1、 1 目 录 1. 设计资料 . 2 2 屋架杆件几何尺寸的计算 . 2 3 屋架支撑布置 . 2 4 屋架的内力计算 . 5 5 屋架杆件截面设计 . 6 6 屋架节点设计 .10 7.参考资料 .20 2 钢 屋盖 课程设计 1. 设计资料 1） .车间为单跨厂房，全长 90m。屋架 支撑在 钢筋 混凝土柱上，柱距为 6m。上柱截面尺寸为 400x400mm。混 凝 土强度等级为 C30，车间内设有一台起重重量 300kN 的 桥 式吊车 。 2） .屋架跨度： 18m 3） .屋面坡度： 1： 3 2 屋架杆件几何尺寸的计算 根据所用屋面材料的排水需求及跨度参数，采用芬克式三角形屋架。屋
2、面坡度为 i=1：3,屋面倾角 =arctg（ 1/3） =18.435， sin=0.3162， cos=0.9487 屋架计算跨度 l0 =l 300 18000 300=17700mm 屋架跨中高度 h= l0i/2=17700/(23)=2950mm 上弦长度 L=l0/2cos9329mm 节间长度 a=L/6=9329/61555mm 节间水平段投影尺寸长度 a =acos=15550.9487=1475mm 根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图 1 所示 图 1 屋架形式及几何尺寸 3 屋架支撑布置 3.1 屋架支撑 1、 因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下
3、弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的 柔性水平系杆均用该处的檩条代替。 2、 根据厂房长度 90m,跨度为 6m，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑 和 下弦横向水平支撑 ，中间设置一道 垂直支撑。如图 2 所示。 3 图 2 屋盖支撑布置 3.2 屋面檩条及其支撑 波形石棉瓦长 1800mm,要求搭接长度 150mm，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距为 mma p 8 2 513 1 5 01 8 0 0m a x 半跨屋面所需檩条数 根3.1218 2 5 61 5 5 5 n p 考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条
4、数 13 根，则檩条间距为： 可以满足要求。 mmaa pp 825778113 61 5 5 5 m a x4 图 3 屋面檩条及其支撑布置示意图 3.2.1 截面选择 试选用普通槽钢 10，查表 m=0.098kN/m， Ix=198.3cm4,Wx=39.7cm3,Wy=7.8cm3; 截面塑性发展系数为 x=1.05,y=1.2。 恒载 石棉瓦 0.20.778/0.9487=0.148（ kN/m2） 木丝板 0.250.778/0.9487=0.185（ kN/m） 檩条和拉条自重 0.098（ kN/m） 架和支撑自重 0.12+0.011 18=0.318（ kN/m） 合计
5、gk=0.749（ kN/m） 可变荷载 qk=0.5000.778/0.9487=0.369（ kN/m） 檩条的均布 荷载设计值 q= Ggk+ Qqk=1.20.749+1.40.369=1.415kN/m qx=qsin =1.4150.3162=0.448kN/m qy=qcos =1.4150.9487=1.3424kN/m 3.2.2 强度计算 檩条的跨中弯距 X 方向： m6 . 0 3 9 k N61 . 3 4 281l81 22yx qM Y 方向： 0 . 5 0 4 k N / m60 . 4 4 8321l321 22xy qM （在跨中设了一道拉条） 5 檩条的最
6、大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处 23636yyYXXX 2 1 5 N / m m1 9 8 . 7 1 8107 . 81 . 2 100 . 5 0 4103 9 . 71 . 0 5 106 . 0 3 9 W MW M 满足要求。 3.2.3 强度验算 载荷标 准值 0 . 8 2 5 k N / m0 . 9 4 8 70 . 7 7 80 . 3 6 9 )( 0 . 7 4 9c o s )( aqgq pkkx 沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度： 150 10 0 5 6 8.0103.1981006.2 6000825.0.384 5.384 5 45
7、33 IlqxyElV 能满足刚度要求。 3.2.4 荷载计算 恒载 石棉瓦 0.20.778/0.9487=0.148（ kN/m2） 木丝板 0.250.778/0.9487=0.185（ kN/m2） 檩条和拉条自重 0.098（ kN/m2） 架和支撑自重 0.12+0.011 18=0.318（ kN/m2） 合计 gk=0.749（ kN/m2） 可变荷载 qk=0.5000.778/0.9487=0.369（ kN/m2） 檩条的均布荷载设 计值 q= Ggk+ Qqk=1.20.749+1.40.369=1.415kN/m2 节点荷载设计值 P=qa s=1.4151.4756
