1、輕型屋面三角形鋼屋架設計說明書學生：王紅娥學號：指導老師：付建科 雷小平 盧澤民一、設計資料及說明設計一位于杭州市近郊的封閉式單跨屋架結構，要求結構合理，制作方便，安全經濟。1單跨屋架，平面尺寸分別為：36m18m，柱距S=4m。2屋面材料：波形石棉瓦（18207258）。3屋面坡度i=1：3；跨度：18m；屋架承受的荷載：恒載：；活載：。4屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，混凝土標號C20，柱頂標高6m。5鋼材標號：Q235-B。6焊條型號：E43型。7荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載（不包括風荷載）考慮，荷載分項系數取：G =1.2，Q =1.4。二、屋架桿件幾何尺寸根據所用屋面材料的排水需要

2、及跨度參數，采用芬克式十二節間三角形屋架。屋架坡度：；屋面傾角：，；屋架的計算跨度： =18000300=17700mm；屋架跨中高度：h=/(23)=2950mm；上弦長度：L=/(2cos)=9329mm；節間長度：=L/6=9329/6=1555mm；節間水平投影尺寸長度：=1475mm。根據幾何關系，得屋件各桿件的幾何尺寸如圖1所示：圖1.屋架桿件幾何長度（mm）三、屋蓋支撐布置（一）屋蓋的支撐如圖2所示：圖2 屋架的支撐布置示意圖1在房屋兩端第一個柱間各設置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。2在與橫向支撐同一柱面的屋架長壓桿D-2和D-2（如圖2中b和c）處各設置一道垂直支撐，

3、以保證長壓桿出平面的計算要求符合規范。3在各屋架的下弦節點2和2各設置一通長柔性水平系桿，水平系桿的始終端連于屋架垂直支撐的下端節點處。4上弦橫向支撐和垂直支撐節點處的水平系桿均由該出的檁條代替。（二）屋面檁條及支撐.1檁條波形石棉瓦長1820mm,要求搭接長度不小于150mm,且每張瓦至少要有三個支撐點，因此最大檁條間距：半跨屋面所需檁條數：根考慮到上弦平面橫向支撐節點處必須設置檁條，實際取半跨屋面檁條數根， 檁條間距：，滿足要求。載荷計算：屋面水平投影面上的載荷設計值：為求桿件軸力，把載荷化成節點載荷：kN檁條選用槽鋼，由表得相關系數（1）荷載計算恒載： 活載：則檁條均勻載荷設計值（2）強

4、度驗算： 如圖3所示 檁條x方向 檁條y方向 圖3 檁條彎矩設計值檁條的最大應力（3）剛度驗算： 在沿屋面方向有拉桿，可只驗算垂直于屋面方向的撓度。荷載標準值：綜上：選用8槽鋼能滿足要求。四、屋架的內力計算（一）桿件軸力按課題要求，根據建筑結構手冊查得內力系數和計算出內力見表1和圖4 表1P=9.204KN圖4 屋架桿件軸力設計值（單位：kN）（二）上弦桿彎矩上弦桿端節間的最大正彎矩：M1 =0.8M0 其他節間的最大正彎矩和節點負彎矩為M2=0.6M0上弦桿節間集中載荷：節間最大彎矩 則五、屋架桿件截面設計在三角形屋架中，根據弦桿最大內力Nmax=160.06N，查焊接屋架節點，板厚選用表，

5、選擇支座節點板厚8mm，其它節點板厚6mm。（一） 上弦桿整個上弦桿采用等截面通常桿，以避免采用不同截面時的桿件拼接。彎矩作用平面內的計算長度側向無支撐長度試選上弦桿截面2T707：相關參數為，1. 強度驗算條件取A-B段上弦桿驗算：軸心壓力N=160.06KN最大正彎矩（節間）最大負彎矩（節點）正彎矩截面：負彎矩截面：可知上弦桿強度滿足要求。2. 彎矩作用平面內的穩定驗算應按下列規定計算：（1）對角鋼水平邊1：（2）對角鋼數值邊趾尖2：因考慮桿段相當于兩端支撐的構件，其上同時作用有端彎矩和橫向載荷并使構件產生反向曲率的情況，故按規范取等效彎矩系數。屬b類截面，查表得歐拉臨界角 桿段A-B軸心

