1、钢屋架课程设计,计算书内容: 进行屋架支撑布置，画出屋架结构及支撑的布置图；选择钢材及焊接材料，并明确提出对保证项目的要求；进行荷载计算、内力计算及内力组合，设计各杆件截面；设计一个下弦节点、一个上弦节点、支座节点、屋脊节点及下弦中央节点。图纸部分 绘制钢屋架运送单元的施工图，包括桁架简图及材料表。尺寸及标注应齐备，满足构造要求。,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设计 6、节点设计,二、屋架施工详图,某厂房，柱距6m，采用梯形钢屋架、1.56.0m预应力混凝土大型屋面板，屋架铰支于钢筋混凝土柱上，上柱
2、截面400400，混凝土强度等级为C30，屋面坡度为1:10。地区计算温度高于-20 ，无侵蚀性介质，地震设防烈度为7度，屋架下弦标高为18m；厂房内桥式吊车为2台150/30t（中级工作制），锻锤为2台5t。,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设计 6、节点设计,钢屋盖结构由屋面、屋架和支撑三部分组成。,图 无檩屋盖,平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。,上弦横向水平支撑下弦横向水平支撑下弦纵向水平支撑垂直支撑
3、,组成,钢屋盖支撑,图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。,如在房屋两端的柱间内设置上弦横向支撑桁架，则屋架上弦将屈曲成多个“半波”，从而提高上弦杆的整体稳定性，亦即提高了承载能力。由此可见平面桁架如无支撑系统从侧面“扶持”，将不能发挥它的承重作用。,1.上弦横向水平支撑,组成： 屋架上弦、斜向杆件、檩条、系杆 作用：保证屋架侧向刚度和屋盖的空间刚度，减小上弦在平面外计算长度，承受和传递端墙的风荷载。 布置：,上弦横向水平支撑一般应设置在房屋两端或纵向温度区段两端的第一柱间或第二柱间，其最大间距
4、为60m，否则在中间应增设一道或几道支撑。有时可将其布置在第二个柱间，但在第一个柱间要设置刚性系杆以支持端屋架和传递端墙风力。,a 屋架上弦横向水平支撑,2.下弦横向水平支撑,组成： 屋架下弦杆、斜杆、系杆 作用： 山墙抗风柱的支点，承受并传递水平风荷载、悬挂吊车的水平力和地震引起的水平力，减小下弦的平面外计算长度，减小下弦的振动。 布置：与上弦横向支撑布置在同一开间，形成稳定的空间体系，其最大间距为60m。 屋架跨度大于18m时， 屋架下弦设有悬挂吊车时， 抗风柱支承在屋架下弦时， 屋架下弦设通长纵向支撑时，宜设屋架下弦横向支撑。,下弦横向水平支撑。在相邻两榀桁架的下弦平面内沿跨度全长设置。
5、其杆件形式同上弦横向水平支撑。,3.下弦纵向水平支撑 组成：系杆、斜杆 作用：增加屋盖空间刚度，承受和传递吊车横向水平制动力。 布置：屋架两边，与横向支撑形成封闭框。 当房屋较高、跨度较大、空间刚度要求较高时，设有支承中间屋架的托架，或设有重级或大吨位的中级工作制桥式吊车等较大振动设备时，均应在屋架端节间平面内设置纵向水平支撑。一般情况可以省掉。,下弦纵向水平支撑,一般房屋的屋盖不设纵向水平支撑：当房屋设有托架时，必须在托架范围及其此端各廷伸一个柱间的下弦端节间平面内设置下弦纵向水平支撑。,下弦纵向水平支撑,虚线为柔性杆；实线为刚性杆,组成：系杆、斜杆 作用：使相邻屋架形成几何不变的空间体系，
6、保证侧向稳定。 布置位置： 屋架的垂直 支撑应与上、 下弦横向水 平支撑设置 在同一柱间。 每隔45个 开间布置一道。,4.垂直支撑,无天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、跨度l/3处 。,布置原则:,（1）梯形或平行弦屋架,无天窗，跨度l30m，布置在屋架两端、跨中。,图 a 垂直支撑的布置,图 b 垂直支撑的布置,垂直支撑即在相邻两榀桁架的对应竖杆(或斜杆)间平面内设置的作为支撑的垂直桁架。通常情况下，当梯形屋架跨度l30m时在两端和跨度中央共设三道。,垂直支撑,当l30m时在两端以及跨度 l3处或天窗架侧柱处共设四道。,l /3,l /3,l /3,作用：在无支撑的开间处，保证屋架的侧向