8、=12.52kN 4 屋架的内力计算 4.1 杆件的轴力 芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷载作用下，腹杆内力不变号，故只按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。根据建筑结构静力计算手册，对于十二节间芬克式桁架， n=17700/2950=6。先 查 得内力系数，再乘以节点荷载 P=12.52kN,屋架及荷载是对称的，所以只需计算半个屋架的杆件轴力。计算出的内力如表 1 所示。 6 表 1 桁架杆件内力组合设计值 杆件 内力系数 内力设计值/kN(P=12.52kN) 上弦杆 AB BC CD DE EF FG -17.39 -16.13 -16.76 -16.44 -15.18 -15
9、.81 -217.72 -201.95 -209.84 -205.83 -190.05 -197.94 下弦杆 AH HI IJ +16.50 +13.50 +9.00 +206.58 +169.02 +112.68 腹杆 DI BH、 CH EK、 FK HD、 DK IK KG GJ -2.85 -1.34 -1.34 +3.00 +4.50 +7.50 0 -35.68 -16.78 -16.78 +37.56 +56.34 +93.9 0 注：负为压杆，正为拉杆。 4.2 上弦杆的弯矩 由钢结构与组合结构查的，上弦杆端节间最大正弯矩： M1=0.8M0，其它节间最大正弯矩和节点负弯矩为
10、 M2=0.6M0。 上弦杆 节间集中载荷 P=12.52kN 节间最大弯矩 M0= Pl/4 =12.521.475/4=4.617kNm 端节间 M1=0.8M0=0.84.617=3.694kNm 中间节间及节点 M2=0.6M0=0.6=2.770kNm 5 屋架杆件截面设计 在设计屋架杆件截面前，首先要确定所选节点板的厚度。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 Nmax=217.72kN,查钢结构设计 原理 P336 页 表 9.6.4 单 节点板 桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为 10mm,其它节点板厚 应大于 8mm。 选所有节点板厚 10mm
11、 5.1 上弦杆 整个上弦杆采用等截面通长杆，由两个角钢组成 T形截面压弯构件，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 lox=1555mm 侧向无支撑长度 l1=21555=3110mm 首先试选上弦截面为 21107010，查钢结构得其主要参数A=34.334cm2,ix=1.96cm,填板 10mm， iy=5.45cm, Wxmin=24.96cm3， ,WXMAX=76.6cm3截面塑性发展系数 x1=1.05,x2=1.2。 7 故截面 选 截面 选2 1 5 N / m mf9 1 . 7 6 N / m m103 4 . 3 3 40 . 6 9 1 102
12、 1 7 . 7 2AN则 0 . 6 9 17 9 . 3 4 查 92223m a x 5.1.1 强度验算 取 AB 段上弦杆（最大内力杆段）验算： 轴心压力： N=217.72kN 最大正弯矩（节间）： Mx=M1=3.694kNm； My=M2=2.770kNm 截面强度验算由负弯矩控制。 上弦采用等截面， 根据 5.2 下弦杆 （轴心受拉杆件） 整个下弦钢不改变截面，采用等截面通 长杆。在下弦节点 I 处，下弦杆角钢水平肢上开有直径为 17.5mm的安装螺栓扩孔。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 d0=17.5m
13、m 的安装螺栓孔。 首先按段 AH 的轴心拉力 N=206.58kN 15006.5745.5 0.31115034.7996.1 5.155yoyyxoxxililcmll cml oxoyox 1.3112 5.155符合要求2 1 5 N / m m1 6 9 . 1 N / m m102 4 . 9 61 . 0 5 102 . 7 7103 4 . 3 3 4 102 1 7 . 7 2W MAN 223623x m i nxxn 截面符合要求2 1 5 N / m m7 3 . 2 2 4 N / m m3 4 3 3 . 40 . 8 6 62 1 7 7 2 0AN0 . 8
14、6 6查 得22yy 1 5 077.40)1 1 07.52123 1 11(10/1 1 07.3)7.521(7.35 8 3.11 1 0/3 1 1 056.056.011tb4224122111btltbbloyyzoy8 下弦杆的计算长度 lox=393.4cm （取下弦杆 IJ 段的长度） loy=2393.4=786.8cm 需要 223n cm608.910215 1058.206 fNA 39 3. 4 1. 12 4350oxx li cm 7 8 6 .8 2 .2 4 8350oyy li cm 选用 2706 的角钢， 填板 10mm 其截面相关参数为 A=16.
