三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)

1、三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)1 三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)某市郊區(qū)某機(jī)械加工單層單跨廠房的三角形屋架。1.2 設(shè)計(jì)資料某機(jī)械加工廠房，設(shè)有兩臺(tái)工作級(jí)別A4的軟鉤吊車(chē)，建筑平面示意圖如圖1所示，屋面材料采用上下兩層多波形壓型鋼板，中間用20mm厚礦渣棉板保溫層，屋面離地面高度約為20m。屋架兩端支撐于截面為400mm×400mm的鋼筋混凝土柱上，柱子的混凝土等級(jí)為C20。圖1 建筑平面示意圖1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）選擇鋼屋架的材料；（2）確定鋼屋架的幾何尺寸；（3）屋架及屋蓋支撐的布置；（4）檁條的設(shè)計(jì)；（5）鋼屋架的設(shè)計(jì)；（6）繪制鋼屋架施工圖。1.4 參考資料（1）鋼結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50017）.（2）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009）.（3）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011）.（4）建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB50068）.（5）建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)（GB/T50101）.（6）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)（GBT50083）.（7）周俐俐，姚勇等編著.土木工程專(zhuān)業(yè) 鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)指南. 北京：中國(guó)水利水電出版社，知識(shí)產(chǎn)權(quán)出版社，2007.5.2、三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)參見(jiàn)梯形鋼結(jié)構(gòu)屋架課程實(shí)際指導(dǎo)書(shū)。3、三角形鋼屋架課程設(shè)計(jì)實(shí)例3.1 設(shè)計(jì)資料 三角形（芬克式）屋架跨度24m，間距6m，屋面材料為壓型鋼板（自重0.12），屋面坡度12.5，廠房長(zhǎng)度為6

3、0m?；撅L(fēng)壓0.40，雪荷載為0.35，屋面高度為（平均約）20m，屋架支撐于鋼筋混凝土柱上。鋼材采用Q235B,焊條采用E43型。3.2 屋架尺寸和檁條、支撐布置1.屋架尺寸屋架計(jì)算跨度：=300=24000300=23700mm屋面傾角： 屋架跨中的高度為：上弦長(zhǎng)度：節(jié)間長(zhǎng)度：節(jié)間水平投影長(zhǎng)度：a=2555×0.9285=2370mm屋架幾何尺寸見(jiàn)圖2。圖2 屋架幾何尺寸（單位：mm）2.檁條和支撐布置根據(jù)屋面材料的最大容許檁距，可將檁條布置于上弦節(jié)點(diǎn)上（見(jiàn)圖2），檁距為節(jié)間長(zhǎng)度。在檁條的跨中設(shè)置一道拉條。根據(jù)廠房總長(zhǎng)度108m，跨度為24m，有兩臺(tái)中級(jí)工作制吊車(chē)，可在廠房?jī)啥?/p>

4、設(shè)置一道上弦橫向水平支撐和下弦橫向水平支撐，并在邊緣設(shè)置兩道垂直支撐，在中間再設(shè)置一道垂直支撐。上弦檁條可兼做系桿，故不另設(shè)系桿，在下弦跨中央設(shè)置一道通長(zhǎng)的柔性系桿。此外，在廠房?jī)啥说牡谝婚_(kāi)間下弦各設(shè)置三道剛性系桿（見(jiàn)圖3）。圖3 屋架支撐布置（單位;mm）（a）上弦橫向水平支撐；（b）下弦橫向水平支撐；（c）垂直支撐3.3 檁條的設(shè)計(jì)選用20b槽鋼截面，由型鋼表查得=191.4，=25.9，=1913.7。1.荷載計(jì)算永久荷載：（坡面）沿屋面斜面分布的永久荷載應(yīng)乘以1/=1.077波形石棉瓦自重 0.20×2.555×1.077=0.550檁條及拉條自重 0.20