6、壓力N=160.06=用最大正彎矩進行驗算：用最大負彎矩進行驗算時，同樣3. 彎矩作用平面外的穩定驗算條件因側向屋支撐長度，故應驗算上弦桿的A-B-C段在彎矩作用平面外的穩定性。截面影響系數，等效彎矩系數軸心壓力計算長度屬b類截面，查表得用最大正彎矩進行驗算對彎矩使角鋼水平邊受壓的雙角鋼T形截面構件，規范規定整體穩定系數可按下式計算得用最大負彎矩進行驗算對彎矩使角鋼水平邊受拉的雙角鋼T形截面的構件，查表取受彎構件整體穩定系數=1.0，得平面外長細比和穩定性均滿足要求。4局部穩定驗算條件 翼緣自由外件寬厚比彎矩腹板自由邊受壓的壓彎構件，腹板高厚比應滿足當時，當時，對由2L707組成的T形截面壓彎

7、構件：翼緣=腹板滿足。所選上弦桿截面完全符合各項設計要求，截面適用。（二） 、下弦桿（軸心受拉構件）整個下弦桿不改變截面，采用等截面通常桿。首先按桿段A-1的強度條件和中段下弦桿的長細比條件選擇截面。桿段A-1軸心拉力N=151.87kN。下弦桿的計算長度為需要選用（2）下弦桿截面選擇整個下弦桿采用相同的截面，以節間1-8的最大軸力來選擇截面： ，初選下弦桿截面為2565，查表得截面的幾何尺寸特性如下：截面面積：回轉半徑：長細比：（拉桿） （拉桿）強度： 滿足要求。（三）、腹板（軸心受力構件）1.短壓桿B-1,C-1,E-4,F-4。 N=12.33kN 因內力較小，桿件較短，擬采用單角鋼截面

8、，通過節點板單面連接。先按長細比要求試選截面，然后進行驗算。斜平面計算長度需 選用364：。得屬于b類截面，查表得穩定系數。單面連接的單角鋼構件按軸心受壓計算穩定性時的強度設計值系數；所選截面合適。2.長桿D-2N=26.23kN 計算長度垂直支撐連在預先焊于長壓桿和弦桿的連接板上，桿件截面無削弱，按穩定性條件試選長壓桿截面，采用等邊雙角鋼組成的T形截面查表得長壓桿合適的假定長細比 查表得需要 選用2363.相關參數 ，。驗算，可 ，可由查表得，可所選截面適用。4. 短拉桿D-1,D-4N=27.61 需要 選用2363，相關參數： ，可5. 長拉桿G-2-4N=69.03kN，需要 選用23

9、03 相關參數 ，可中央吊桿G-3 N=0，。因吊桿不連垂直支撐，故按拉桿長細比條件選擇截面。采用單面連接的單角鋼截面需要初選截面為2454角鋼組成的十字形截面，查表得截面的幾何特性如下：截面面積：回轉半徑：長細比：，可滿足要求。（四）、填板設置與尺寸選擇 雙角鋼桿件的填板設置與尺寸選擇見下表：桿件名稱桿件編號截面規格節間桿件幾何長度或實際填板間距每一節間填板數量填板尺寸上弦桿A-B270715552.1485.6778150890下弦桿A-1256524581.72137.612291508801-22-3 39341311250880腹桿D-2236315551.1188.85182508

10、80D-1236324371.1144.4812250880D-4G-4-2230349060.9172.8818250850G-3245429501.38738350870 表2. 屋架截面選用表六、屋架節點設計角焊縫強度設計值（E 43型焊條）：屋架各桿件軸心至各桿件角鋼背面的距離按表3采用，表中為由型鋼表查得的桿件重心線至角鋼背面的距離。桿件名稱桿件截面重心距離軸線距離上弦桿270719.920下弦桿256515.715短壓桿B-1、C-1、E-4、F-436410.415長壓桿D-2236310.010短拉桿D-1、D-4236310.410長拉桿G-4-223038.510中央吊桿G