7、稳定，减小弦杆的计算长度，传递水平荷载。 系杆分刚性系杆（既能受拉也能受压）和柔性系杆（只能承受拉力）两种。屋架主要支承节点处的系杆，屋架上弦脊节点处的系杆均宜用刚性系杆。 布置：在横向支撑或垂直支撑节点处应沿房屋通长设置系杆。水平横向支撑设在第二柱间时，第一柱间端屋架需与第二榀屋架用刚性系杆连接，其余设置刚性或柔性系杆均可。 屋脊节点、屋架支座节点设置刚性系杆。,5.系杆,末设水平支撑的桁架，其上、下弦的侧向支承点由系杆来保证。系杆通常设于屋架两端以及有垂直支撑位置的上、下弦节点，并设于屋脊和天窗架侧柱位置的上弦节点。,f柔性系杆,K 刚性系杆,此外，对受压的上弦，必要时也对下弦，还应根据控
8、制弦杆长细比的要求按一定间距增设中间系杆。,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设计 6、节点设计,作用于屋架上的荷载有： 永久荷载： 屋架(包括文撑)自重； 屋面恒荷载(屋面板、屋面上的保温层、防水层、水泥砂浆找平层等屋面做法的重量)； 可变荷载： 屋面活荷载、雪荷载、积灰荷载。,荷载计算,荷载计算,荷 载 计 算 表,恒荷载分项系数一般取1.2，活荷载分项系数一般取1.4。,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设
9、计 6、节点设计,二、屋架施工详图,节点荷载汇集简图,杆件内力计算,杆件内力计算工程采用电算和手算，手算采用图解法较方便直观。 电算可以结构力学求解器。 求解时注意：应采用单位荷载进行求解，以便后面的进行荷载组合,梯形屋架杆件的内力组合,第一是全跨菏载：所有屋架都应进行全跨满载时的内力计算。即全跨永久荷载十全跨屋面可变荷载。 第二是全跨永久荷载十半跨可变荷载 第三是采用大型混凝土屋面板的屋架，尚应考虑安装时可能的半跨荷载：屋架 (包括支撑)自重十半跨屋面板重十半跨施工荷载。,屋架杆件内力组合表,桁架杆件的内力组合,桁架的不同荷载情况，即恒荷载和各种活荷载的不同组合情况，将对各杆件引起不同的内力
10、。设计时应考虑各种可能的荷载组合，并对每根杆件分别比较考虑哪一种荷载组合引起的内力最为不利，取其一组或几组作为该杆的设计内力。 对于桁架的轴心受力杆件，最不利内力是指：(1)拉杆的最大轴心拉力；(2)压杆的最大轴心压力；(3)受压为主可能受拉杆件的最大轴心压力，(4)受拉为主可能受压杆件：最大轴心拉力和最大轴心压力两组内力并列；受压杆件的长细比限制较严、且需进行杆件的整体稳定计算，故最大压力虽小于最大拉力也应并列为最不利内力。对于兼受弯矩的杆件，还应考虑最大正或负弯矩的不利情况。,桁架杆件的内力组合,桁架的不同荷载情况，即恒荷载和各种活荷载的不同组合情况，将对各杆件引起不同的内力。设计时应考虑
11、各种可能的荷载组合，并对每根杆件分别比较考虑哪一种荷载组合引起的内力最为不利，取其一组或几组作为该杆的设计内力。 对于桁架的轴心受力杆件，最不利内力是指：(1)拉杆的最大轴心拉力；(2)压杆的最大轴心压力；(3)受压为主可能受拉杆件的最大轴心压力，(4)受拉为主可能受压杆件：最大轴心拉力和最大轴心压力两组内力并列；受压杆件的长细比限制较严、且需进行杆件的整体稳定计算，故最大压力虽小于最大拉力也应并列为最不利内力。对于兼受弯矩的杆件，还应考虑最大正或负弯矩的不利情况。,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设
12、计 6、节点设计,二、屋架施工详图,轴拉杆按强度确定杆件所需的截面面积： 轴压杆按稳定条件计算所需的毛截面面积：先假定 ，弦杆80左右，腹杆100左右，查表，算出A，选定材料规格，再验算。,截面计算,轴心受拉杆件应验算强度和长细比要求。轴心受压杆件和压弯构件要计算强度、整体稳定、局部稳定和长细比。,内力很小或按构造设置的杆件，可按容许长细比选择构件的截面。首先计算截面所需的回转半径：,ixlox ，iyloy ，或iminlo 。,再根据所需的ix、iy 、 imin，查角钢规格表选角钢，确定截面。,杆件计算长度,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支