5、5;2.555×1.077=0.550保溫木絲板重 0.25×2.555×1.077=0.688鋼屋架及支撐重 (0.12+0.11× 24)×2.555× 1.077=1.056=2.84可變荷載：屋面活荷載為0.4,雪荷載也為0.4，而雪荷載和屋面活荷載不能同時(shí)存在，故取屋面活荷載為0.4，積灰荷載為0.3，所以2.555×1.077=0.7×2.555×1.077=1.93檁條均布荷載設(shè)計(jì)值：=+=1.2×2.84+1.4×1.93=6.11=6.11×0.9285=5

6、.67=6.11×0.3714=2.272.強(qiáng)度驗(yàn)算 彎矩設(shè)計(jì)值（見(jiàn)圖4）：圖4 彎矩圖=×5.67×=25.515=×2.27×=2.55375（因?yàn)樵跈_條的跨中設(shè)置了一道拉條）檁條的最大應(yīng)力（拉應(yīng)力）位于槽鋼下翼緣的肢尖處。3.剛度驗(yàn)算只驗(yàn)算垂直于屋面方向的撓度。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：+=2.84+1.93=4.77因有拉條，不必驗(yàn)算整體穩(wěn)定性。故選用槽鋼檁條能滿足要求。3.4 屋架節(jié)點(diǎn)荷載計(jì)算1.永久荷載（水平投影面）波形石棉瓦自重 0.20 kN/m2檁條及拉條自重 0.20 kN/m2保溫木絲板重 0.25 kN/m2鋼屋架及支撐重 (0.12

7、+0.01124) = 0.38kN/m2=1.032.可變荷載屋面活荷載為0.4,雪荷載也為0.4，而雪荷載和屋面活荷載不能同時(shí)存在，故取屋面活荷載為0.4，積灰荷載為0.3，所以0.4+0.3=0.73.屋架上弦在檁條處的集中荷載屋架上弦在檁條處的集中荷載設(shè)計(jì)值由可變荷載效應(yīng)控制的組合為F=（1.2×1.03+1.4×0.7）×6×2.37=31.53.5 屋架桿件內(nèi)力計(jì)算芬克式屋架在半跨活荷載作用下，腹桿內(nèi)力不會(huì)變號(hào)，故只需按全跨永久荷載與全跨可變荷載組合計(jì)算屋架桿件的內(nèi)力。屋架桿件內(nèi)力計(jì)算可用圖解法或數(shù)解法進(jìn)行。本例屋架為標(biāo)準(zhǔn)屋架，可直接由建筑結(jié)

8、構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后乘以節(jié)點(diǎn)荷載即為各相應(yīng)桿件的內(nèi)力。分別如表2和圖5 所示。圖5 桿件內(nèi)力圖（單位：kN）表2 屋架桿件內(nèi)力計(jì)算表?xiàng)U件名稱(chēng)桿件內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（）上 弦AB-12.12-381.8BC-11.28-355.3CD-9.52-299.9DE-10.54-332.0EF-10.63-334.8下 弦AG+11.25+354.4GH+10.00+315.0HI+6.25+196.9腹 桿BG、EJ-1.04-32.8CG、DJ+0.84+26.5CH、DH-1.56-49.1FJ+5.00+157.5HJ+3.75+118.1FI0.000注：負(fù)為受壓，正為受拉。

9、3.6 桿件截面選擇弦桿端節(jié)間最大內(nèi)力為381.8，由焊接屋架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表，可選用屋架中間節(jié)點(diǎn)板厚度為10mm，支座節(jié)點(diǎn)板厚度為mm。1.上弦桿（見(jiàn)圖6）整個(gè)上弦桿不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算。圖6 上弦截面=381.8，=255.5cm，=2=2×255.5=511cm。選用2125×80×10組成的T形截面，節(jié)點(diǎn)板厚為10mm，查型鋼表得A=39.42，,根據(jù)查表得，則故所選截面合適。2.下弦桿（見(jiàn)圖7）圖7 下弦截面下弦桿也不改變截面，按最大內(nèi)力計(jì)算，屋架平面內(nèi)的計(jì)算長(zhǎng)度取最大節(jié)間長(zhǎng)度，即。因屋架下弦在跨中央設(shè)有一道通長(zhǎng)的系桿，故屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度取側(cè)向

