18m跨三角形钢桁架课程设计.docx

一、设计题目
18m跨三角形钢桁架
二、设计资料
1、某单层轻型工业厂房，平面尺寸18m×90m，柱距6m，柱高6m，采用三角形钢屋架，跨度18m，屋面坡度i=1/3,屋面防水材料为波形彩钢瓦+50厚玻纤棉+钢丝网铝箔，冷弯薄壁C型钢檩条，檩条斜距1.555m，支撑布置自行设计，无吊车。采用钢筋混凝土柱，混凝土强度等级为C20，钢屋架与柱铰接，柱截面尺寸400×600mm；使用温度-5摄氏度以上，地震烈度8度，连接方法及荷载性质，按设计规范要求。屋架轴线图及杆件内力图见图。
2、荷载标准值如下：
（1）、永久荷载（沿屋面分布）
屋面防水结构+檩条 0.2KN/m2
钢屋架及支撑等自重 0.35KN/m2
（2）、可变荷载
屋面活荷载（按水平投影）0.50KN/m2
基本风压（地面粗糙度为B类）0.80KN/m2
三、要求设计内容
1、屋盖结构布置
2、屋架杆件内力计算和组合
3、选择杆件截面型号，设计节点
4、绘制施工图
四、课题设计正文
（一）屋盖结构布置：
上弦节间长度为两个檩距，有节间荷载。上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通长的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连。上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的1/2。具体支撑布置如下图：

（二）、屋架杆件内力计算和组合
1、荷载组合：恒载+活荷载；恒载+半跨活荷载
2、上弦的集中荷载及节点荷载如下图：

上弦集中荷载及节点荷载表
荷载形式
荷载分类
集中荷载
（设计值）
P丿/KN
节点荷载
（设计值）P=2 P丿/KN
备 注
恒载
5.84
11.68
P丿=1.2×0.55×1.555×3/√10×6=5.84KN
活荷载
6.20
12.4
P丿=1.4×0.5×1.555×3/√10×6=6.20KN
恒载+活荷载
12.04
24.08
P丿=5.84KN+6.20KN=12.04KN
3、上弦节点风荷载设计值如图所示。
（1）按照规范可知风荷载体形系数：背风面-0.5；迎风面-0.5
（2）上弦节点风荷载为：
W=1.4×（-0.5）×0.8×1.556×6=-5.228KN
4、内力计算
（1）杆件内力及内力组合如下表：
（2）上弦杆弯矩计算。
端节间跨中正弯矩为
M1=0.8M0=0.8×P丿l=0.8（1/4×12.04kNm×3/√10×1.555m）
=3.553kNm
中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩为
M2=0.6M0=0.6×1.862kNm=1.1172kNm
（三）杆件截面选择、设计节点
（1）上弦杆截面
整个上弦不改变截面，按最大内力计算。杆1内力N=-175.6kN，M1x=1.49kNm，M2x=1.117kNm。选用2∟70×6,A=16.32cm2,
W1x=38.74cm3，W2x=14.96cm3。ix=2.15cm，iy=3.11cm。
长细比 λx=<[λ]=150
Λy=<[λ]=150
<0.58×=0.58×=12.9
λyz=
由λx λy查表得（b类截面），

塑性系数
1) 弯矩作用平面内的稳定性。此端节间弦杆相当于规范中两端支承的杆件，其上作用有端弯矩和横向荷载并为异号曲率的情况，故取等效弯矩系数
用跨中最大正弯矩验算，代入公式得
对于这种组合T形截面压弯杆，在弯矩的效应较大时，可能在较小的翼缘一侧因受拉塑性区的发展而导致构件失稳，补充验算如下：

=
=6.3N/mm2<f=215N/mm2
显然另一侧不控制构件平面内的失稳。故平面内的稳定性得以保证。
2）弯矩作用平面外的稳定性。由于 ，所以梁的整体稳定系数可由下式计算

等效弯矩系数。用跨中最大正弯矩验算，代入公式得

=166.2N/mm2<f=215N/mm2
根据支撑布置情况，可知上弦节点处均有侧向支承以保证其不发生平面外失稳。因此，可不必验算节点处的平面外稳定，只需验算其强度。
3）强度验算。上弦节点2处（见节点编号图）的弯矩较大，且W2x又比较小，因此截面上无翼缘一边的强度，按下式验算（An=A）
（2）下弦杆截面
下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。杆7的轴心力
选用2∟56×4,A=8.78cm2 ix=1.73cm，iy=2.52cm。
长细比 λx=<[λ]=400
Λy=<[λ]=400
强度验算
（3）腹杆截面
杆10内力N=-13.54kN。选用∟36×4，A=2.756cm2，iy=0.7cm。
长细比 Λy=<[λ]=200
<0.54×=0.54×=14.9
λyz=<[λ]=200
由λx λy查表得（b类截面），
上式中0.812为单面连接单角钢的折减系数。
上述计算也可采用表格形式进行。现将上述计算以及其他腹杆的计算一并列如下表：
屋架杆件截面选用表
杆件名称
杆件编号
内 力
计算长度/㎝
截面规格/㎜
长细比
稳定系数
计算应力/N/mm2
N/kN
M1/kN·m
l0x
l0y
λx

