钢结构课程设计三角形屋架设计1.docx
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钢结构课程设计三角形屋架设计1
1:
荷载计算
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，采用人字式三角形屋架。
屋面坡度为i=1：
2.5,屋面倾角α=arctg（1/2.5）=21.8°，sinα=0.37，cosα=0.93
屋架计算跨度l0=l－300＝15000－300=14700mm
屋架跨中高度h=l0×i/2=14700/（2×2.5）=2940mm
上弦长度L=l0/2cosα≈7903mm
节间长度a=L/4=7903/4≈1979mm
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。
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。
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0.3×0.778=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
节点荷载设计值P=qa＇s=1.217×1.475×4=7.18kN
4屋架的荷载和内力计算
4.1荷载计算
彩色涂层压型钢板复合保温板（含檩条）0.25KN/m2
屋架和支撑自重0.01L=0.15KN/m2
恒荷载总和0.4KN/m2
基本雪压0.8KN/m2
可变荷载总和0.8KN/m2
风荷载：
乌鲁木齐基本风压ω0=0.6KN/m2，风压高度变化系数为1.25，屋面迎风面的体形系数0.147，背风面为0.5。
所以负风压设计值为：
迎风面：
ω1=﹣1.4×0.147×1.25×0.6=﹣0.15435KN/m2
背风面：
ω2=﹣1.4×0.5×1.25×0.6=﹣0.525KN/m2
垂直于水平面的分力最大为0.525×0.37=0.19425小于荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆长细比依然控制在350以内。
悬挂荷载：
0.3KN/m2
4.2荷载组合
可变荷载效应控制的组合：
1.2×0.4+1.4×0.8=1.6KN/m2
永久荷载效应控制的组合：
1.35×0.4+1.4×0.8×0.7=1.324KN/m2
故取由可变荷载效应控制的组合
4.3节点荷载取值
上弦中间节点荷载：
F1=（1.6×6×15）/8=18KN
上弦两端节点荷载：
F2=18/2=9KN
下弦节点荷载：
F3=（0.3×6×15）/4=6.75KN
4.4内力计算
柱内力详图
柱号
M
N
V
M
N
V
1
0.00
0.37
0.00
0.00
-0.37
0.00
2
0.00
-0.63
0.00
0.00
0.63
0.00
3
0.00
0.41
0.00
0.00
-0.41
0.00
4
0.00
0.27
0.00
0.00
-0.27
0.00
5
0.00
0.32
0.00
0.00
-0.32
0.00
6
0.00
-1.83
0.00
0.00
1.83
0.00
7
0.00
-0.48
0.00
0.00
0.48
0.00
8
0.00
0.36
0.00
0.00
-0.36
0.00
9
0.00
0.57
0.00
0.00
-0.57
0.00
10
0.00
-0.51
0.01
0.00
0.51
-0.01
11
0.00
-0.57
0.00
0.00
0.57
0.00
12
0.00
-0.50
0.00
0.00
0.50
0.00
13
0.00
-0.70
0.00
0.00
0.70
0.00
14
0.00
0.76
0.00
0.00
-0.76
0.00
15
0.00
0.28
0.00
0.00
-0.28
0.00
16
0.00
-0.27
0.00
0.00
0.27
0.00
17
0.00
0.72
0.00
0.00
-0.72
0.00
18
0.00
-0.03
0.00
0.00
0.03
0.00
19
0.00
-0.44
0.00
0.00
0.44
0.00
20
0.00
0.43
0.00
0.00
-0.43
0.00
21
0.00
-1.74
0.00
0.00
1.74
0.00
22
0.00
-0.99
0.00
0.00
0.99
0.00
23
0.00
0.14
0.00
0.00
-0.14
0.00
24
0.00
0.36
0.00
0.00
-0.36
0.00
25
0.00
-1.45
0.00
0.00
1.45
0.00
26
0.00
0.57
0.00
0.00
-0.57
0.00
27
0.00
1.49
0.00
0.00
-1.49
0.00
28
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
29
0.00
-0.56
0.00
0.00
0.56
0.00
5屋架杆件截面设计
弦杆端节间最大内力N=-205.98KN，查表7.4，选用支座节点板厚度t=10mm。
5.1上弦杆
按上弦杆最大轴心压力计算，试选截面2∟90×6，
截面几何特性：
A=10.64×2=21.28cm2
iy=4.05cmix=2.79cm
lox=197.9cmloy=367.5cm
λx=lox/ix=70.93＜150λy=loy/iy=90.74＜150
b类截面，双角钢T型截面线对称轴应按弯扭曲屈计算长细比λyz
b/t=90/6=15＜0.58loy/b=0.58×367.5/9=23.68
∴按式4-15计算λyz=λy（1+）=96.56
由λmax=λyz=96.56，查附表4.2得φ=0.545
σ=N/（φA）=177.6＜215N/mm2满足
填板每个节间放一块（满足l1范围内不少于两块）
5.2下弦杆
不改变截面按最大内力计算，选用2∟70×5，
截面几何特性：
A=6.88×2=13.76cm2
iy=3.24cmix=2.16cm
lox=loy=367.5cm
λx=lox/ix=170.14＜350λy=loy/iy=113.43＜350
σ=N/A=138.99N/mm2＜215N/mm2
填板每个节间放两块
5.3斜腹杆
计算（16）号杆件，选2∟56×5
截面几何特性：
A=5.42×2=10.84cm2
iy=2.69cmix=1.72cm
lox=0.8×287=229.6cmloy=287cm
λx=lox/ix=133.49＜150λy=loy/iy=106.7＜150
b类截面，双角钢T型截面线对称轴应按弯扭曲屈计算长细比λyz
b/t=5.6/0.5=11.2＜0.58loy/b=0.58×287/5.6=29.37
∴按式4-15计算λyz=λy（1+）=109.1
由λmax=λyz=109.1，查附表4.2得φ=0.493
σ=N/（φA）=76.72N/mm2＜215N/mm2满足
填板放两块
计算（13）、（14）号杆，选2∟45×5
截面几何特性：
A=4.29×2=8.58cm2
iy=2.26cmix=1.37cm
以（13）号杆计算
lox=0.8×197.9=158.32cmloy=197.9cm
λx=lox/ix=115.56＜150λy=loy/iy=87.57＜150
b类截面，双角钢T型截面线对称轴应按弯扭曲屈计算长细比λyz
b/t=4.5/0.5=9＜0.58loy/b=0.58×197.9/4.5=25.5
∴按式4-15计算λyz=λy（1+）=89.3
由λmax=λyz=89.3，查附表4.2得φ=0.607
σ=N/（φA）=46.52N/mm2＜215N/mm2满足
放一块填板
计算（15）、（17）号杆，选2∟56×5，按受压杆长细比控制截面，
截面几何特性：
A=5.42×2=10.84cm2
iy=2.69cmix=1.72cm
lox=0.8×294.0=235.2cmloy=294.0cm
λx=lox/ix=136.7＜150λy=loy/iy=109.3＜150
σ=N/A=64.6N/mm2＜215N/mm2
屋架杆件截面选用表
杆件名称
杆件号
内力设计值（KN）
计算长度（cm）
所用截面
截面积A（cm2）
计算应力（N/mm2）
容许长细比【λ】
杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）
每节间填板数
lox
loy
上弦杆
A-B
-205.98
197.9
367.5
2∟90×6
21.28
177.6
150
-
1
J-I
-205.98
197.9
367.5
2∟90×6
21.28
177.6
150
-
1
下弦杆
A-G
191.25
367.5
367.5
2∟70×5
13.76
138.99
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