钢结构设计原理课程设计三角形钢屋架结构设计 设计时间 目录1课程设计指导书62屋架杆件几何尺寸的计算63屋架支撑布置73.1屋架支撑7 3.2屋面檩条及其支撑83.2.1截面选择83.2.2强度计算93.2.3强度验算93.2.4荷载计算94屋架的内力计算104.1杆件的轴力104.2上弦杆的弯矩105屋架杆件截面设计105.1上弦杆115.2下弦杆125.3腹杆135.3.1中间竖腹杆JG135.3.2主斜腹杆IK、KG145.3.3腹杆DI 145.3.4腹杆BH、CH、EK、FK 155.3.5腹杆HD、DK 155.4填板设置与尺寸选择 156屋架节点设计 166.1支座节点A 166.2上弦一般节点B、C、E、F、D 206.3屋脊拼接节点G 216.4下弦一般节点H 236.5下弦拼接节点I 236.6下弦中央节点J 256.7受拉主斜杆中间节点K 258参考资料 25三角形钢屋架课程设计指导书西南交通大学自考班课程设计任务书钢屋架设计一、设计资料1. 某地区某金工车间，长18Sm，跨度Lm，柱距Sm，采用无檩屋盖结构体系，梯形钢结构屋架，1.5mSm预应力混凝土大型屋面板，膨胀珍珠岩制品保温层（容重4kN/m3，所需保温层厚度由当地温度确定），卷材屋面，屋面坡度i。基本风压W，基本雪压S. 活荷载q2. 某地区某车间，长18S m，跨度L m，采用有檩屋盖体系，三角形屋架，屋面采用压型钢板0.15Kn/m2，不保温，屋面坡度i。基本风压W，基本雪压S.活荷载q根据附表选择题目。屋架均简支于钢筋混凝土柱子上，混凝土标号为C20，建造地点见附表。屋架所受荷载，包括恒载，活荷载，及风雪荷载等，均应该根分组表采用。大组7组，小组52组，跨度24m，柱距6m，雪荷载0.75，风压0.3，屋面坡度0.42，屋面荷载0.5。二、设计内容与要求1. 选择计算跨度，节间划分和腹杆形式，选用钢材以及焊条；2. 布置屋盖支撑，说明各支撑布置的必要性和作用，并按比例绘制出支撑布置图；3. 可用图解法或者查手册等方法求得半跨单位荷载作用下的杆力系数4. 荷载计算5. 杆力组合6. 选择杆件截面，列表汇总7. 节点设计8. 施工图绘制（包括绘制平面布置图、支撑布置图和一榀钢屋架设计详图，详图中必须至少包含屋脊节点详图、跨中下弦节点详图和支座节点详图）三、其它补充技术资料1）三角形屋架三角形屋架上弦坡度一般为i=1/21/3，跨度一般为1824m之间，适用于屋面坡度较大的有檩体系屋盖。三角形屋架与柱只能做成铰接，故房屋的横向刚度较低，且屋架弦杆的内力变化较大，在支座处最大，跨中较小，故弦杆用同一规格截面时，其承载力不能得到充分利用。2）梯形屋架梯形屋架上弦坡度一般为i=1/81/20，跨度可达36m，适用于屋面坡度较小的屋盖体系。梯形屋架的外形接近于弯矩图，各节间弦杆受力较弱，且腹杆较短。梯形屋架与柱的连接可做成刚接也可做成铰接。当做成刚接时，可提高房屋的横向刚度，因此是目前工业厂房无檩体系屋盖中应用最广的屋盖形式。3）选型参数常用屋架高度为：三角形屋架一般取h=(1/41/6)l。梯形屋架当上弦坡度为1/81/12时，跨中高度取h=(1/61/10)l，跨度大（或屋面荷载小）时取小值，跨度小（或屋面荷载大）时取大值。梯形屋架的端部高度，当屋架与柱铰接时取1.62.2 m，刚接时取1.82.4 m，端弯矩大时取大值，端弯矩小时取小值。对于跨度较大的屋架，在横向荷载作用下将产生较大的挠度，有损外观并可能影响屋架的正常使用。为此，对跨度L15 m的三角形屋架和跨度L24 m的梯形屋架，当下弦无向上曲折时，宜采用起拱来抵消屋架受荷后产生的部分挠度。起拱高度一般为其跨度的1/500左右。4）屋盖支撑钢屋盖和柱组成的结构体系是一平面排架结构，纵向刚度很差，在荷载作用下，存在着所有屋架同向倾覆的危险。此外，在这样的体系中，由于檩条和屋面板均不能作为上弦杆的侧向支承点，故上弦杆在受压时，极易发生侧向失稳现象，如图中虚线所示，其承载力极低。在屋盖两端或中部适当位置的相邻两榀屋架之间，设置一定数量的支撑，沿屋盖纵向全长设置一定数量的纵向杆件（系杆），将屋架连成一空间结构体系，形成屋架与支撑桁架组成的空间稳定体系。目的是保证整个屋盖的空间几何不变性，从而阻止屋架上下弦侧移，大大减小其自由长度，提高屋架弦杆的承载力。同时，可保证屋盖结构安装时的稳定和方便。钢屋盖支撑主要由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及系杆组成。5、钢屋架节点设计的基本要求和构造要求 基本要求（1）角钢屋架各汇交的杆件一般焊接于节点板上，组成屋架节点。