15、32cm2， ix=2.15cm，iy=3.26cm。 5.2.1 强 度验算 杆段 AH An=A=16.32cm2 22 3n N / m m2 1 558.1 2 61032.161058.2 0 6 AN 杆段 HI 22 3n N / m m215566.1031032.161002.169 AN 杆段 IJ 22 3n N / m m21504.691032.161068.112 AN 5.2.2 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。 5.3 腹杆 5.3.1 中间竖腹杆 JG 对于中间竖腹杆， N=0， l =295cm 35034.24126.3 8.78
16、63509.18215.2 4.393yoyyxoxxilil9 对连接垂直支撑的桁架，采用 2504组成十字形截面， cmii ox 94.1m in 单个角钢 504， mini =0.99cm 0l =0.9 l =0.9295=265.5cm 0 m i n2 6 5 . 5 1 3 6 . 8 6 3 5 01 . 9 4oli 可满足要求。 5.3.2 主斜腹杆 IK、 KG 主斜腹杆 IK、 KG 两杆采用相同截面 ， lox=245.8cm， loy=2245.8=491.6cm， 内力设计值 N=+93.9kN 所需净截面面积 选用 2404， T 形截面 ，填板 10mm
17、A=6.17mm2 ix=1.22cm 0.7cm， iy=1.88 1.40cm 可以使用 5.3.3 腹杆 DI NDI=-35.68kN， lox=0.8 loy=0.8 155.5=124.4cm， loy=l =155.5cm 选用 404， A=3.09cm2,ix=1.22cm， iy=1.96cm 刚度验算： 1 2 4 .4 1 0 2 1 5 01 .2 2oxxxli 1 5 5 .5 7 9 1 5 01 .9 6oyyyli 按 b 类截面查表得 0.542x 可满足要求。 5.3.4 腹杆 BH、 CH、 EK、 FK 4 根杆均为压杆，受力及长度均有小于 DI 杆
18、，故可按 DI 杆选用 404。 不采用填板 5.3.5 腹杆 HD、 DK 223n 3 6 7.4102 1 5109.93 cmfNA 22y N / m m2 1 5/2 1 33 0 95 4 2.03 5 6 8 0 mmNAN 24 5. 8 0. 70350oxx li cm 4 9 1 .6 1 .4 0350oyy li cm 10 两者均为拉杆。 N=+37.56kN,l=24.58cm.选用 404， A=3.09cm2,ix=1.22cm， iy=1.96cm验算如下： 23 N / m m21555.121309 1056.37 AN 可满足要求。 5.4 填板设置
19、与尺寸选择 双角钢杆件的填板设置与尺寸选择如表 2 表 2 填板设置与尺寸选择 杆件名称 杆件截面 节间杆件几何长度（ mm) i (mm) 40i(压杆）或 80i（拉杆）(mm) 实际填板间距(mm) 每 一节间填板数量(块 ) 填板尺寸 b t h(mm) 上弦杆 21107010 1555 19.6 784 778 1 60 10 70 下弦杆 AH、 HI 2706 2458 21.5 1720 1229 1 60 10 90 IJ 3934 1311 2 腹杆 GJ 2504 2950 9.9 792 658 5 60 10 80 IK、 KG 2404 2458 12.2 976 1153 5 60 10 60 6 屋架节点设计 角焊缝强度设计（ E43 型 焊条） 2N/mm160wff 屋架各杆件轴线至各杆件角钢背面的距离 Z0如表 3，表中 Z0 为杆件重心线至角钢背面的距离。 表 3 屋架各杆件轴线至角钢背面的距离 Z0 杆件名称 杆件截面 重心距离Z0(mm) 轴线距离Z0 (mm) 备注 上弦杆 21107010 17.2 20 下弦杆 2706 19.5 20 腹杆 JG 2504 13.8 15 IK、 KG 2404 8.9 10 3 5 018.1 6 122.1 8.2 4 58.0 xoxx il