10、固定點(diǎn)間的距離，即。所需截面面積為選用290×56×6短肢相連的T形截面，由型鋼表查得 =17.11,=1.582cm，=4.50cm故所選截面合適。3.腹桿（1） CH、DH桿=49.1,=0.8=0.8×287=229.6cm，=287cm 選用250×4，A=2×3.9=7.8，=1.54cm，=2.35cm。根據(jù)，查表得，則所選截面合適。（2）BG、EJ桿N=-32.8，=140cm假設(shè)，因?yàn)槭莃類(lèi)截面，所以查附表可知故查表選用63×4單角鋼截面，=0.9=0.9×140=126cm=<=150由，查表得。單角

11、鋼單面連接計(jì)算構(gòu)件穩(wěn)定性時(shí)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)為故所選截面滿足要求。（3）CG、DJ桿，選用45×4單角鋼截面，=0.89cm，單角鋼單面連接計(jì)算構(gòu)件強(qiáng)度時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值折減系數(shù)，則故所選擇的截面合適。（4）HJ、FJ桿兩根桿件采用相同的截面，用按最大內(nèi)力157.5計(jì)算，=343.7cm，=2=2×343.7=687.4cm故選用2100×63×6短肢相并的T形，此時(shí)所選截面合適。（5）FI桿。N=0, =474cm對(duì)有連接垂直支撐的屋架WJ2，采用256×4組成十字形截面，并按受壓支撐驗(yàn)算其長(zhǎng)細(xì)比。=0.9=0.9×474=426.6c

12、m，=2.18cm故滿足要求。對(duì)不連接垂直支撐的屋架WJ1，選用56×4單角鋼，并按受拉支撐驗(yàn)算其長(zhǎng)細(xì)比，故滿足要求。屋架各桿件截面選擇情況見(jiàn)表3。表3 屋架桿件截面選擇桿件名稱(chēng)桿件編號(hào)內(nèi)力設(shè)計(jì)值（kN）計(jì)算長(zhǎng)度（mm）選用截面截面面積A（cm2）桿件受力類(lèi)型長(zhǎng)細(xì)比容許長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算應(yīng)力(N/mm2)桿件端部的角鋼肢背和肢尖焊縫（mm）填板數(shù)(每節(jié)間)上弦AB、BC、CD、DE、EF-381.8255551102125×80×1039.42壓桿113.1831500.4752031下弦AG、GH、HI225.549761185290×56×617.

13、11拉桿314263.335020761504802腹桿DI-45.820442555250×47.8壓桿133108.71500.375156.64504502BH、CH、EK、FK-19.81498149850×43.9壓桿=1511500.304167450450HD、DK413090309045×43.49拉桿=347.2350117.5580450IK、GK+102.534376874245×46.98拉桿249318.2350146.85804502FI0（壓）42664266256×48.78壓桿=195.720045045070

14、（拉）4266426656×44.39拉桿=384.34004504503.7 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)本例只選擇幾個(gè)有代表性的、重要的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，其余節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程從略，可參見(jiàn)屋架施工圖。1. 屋脊節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖8）腹桿GK與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫，查表得（以下同），取肢背和肢尖的焊腳尺寸分別為和，則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：故取。圖8 屋脊節(jié)點(diǎn)（單位：mm）故肢尖：取=50mm。拼接角鋼采用與上弦桿等截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+5=17mm，取V=20mm，并將豎肢切口后經(jīng)熱彎成型用對(duì)接焊縫焊接。拼接接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為=95mm拼接角鋼的總長(zhǎng)度為=2（+10）+d=2（95+10）5