λx(λyz)

M2/kN·m
上弦杆
1
-418.75
3.55 — 2.665
155.5
155.5
2∟80×8
63.7
43.8（56.6）
0.937
0.825
0.915
199.4
下弦杆
7
397.32

245.8
885
2∟50×8

8
325.08
245.8
885
2∟50×4

9
216.72
393.4
885
2∟50×4
228
351

腹

杆
10
-32.27

0.9×110=99
2∟50×4
43
0.341
0.294

113.2
11
-68.63

0.8×156=124
156
2∟50×4
138
104（105）
0.353
124.3
12
72.24

0.8×246=197
246
2∟80×8
219
165.1

43.5
13
108.36

246
492
2∟50×4
273
330

76.4
14
180.6

246
492
2∟50×4
273
330

121.3
15
0.00

0.9×295=266
+50×4
193

4、节点设计
节点编号如图所示。

（1） 一般杆件连接焊接 设焊缝厚度hf=4㎜,焊缝长度可由公式计算列于下表。
（2） 节点“1”
1） 支座底板厚度。支座底板尺寸如图7-40所示。支座反力为
R =6P+1.15×1.74×6=6×10.098kN＋1.15×0.74×6kN=65.69kN
屋架杆件连接焊缝表
杆件名称
杆件编号
杆件内力/KN
肢背焊缝
肢尖焊缝
备 注

下弦杆
7
166.62
150
4
70
4
焊缝长度已考虑施焊时起弧或落弧的影响；杆件10的焊缝，已按规范规定考虑了焊缝强度折减系数0.85
腹 杆
10
-13.54
45
4
45
4
11
-28.78
45
4
45
4
12
30.29
45
4
45
4
13
45.44
50
4
45
4
14
75.74
75
4
45
4

设a=b=12cm，a1=1.414×12cm=16.9cm， b1=a1/2=8.45cm
底板的承压面积为An=24cm×24cm-3.14×4cm2-2×4cm×5cm=523cm2
板下压应力为

b1/a1=0.5，查表得
则
所需底板厚度为
t
2） 支座节点板与底板的连接焊缝。设hf=8mm，lw=（240-10）mm×2+（120-4-10-10）mm×4=844mm，按下式计算

支座节点板与加劲助的连接焊缝厚度计算从略。
3） 上弦杆与节点板的连接焊缝。
N=175.6kN，设焊缝厚度为4mm，焊缝计算长度lw=（160+360-10）=510mm，如图所示：
假定杆件轴心力N全由角钢肢尖焊缝传递，并考虑传力的偏心影响，其中偏心矩e=（70-20）=50mm则

（3）节点2、3如图所示，节点荷载P假定由角钢肢背的塞焊缝承受，按构造要求节点板较长，故焊缝强度可以满足，计算从略。

节点两侧上弦杆轴心力之差，假定由角钢肢尖焊缝承受，并考虑偏心力矩的影响，计算结果如下表所示：
节点名称
节点号

上弦节点
1
162.88
175.6
12.72
4
50
120
1.22
43.2
160
2
166.01
169.25
3.24
4
50
530
1.22
1.21
160
（4）节点4，如下图所示，节点荷载P，假定由角钢肢背的塞焊缝承受，同上按构造要求考虑，即可满足，计算从略。

1）上弦杆拼接角钢的连接焊缝以该节点的最大轴力N计算。设hf=4mm，则有

2）上弦杆角钢与节点板的连接焊缝以上述轴心力的15%按下式计算。设hf=4mm=50mm，l丿m按构造要求为220mm，取lw=（220-10）=210mm，则

（5）节点5（见下图）

1）下弦杆拼接角钢的连接焊缝按全截面的等强度条件计算。设，则,取125mm拼接角钢选用∟56×4切成，长度为2+10mm=260mm。接头的位置视材料长度而定，最好设在跨中节点处，当接头不在节点时，应增设垫板。
2）下弦杠角钢与节点板的连接焊缝，以该节间的最大轴力N的15%计算，设。
，取55mm。
（四）绘制施工图（见CAD图）