m钢结构课程设计之三角形钢屋架设计Word下载.doc
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上弦长度L=l0/2cosα≈9329mm
节间长度a=L/6=9329/6≈1555mm
节间水平段投影尺寸长度a＇=acosα=1555×
0.9487=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、在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。
2、因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下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。
3、根据厂房长度36m,跨度为4m，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，下弦横向水平支撑及垂直支撑。
如图2所示。
图2屋盖支撑布置
3.2屋面檩条及其支撑
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撑点，因此最大檩条间距为
半跨屋面所需檩条数
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数13根，则檩条间距为：
可以满足要求。
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[8，查表得m=0.08kN/m,Ix=101cm4,Wx=25.3cm3,Wy=5.8cm3;
截面塑性发展系数为γx=1.05,γy=1.2。
恒载0.3×
0.778=0.233（kN/m）
石棉瓦0.2×
0.778=0.156（kN/m）
檩条和拉条0.080（kN/m）
合计gk=0.469（kN/m）
可变荷载qk=0.600×
0.778=0.467（kN/m）
檩条的均布荷载设计值q=Ggk+Qqk=1.2×
0.469+1.4×
0.467=1.217kN/m
qx=qsin=1.217×
0.3162=0.379kN/m
qy=qcos=1.217×
0.9487=1.155kN/m
3.2.2强度计算
檩条的跨中弯距
X方向：
Y方向：
（在跨中设了一道拉条）
檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处
满足要求。
3.2.3强度验算
载荷标准值
沿屋面方向有拉条，所以只验算垂直于屋面方向的挠度：
能满足刚度要求。
3.2.4荷载计算
恒载0.3×
石棉瓦0.2×
檩条和拉条0.080（kN/m）
合计gk=0.469（kN/m）
可变荷载qk=0.600×
节点荷载设计值P=qa＇s=1.217×
1.475×
4=7.18kN
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。
先差得内力系数，再乘以节点荷载P=7.18kN,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。
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=7.18kN）
上弦杆
AB
BC
CD
DE
EF
FG
-17.39
-16.13
-16.76
-16.44
-15.18
-15.81
-124.86
-115.81
-120.34
-118.04
-108.99
-113.5
下弦杆
AH
HI
IJ
+16.50
+13.50
+9.00
+118.47
+96.93
+64.62
腹杆
DI
BH、CH
EK、FK
HD、DK
IK
KG
GJ
-2.85
-1.34
+3.00
+4.50
+7.50
-20.46
-9.62
+21.54
+32.31
+53.83
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M2=±
0.6M0。
上弦杆节间集中载荷P=7.18kN
节间最大弯矩M0=Pl/4=7.18×
1.475/4=2.648kN·
m
端节间M1=0.8M0=0.8×
2.648=2.118kN·
中间节间及节点M2=±
0.6M0=±
0.6×
2.648=1.589kN·
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=124.86kN,查《钢结构设计及实用计算》P83页表5-1单壁式桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为8mm,其它节点板厚为6mm。
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=2×
1555=3110mm
首先试选上弦截面为2∟70×
6，查《钢结构》得其主要参数：
，,
截面塑性发展系数γx1=1.05,γx2=1.2。
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=124.86kN
最大正弯矩（节间）：
Mx=M1=2.118kN·
m；
My=M2=1.589kN·
截面强度验算由负弯矩控制。
5.1.2弯矩作用平面内的稳定性验算
λx=l0x/ix=155.5/2.14=72.66＜150，按GB50017附录C表C-2查得=0.734
按有端弯矩和横向荷载同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数为
补充验算：
故平面内的稳定性得以保证。
5.1.3弯矩作用平面外的稳定性验算
此稳定性由负弯矩控制，验算上弦杆ABC段在弯矩作用下平面外的稳定性
轴心压力N1=124.86kN，N2=115.81kN。
loy=l1（0.75+0.25N2/N1）=2×
155.5×
（0.75+0.25×
115.81/124.86）=305.36
λy=loy/iy=305.36/3.13=97.56＜150
查《钢结构》附表得，
对弯矩使角钢水平肢受压的双角T形截面，查相关规范得整体稳定系数可用下式计算：
在计算长度范围内弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取。
平面外长细比和稳定性均满足要求。
5.1.4局部稳定验算
对由2∟70×
7组成的T形截面压弯构件
翼缘：
满足局部稳定要求。
腹板：
亦满足要求。
所选上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。
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=17.5mm的安装螺栓孔。
首先按段AH的轴心拉力N=118.47kN
下弦杆的计算长度lox=393.4cm（取下弦杆IJ段的长度）
loy=2×
393.4=786.8cm
需要
选用2∟56×
4的角钢，其截面相关参数为A=8.78cm2，ix=1.73cm，iy=2.52cm。
5.2.1长度验算
杆段AHAn=A=8.78cm2
杆段HI
杆段IJ
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，=295cm
对连接垂直支撑的桁架，采用2∟50×
4组成十字形截面，
单个角钢∟50×
4，=0.99cm
=0.9l=0.9×
295=265.5cm
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=+53.85kN
所需净截面面积
选用2∟30×
4，T形截面
A=2×
2.76=5.52cm2＞2.5cm2，
ix=0.90cm＞0.7cm，iy=1.49＞1.40cm可以使用
5.3.3腹杆DI
NDI=-23.19kN，lox=0.8l=0.8×
155.5=124.4cm，loy=l=155.5cm
选用∟40×
4，A=3.09cm2,ix=1.22cm，iy=1.96cm
刚度验算：
按b类截面查表得
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，故可按DI杆
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