杆件截面重心轴线汇交于节点中心，截面重心线按所选用的角钢规格确定，并取5mm的倍数。（2）除支座节点外，屋架其余节点宜采用同一厚度的节点板，支座节点板宜比其他节点板厚2mm。（3）节点板的形状应简单，如矩形梯形等，以制作简便及切割钢板时能充分利用材料为原则。节点板的平面尺寸（长度宽度），宜为5mm的倍数，可根据杆件截面尺寸和腹杆端部焊缝长度作出大样图来确定，在满足传力要求的焊缝布置的前提下，节点板尺寸应尽量紧凑。在焊接屋架节点处，腹杆与弦杆腹杆与腹杆边缘之间的间隙a不小于20mm，相邻角焊缝焊趾间距应不小于5mm；屋架弦杆节点板一般伸出弦杆1015mm；有时为了支承屋面结构，屋架上弦节点板（厚度为t）一般从弦杆缩进510mm，且不宜小于（t/2+2）mm。（4）角钢端部的切断面一般应与其轴线垂直；当杆件较大，为使节点紧凑。（5）单斜杆与弦杆的连接应避免偏心弯矩。节点板边缘与杆件轴线的夹角不应小于15。在单腹杆的连接处，应计算腹杆与弦杆之间节点板的强度。（6）支承大型屋面板的上弦杆，当屋面节点荷载较大而角钢肢厚较薄时，应对角钢的水平肢予以加强。 节点构造（1）下弦中间节点弦中间节点，当弦杆无弯折时，其连接构造按有关规定进行。（2）上弦中间节点支承大型屋面板或檩条的屋架上弦中间节点，为放置集中荷载下的水平板或檩条，可采用节点板不向上伸出部分向上伸出和全部伸出的做法。l 节点板不伸出的方案。此时节点板缩进上弦角钢肢背，采用横焊缝焊接，于是节点板与上弦之间就由槽焊缝和角焊缝传力。节点板的缩进深度不宜小于(t1/2+2)mm，也不宜大于t1，t1为节点板的厚度。l 节点板部分或全部伸出的方案。当节点板伸出不妨碍屋面构件的安放时，可采用该方案。（3）弦杆拼接节点当角钢长度不足弦杆截面有改变或屋架分单元运输时，弦杆常需要拼接。前两者为工厂拼接，拼接点通常在节点范围之外；后者为工地拼接，拼接点通常在节点处。l 工厂拼接双角钢杆件采用拼接角钢拼接，拼接角钢宜采用与弦杆相同的规格（弦杆截面改变时，与较小截面的弦杆相同），并切去竖肢及角钢背直角边棱。切肢=t+hf+5mm以便施焊，其中t为拼接角钢肢厚，hf为角焊缝焊脚尺寸，5mm为余量以避开肢尖圆角；切边棱是为使之与弦杆密贴，切去部分由填板补偿。单角钢杆件宜采用拼接钢板拼接，拼接钢板的截面面积不得小于角钢的截面面积。l 工地拼接屋架的工地拼接节点，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。下弦中央拼接节点，拼接角钢长度l=2lw+b，lw为下弦杆一侧与拼接角钢连接焊缝的长度，b为间隙，一般取b=（1020）mm。屋脊拼接节点的拼接角钢一般采用热弯形成，当屋面较陡需要弯折较大且角钢肢宽不易弯折时，可将竖肢开口（钻孔焰割）弯折后对焊。拼接角钢长度l=2lw+b，一般取b=（1020）mm，当截面垂直上弦切割时所需间隙稍大，常取b=50mm左右。当为工地拼接时，为便于现场拼装，拼接节点需要设置安装螺栓。因此，拼接角钢与节点板应焊于不同的运输单元，以避免拼装中双插的困难。也可将拼接角钢单个运输，拼装时用安装焊缝焊于两侧。（4）屋架支座节点屋架支座节点可做成铰接或刚接。l 屋架铰接支座节点支承于混凝土柱或砌体柱的屋架，其支座节点常设计为铰接。屋架支座节点处各杆件汇交于一点，为保证底板的刚度力的传递以及节点板平面外刚度的需要，支座节点处应对称放置加劲板，加劲板的厚度取等于或略小于节点板的厚度，加劲板厚度的中线应与各杆件合力线重合。为便于施焊，下弦角钢背与底板间的距离e一般应不小于下弦伸出肢的宽度，且不小于130mm；梯形屋架端竖杆角钢肢朝外时，角钢边缘与加劲板中线距离不宜小于50mm。l 屋架刚接支座节点屋架支座节点设计成刚性连接时，为使支座节点板不致过大，屋架弦杆和斜腹杆的轴线一般汇交于柱的内边缘。采用安装焊缝加支托的刚接支座节点支座斜腹杆为上升式，的支座斜腹杆为下降式。安装时屋架端节点板与焊在柱翼缘上的竖直角钢相靠，在节点板另一侧加竖直肋板，屋架就位 再焊三条竖焊缝，竖直角钢下的短角钢为安装支托。上弦节点一般另加盖板连接，连接盖板的厚度一般为814 mm，连接角焊缝的焊脚尺寸为610 mm。课程设计报告书正文设计资料1、 设计资料及说明梗据三角形屋架的要求：三角形屋架上弦坡度一般为i=1/21/3，跨度一般为1824m之间，适用于屋面坡度较大的有檩体系屋盖。三角形屋架与柱只能做成铰接，故房屋的横向刚度较低，且屋架弦杆的内力变化较大，在支座处最大，跨中较小，故弦杆用同一规格截面时，其承载力不能得到充分利用。所以本次设计采用题目2. 设计一位于x地区x车间的单跨屋架结构（封闭式），主要参数如下：1、单跨屋架，平面尺寸为36m24m，S=6m，即