=6.18cm; =1.22cm; =1.96cm（略大，但考虑节点板后能可用）由由查表得：3.拉杆9号，， 需要试选2∟40×4，T形截面：，，可以满足使用要求4.中央吊杆，由于中央吊杆采用双肢等边角钢十字形连接且两端都有侧向支撑，故需要选用2∟30×4，十字型截面：，，，故可以满足要求四）填板设置及尺寸选择为确保由两个角钢组成的T形截面杆件能形成一整体杆件共同受力，必须每隔一定距离在两个角钢间设置填板并用焊缝连接。

这样，杆件才可按实腹式杆件计算填板厚度同节点板厚，宽度一般取40～60mm，长度取比角钢肢宽大10～15mm填板间距对压杆取，对拉杆取，受压构件两个侧。