1、三角形钢屋架课程设计三角形钢屋架课程设计任务书一、 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钢屋架图。二、 设计资料某机械加工厂房，三角形（芬克式）屋架跨度 30m，间距 6m，设有两台工作级别 A4的软钩吊车，建筑平面示意如图 1 所示，屋面材料采用上、下两层多波形压型钢板（自重 0.12 ） ，中间用 20mm 厚矿渣棉板保温层（自重 0.065 ） ，屋面离地面高度约为 20m，2/mkN 3/mkN厂房长度 72m。基本风压 0.45 ，雪荷载为 0.40 。屋架两端支撑于截面为2/mkN2400mm400mm 的钢筋混凝土柱上，柱混凝土等级为 C20。三、 设 计内容1、
2、选择钢屋架的材料。2、 确定钢屋架的几何尺寸。3、屋架及屋盖支撑的尺寸4、檩条的设计5、钢屋架设计6、绘制钢屋架施工图四、 参考资料1、 钢结构设计规范 （GB500172002） 。2、 建筑结构荷载规范 （GB500092001） 。3、 建筑抗震设计规范 （GB500112001） 。4、 建筑结构可靠度设计统一标准 （GB50068 2001） 。5、 建筑结构制图标准 （GBT501012001） 。6、 建筑结构设计术语和符号标准 （GB/T50083 97） 。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） ，魏明钟主编，武汉理工大学出版
3、社，2002。三角形钢屋架课程设计计算书一、 屋架尺寸和檩条、支撑布置1、屋架尺寸屋架计算跨度： ml 29703030 屋面高度： h=4740mm上弦长度： L176)9285./(237节间长度： ma61屋面倾角： 0.5.2tncr节间水平投影长度： ma197528.17os屋架几何尺寸见图 2。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。在檩条的跨中布置一道拉条。1276217347 347347 34734725347164164164164 470150120217 217 217217217347根据厂房总长度 72
4、mm，跨度 24mm,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杆间设置一道垂直支撑（在跨中，见图 3） 。上弦檩条可兼作系杆，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三道刚性系杆（见图 3） 。二、 檩条设计选用12.6 槽钢截面，由型钢表查得，自重 12.32 0.12 ， ，mkg/kN/31.62cmWx， 。32.10cmWy491cIx1、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： mkN/52.01
5、7.20檩条和拉条： 永久荷载标准值： gk/.可变荷载：（檩条受荷水平投影面积为 ，未超过 ，故屋面均布活276.12.260m荷载取 ，大于雪荷载，故不考虑雪荷载。 ）2/5.0mkNmkNq /9.085.17.250cos17.檩条均布荷载设计值：qgKQG /234. mkNqyx /8.0371.2sin295co2、强度验算弯矩设计值（见图 4）： klqMxx 32.9607.281 mNyy .0)(1)(（因此在檩条的跨中设置了一道拉条）檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。nynxWM 336102.910.25.9/5/mNf相差不大，可忽略不计3、刚度验算只
6、验算垂直于屋面方向的挠度。荷载标准值： mkNqgK/02.9.031cos)()(Gyqgk/8.15.EIllvyK3)(38451508309106.243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。三、 屋架节点荷载计算1、永久荷载（水平投影面）压型钢板： 2/6.09285./10mkN檩条和拉条： 7屋架和支撑自重： 2/3.4.12.0kL水平投影面永久荷载标准值： 0Ngk2、屋面活荷载屋面活荷载为 。2/5.0mkN3、风荷载风荷载高度变化系数为 1.25，屋面迎风面得体型系数为0.328，背风面为0.5，所以负风压的设计值（垂直于屋面）为迎风面： 21
7、 /17.03.28.054. mkN背风面： 2 6和 均小于永久荷载（荷载分项系数取 1.0）垂直于屋面的分量1，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2/53.098.570mkN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 kNF2.18975.6).0417.2( 四、 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，故只须按全跨永久荷载与全跨活荷载组合计算屋架杆件的内力。屋