15、0=260mm上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的塞焊縫，假定承受節(jié)點(diǎn)荷載F2，驗(yàn)算從略。上弦肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算，且考慮由此產(chǎn)生的偏心彎矩作用（偏心距e=65mm）。設(shè)肢尖焊縫焊腳尺寸=5mm，節(jié)點(diǎn)板總長(zhǎng)度為660mm，則節(jié)點(diǎn)一側(cè)弦桿焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度為=（6602）-20-10（660/2）/0.92852010=325mm焊縫應(yīng)力為=14=16.8=20.3=160由以上計(jì)算結(jié)果可知，因弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫受力不大，且連接長(zhǎng)度較大，故可按照構(gòu)造進(jìn)行滿焊，不必計(jì)算。2.下弦拼接節(jié)點(diǎn)（見(jiàn)圖9）圖9 下弦拼節(jié)點(diǎn)（單位：mm）屋架跨度24m超過(guò)運(yùn)輸界限，故將屋架分為兩個(gè)運(yùn)輸單元，在屋脊節(jié)點(diǎn)G和

16、下弦節(jié)點(diǎn)I處設(shè)置工地拼接。腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫連接按IK和ID中最大內(nèi)力計(jì)算。設(shè)肢背和肢尖的焊腳尺寸均取，則桿端所需的焊縫長(zhǎng)度分別為肢背：故取60mm。肢尖：故按構(gòu)造取50mm。弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按弦桿內(nèi)力與的內(nèi)力差計(jì)算，因?yàn)閮?nèi)力差較小，按構(gòu)造布置焊縫即可滿足要求，不必計(jì)算。拼接角鋼采用與下弦桿相同截面，肢背處削棱，豎肢切去V=t+5=15mm。按拼接焊縫與桿件等強(qiáng)度原則，接頭一側(cè)所需的焊縫計(jì)算長(zhǎng)度為= 拼接角鋼所需總長(zhǎng)度為=2（+10）+10=2（120+10）+10=270mm3.上弦節(jié)點(diǎn)D（見(jiàn)圖10）圖10 上弦節(jié)點(diǎn)D（單位：mm）各腹桿桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算從略，節(jié)點(diǎn)板的形狀和尺

17、寸如圖10所示。上弦肢背塞焊縫承受檁條傳來(lái)的集中荷載（節(jié)點(diǎn)荷載）F，取節(jié)點(diǎn)板縮進(jìn)肢背5mm，=t2=4mm，則肢尖與節(jié)點(diǎn)板的焊縫承受弦桿的內(nèi)力差為=-=-230.8+224.7=-6.1偏心距e=65mm，且節(jié)點(diǎn)板長(zhǎng)度較大，故可不作計(jì)算，按構(gòu)造要求布置焊縫進(jìn)行滿焊即可滿足條件。2. 支座節(jié)點(diǎn)。（見(jiàn)圖11）圖11 支座節(jié)點(diǎn)（單位：mm）屋架支撐與鋼筋混凝土柱上，混凝土強(qiáng)度為C20，=10為便于施焊，取下弦軸線至支座底板上表面的距離為160mm，并設(shè)置圖12所示加勁肋。下弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫取肢背和肢尖的焊縫尺寸分別為=6mm和=4mm，則所需焊縫長(zhǎng)度為：肢背：=+12= +12=+12=125m

18、m故取130mm。肢尖：=+8= +8=+8=83mm故按構(gòu)造取90mm。上弦桿端與節(jié)點(diǎn)板的焊縫，由于焊縫長(zhǎng)度較大，可不必計(jì)算，按構(gòu)造要求即可。(1)支座底板計(jì)算。支座反力為 R=6F=6×16.4=98.4支座底板尺寸取a×b=250mm×250mm,采用M22錨栓，并用圖示U形缺口。柱頂混凝土的壓應(yīng)力為：=22.3=160底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算。支座節(jié)點(diǎn)板和加勁肋將支座底板分成四塊，每塊板均為兩相鄰邊固定支撐而另兩相鄰邊自由的板。兩支撐邊之間的對(duì)角線長(zhǎng)度為：=170mm兩支撐邊之間的交點(diǎn)到對(duì)角線的垂直距離為：=2=85mm=85170=0.5，查表得=0.058，則M=0.058×1.79×170×170=3000.4底板所需厚度（按厚度t在1640范圍取值）：t=