13、撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设计 6、节点设计,二、屋架施工详图,钢屋架节点设计,本课程设计只设计指定的5个节点，如图所示，并在计算书中要给出节点简图,根据腹杆的内力设计腹杆与节点板的焊缝，在计算书中按比例画出节点图,腹杆与弦杆或腹杆与腹杆之间焊缝的净距，不宜小于10 mm，或者杆件之间的空隙不小于1520mm。 190页,下弦节点,节点板的确定,节点板的厚度按腹杆内力查表确定,节点板的外形应尽可能简单而规则，一般采用矩形、平行四边形和直角梯形等。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15度。单斜杆与弦杆的连接应使之不出现连接的偏心弯矩。节点板的平面尺寸，一般应根据杆件截面尺寸和
14、腹杆端部焊缝长度画出大样图来确定。190页,无集中荷载作用的下弦节点计算,节点板应伸出弦杆l015mm以便焊接。腹杆与节点板的连接焊缝按第3章角钢角焊继承受轴心力方法计算。弦杆与节点板的连接焊缝，应考虑承受弦杆相邻节间内力之差NN2-N1，按下列公式计算其焊脚尺寸：,有集中荷载作用的上弦节点计算,为便于大型屋面板的放置，常将节点板缩进上弦角钢背，缩进距离不宜小于(0.5t+2)mm，也不宜大于t，t为节点板厚度。角钢背凹槽的塞焊缝可假定只承受屋面集中荷载，按下式计算其强度：,弦杆相邻节间的内力差NN2-N1，则由弦杆角钢肢尖与节点板的连接焊继承受，计算时应计人偏心弯矩M ne (e为角钢肢尖至
15、弦杆轴线距离)，按下列公式计算：,拼接节点计算,弦杆的拼接分为工厂拼接和工地拼接两种。 工厂拼接用于型钢长度不够或弦杆截面有改变时在制造厂进行的拼接，这种拼接的位置通常在节点范围以外。 工地拼接用于屋架分为几个运送单元时在工地进行的拼接，这种拼接的位置一般在节点处，为减轻节点板负担和保证整个屋架平面外的刚度，通常不利用节点板作为拼接材料，而以拼接角钢传递弦杆内力。拼接角钢宜采用与弦杆相同的截面，使弦杆在拼接处保持原有的强度和刚度。,上弦拼接节点,屋脊节点,拼接角钢为独立零件，左、右两半屋架工地拼接后，再将拼接角钢与左右两半榀屋架的弦杆焊接。为便于安装就位节点板与右方腹杆间应设一个安装螺接连接；
16、拼接角钢应与左、右弦杆间设2个安装螺栓固定夹紧。,屋脊节点三视图,下弦拼接节点,下弦跨中节点,下弦 跨中节点三视图,支座节点,一、设计说明书的编制,1、设计资料 2、结构形式与布置（屋架的选择与屋面系统的支撑布置） 3、荷载计算 4、内力计算 5、杆件设计 6、节点设计,二、屋架施工详图,施工图需明确屋架几何尺寸，各部分详图，相关尺寸，构件所用钢材的钢号、材料规格，连接材料的强度指标、规格，焊条型号，焊缝长度、厚度，防腐处理等。,桁架施工图,起拱：跨度较大的屋架，特别是荷载较大时，中间挠度较大，因此为确保安全使用和外部美观，一般跨度24m的梯形屋架和跨度15m的三角形屋架，中间起拱约为跨度的1
17、/500。,施工图的内容,1.通常在图纸的左上角用合适的比例画以屋架简图。一半标出几何长度，另一半杆件的计算内力值。2.屋架的正面图。其轴线图与节点图可取不同比例，如轴线可用1:301:20，杆件截面和节点尺寸可用1:151:10，以使节点画清楚些。 3.屋架上下弦杆的平面图、屋架端部和跨中的侧面图及必要的剖面图。4.标注尺寸，要全部注明各杆件和板件的的定位尺寸和孔洞位置等。5.编制材料表，对所有零件应进行详细编号，编号应按零件的主词、上下，左右一定的顺序逐一进行。6.文字说明包括所用钢材的钢号及保证项目；焊条型号，焊接方法和质量要求；图纸上未注明的焊缝和栓孔尺寸要求；油漆、加工和运输要求等。,施工图的内容,绘图步骤,1.左上角：屋架简图一半标几何长度，一半内力由于外荷载较大产生较大挠度， 起拱l/500,简图标明,设计计算书的要求,使用统一规格的无格白纸本，30页左右 要求有目录页，按目录编排页码 正文内容的顺序为： 设计资料 屋架材料的选择 屋架形式、尺寸的确定 屋盖支撑布置设计 屋架荷载和杆件内力计算，荷载组合； 屋架杆件截面选择及验算； 屋架节点设计及计算；,