8、架杆件内力计算可用图解法或数解法进行。此屋架为标准屋架，可直接由建筑结构静力计算手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。见表 1屋架杆件内力计算表杆件名称 杆件 内力系数 内力设计值 /kNAB 14.81 269.6BC 13.66 248.6CD 14.07 256.1DE 13.70 249.4EF 12.55 228.4上弦FG 12.95 235.7AH 13.75 250.3下弦 HI 11.25 204.8IJ 7.50 136.5DI 2.79 50.8BH,CH 1.21 21.9EK,FK 1.21 21.9HD,DK 2.50 45.5IK 3.7
9、5 68.3KG 6.25 113.8腹杆GI 0.00 五、 杆件截面选择弦杆端节间最大内力为269.6kN,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、上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算。 ，即 。kN6.29maxcmlx7.210选用 2907 短肢相连的 T 形截面，由型钢表查得， ，26.43.1cmAncix78.ciy0.4222 /15/5.09.9NfNNn 378.10xil 504.06.250yil故所选截面合适。2、腹杆（1） DI 杆。， ，kNDI8.50 cmllx 4.205.8.00 cmly5.2
10、0选用 2504， ， ， 。28.7932cmAcix54.1cmiy35.21505.10xil 7.83.20 yil根据 查表得 ，则1max35.02223 /1/7.8.75.0 mNfNAN所选截面合适。（2） BH、CH、EK、FK 杆。，k9.1cml4.6选用564 单角钢截面， ， ，则239.cAcmiy1.0ll 8.100503.90yi由 查表得 。154.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 80.1350.60.6r 2223 /1725./419.45. mNfmNANr故所选截面满足要求。（3） HD、DK 杆，k5.4cl7.34选用454
11、 单角钢截面， ， ，则249.3cmAciy89.0ll 0.9.00357.342.0yi单角钢单面连接计算构件强度时强度设计值折减系数 ，则85.0r2223 /.1285.0/4.1049.5 mNfmNANrn 故所选截面满足要求。（4） IK、KG 杆两根杆件采用相同截面，并按最大内力 计算， ，kKG8.13clx7.340。cmlxy 4.687.320选用 2454， ， ， ，则298.6.32cAcmix.ciy16.2501.8.0 xil 32.36.470yil 222 /15/198.1mNfNANn 故所选截面满足要求。（5） GJ 杆。， 。0cml47对有连
12、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。，ciy18.20 cmll 39640.9027360yil故满足要求。对不连接垂直支撑的屋架 WJ1，选用564 单角钢，并按受拉支撑验算其长细比，。cmiy1.008.356.90yil故满足要求。屋架各杆件截面选择情况列于表 2。表 2 屋架杆件截面选择表计算长度（mm） 长细比杆件名称杆件编号内力设计值 N(kN) l0x l0y选用截面截面面积A (cm)杆件受力类型 xy容许长细比min计算应力 (N/mm)杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝(mm)填板数(每节间)上弦AB、 BC、 CD、DE、EF、
13、FG-269.6 2127 4254 2906 24.6 压杆 75 106.4 150 0.515 197.0 1下弦AH、HI、IJ 250.3 4976 118527550512.26 拉杆 346 322 350 204.2 6-1504-80 2DI -50.8 2044 2555 2504 7.8 压杆 133 108.7 150 0.375 173.7 4-504-50 2BH、CH、 EK、FK-21.9 1498 1498 564 4.39 压杆 135 150 0.346 144 4-504-50HD、DK +45.4 3090 3090 454 3.49 拉杆 347.2
14、 350 130.4 5-804-50IK、GK +113.8 3437 6874 2454 6.98 拉杆 249 318.2 350 163 5-804-50 20 (压) 4266 4266 2566 8.78 压杆 y0=195.7 200 4-504-50 7腹杆GJ0 (拉) 4266 4266 2566 4.39 拉杆 y0=384.3 400 4-504-50六、 节点设计1、屋脊节点（见图 6）腹杆 GK 与节点板的连接焊缝，查表得 （以下同） ，取肢背和肢尖的焊角2/160mNfw尺寸分别为 和 ，则杆端所需的焊缝长度分别为mhf51hf42肢背： 故取 。107.011
15、wfGKwNl m3.7101657.23l801肢尖： 取87.02822 wfGKwhNl m8.4516047.52303l502拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去 ，mhtVf 17取 ，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长mV20度为 mfhNlww 10567.042357.043拼接角钢的总长度为 dlw 28)15(2)(2上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载 F/2。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力 的 15%计算，且考虑由此力产生的偏心弯矩作用（偏心距 e=54mm） 。设肢尖焊缝焊角GFN尺寸 =5mm,节点板总长度为
16、 660mm,(根据上述腹杆与节点板的焊缝连接长度，并考虑杆件间fh应留的空隙等，按比例绘出节点大样图，从而确定节点板尺寸)，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为 mlw 325109285.0/)6(102cos/)60( 焊缝应力为 23/.257.07.0215NlhNwff 2232 /6.1857.017.0615 mNlhNewff 22222 /0/9.6.8).15()( fwff 由以上计算结果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故可按构造进行满焊，不必计算。2、下弦拼接节点（见图 7）屋架跨度 24m 超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点 G 和
17、下弦节点 I 处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按 IK 和 ID 中最大内力 计算。kNIK3.68设肢背和肢尖的焊角尺寸均取 ，则杆端所需的焊缝长度分别为mhf4肢背： 故取 。87.02811wfIKwNl m1.59816047.230ml601肢尖： 取.22fIhl 2.3.l52弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆内力 和 的内力差 计算，因 较小，按构造布IHNIJN置焊缝即可满足要求，不作计算。拼接角钢采用与下弦杆相同截面，肢背处削棱，竖肢切去 。mhtVf 155按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧每条焊缝所需的计算长度为故 取 120mm.mfhAlww 176057.4
18、217.04 wl拼接角钢所需总长度为 mlw 2701)2()(23、上弦节点 D（见图 8）各腹杆杆端与节点板的焊缝计算从略，节点板的形状和尺寸如图 8 所示。上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）F，取节点板缩进肢背 5mm,则mthf 42/8wfff lh7.0)8(4.2.1183 2/160.0/3 mNfmNw肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差：=kDEC 7.4.291.5偏心距 e=65mm，且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊缝进行满焊即可。4、支座节点（见图 9）屋架支承于钢筋混凝土柱上，混凝土强度等级 C20， ，为便于施焊，取下2/10mNfc
19、e弦轴线至支座底板上表面的距离为 160mm,并设置图 10 所示加劲肋。下弦杆端与节点板的焊缝取肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为 和 ，则所需焊缝长度为mhf51hf42肢背： 故取 。7.02111 wfAHwNKl 13726057.30ml10肢尖： 取mfhl wAHw 92816047.23087.02822 l102上弦杆端与节点板的焊缝，由于焊缝长度较大，可不必计算，按构造要求即可。（1） 支座底板计算支座反力为 kNFR2.109.86支座底板尺寸取 ,采用 M22 锚栓，并用图示 U 形缺口。柱顶混凝土mba52的压应力为 2223 /10/61.50.19fAcenf 底板的厚
20、度按屋架反力作用下的弯矩计算。支座节点板和加劲肋将支座底板分为四块，每块底板均为两相邻边固定支承而另两相邻边自由的板。两支承边之间的对角线长度为 ma170)215()2015(两支承边的交点到对角线的垂直长度为， ，查表得 ，则mab852/1.07/8/1b 8.mNqM4.39.0.2底板所需厚度（ 按厚度 在 范围取值）：ft6故取 。ft 4.920536t20（2） 加劲肋与节点板的连接焊缝。加劲肋与节点板的连接焊缝计算与牛腿焊缝相似，如图 10 所示。假定一块加劲肋的受力为屋架支座反力的1/4，即 kNRV3.274.109keM8.1656.加劲肋厚度采用 10mm，焊脚尺寸 取 6mm，焊缝fh计算长度为 ，则焊缝应力为：mlw32518022)7.0()7.06( wfwfff lhVlhM1515901206V90位 m2324 )1867.0()13867.02.1( /65mNfmNw（3）加劲肋、节点板与支座底板的连接焊缝。图 10 所示切口宽度为 15mm，两条节点板和四条加劲肋焊缝的总长度为 mlw 860)1512(4)025( 223 /160/.47.097. mNfNlhR wwfff 故满足要求。其余各节点的构造见施工图。七、 屋架施工图屋架施工图如图 11 所示。