11、-315636512.615表3屋架各桿件軸心至角鋼背面的距離（一）一般桿件連接焊縫設焊縫厚度，焊縫長度可根據鋼結構規范求得，計算結果如下表所示：表中焊縫長度為實際焊縫長度，已包括起弧、滅弧的影響。表6 屋架桿件連接焊縫表桿件名稱桿件編號截面規格/mm桿件內力/kN肢背焊腳尺寸肢背焊縫長度肢尖焊腳尺寸肢尖焊縫長度下弦桿A-12565151.874140465斜腹桿B-1364-12.33440440C-1364-12.33440440D-1236327.61440440D-22363-36.23440440D-4236327.61440440E-4364-12.33440440F-4364-1

12、2.33440440G-4230369.034454404-2230341.42450440豎腹桿G-324540440440注：表中焊縫計算長度按下列公式計算：肢背 肢尖 表中的焊縫肢尖長度已考慮起弧、滅弧的影響，故（mm）（二）.上弦節點支座節點A（見圖 5 ）為了方便施焊，下弦桿肢背與支座底板頂面的距離取125mm，錨栓用2M20，栓孔位置尺寸見圖6，在節點中心線上設置加勁肋，與節點板高度相等。圖5 支座節點A 圖6 錨栓a 支座板計算：支座反力，考慮制作外懸挑。設，支座底板混凝土為C20，底板面積：柱頂混凝土的抗壓強度：支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算為：式中：，查表得：所以：

13、支座底板厚度： 實際取支座底板厚度為12mm。b加勁肋與節點板的連接焊縫：假定一塊加勁肋承受屋架支座反力的，即焊縫承受的剪力：，彎矩：設焊縫，焊縫計算長度：焊縫應力：采用焊縫滿足要求。c支座節點板與底板的連接焊縫：假定焊縫傳遞全部支座反力，設焊縫則支座底板的連接焊縫長度為：滿足要求。d上弦桿與節點板的連接焊縫：節點板與上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接，假定槽焊縫只承受屋面集中載荷P，p=9.204kN。節點板與上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連接，承擔上弦內力差。節點“A”槽焊縫焊腳尺寸取節點板厚度的一半，即；焊縫長度為：，則焊縫強度肢尖角焊縫的焊腳尺寸取（貼邊焊接，厚度小于6mm，取板厚）。角鋼肢尖角焊

14、縫的計算長度上弦桿的內力差：，偏心距：引起的彎矩為：則：滿足要求。上弦節點“B”、“E”（見圖7）節點板與上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接，假定槽焊縫只承受屋面集中載荷P，P=9.204kN。節點板與上弦角鋼肢尖采用雙面貼角焊縫連接，承擔上弦內力差。節點“B”的塞焊縫不控制，僅需驗算肢尖焊縫。因節點B和E的幾何關系、受力等完全相同，故節點詳圖也完全相同。 圖7 上弦節點B、E上弦桿采用等邊角鋼組成的T形截面，肢尖角焊縫的焊腳尺寸，則角鋼肢尖角焊縫的計算長度。弦桿相鄰節點內力差偏心距引起的彎矩為：則：因此，肢尖焊縫安全。上弦節點“C”、“F”（見圖8）節點板與上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接，假定槽焊縫只承

15、受屋面集中載荷P，P=9.204kN。節點板與上弦角鋼肢尖采用雙面貼角焊縫連接，承擔上弦內力差。節點“C”的塞焊縫不控制，僅需驗算肢尖焊縫。因節點C和F的幾何關系、受力等完全相同，故節點詳圖也完全相同。 圖8 上弦節點C、F上弦桿采用等邊角鋼組成的T形截面，肢尖角焊縫的焊腳尺寸，則角鋼肢尖角焊縫的計算長度。弦桿相鄰節點內力差偏心距引起的彎矩為：則：因此，肢尖焊縫安全。上弦節點“4”（見圖9） 因上弦桿間內力差小，節點板尺寸大，故不需要再驗算。圖9 上弦節點D （三）屋脊節點（見圖10） 上弦桿節點載荷P假定由角鋼肢背的塞焊縫承受，一般按構造要求即可滿足。a上弦桿拼接角鋼的連接焊縫： 以該節間的

16、最大軸力N計算，設則 上弦桿與拼接角鋼肢尖在接頭一側的焊縫長度為：，取100mm采用拼接角鋼長，實際拼接角鋼長取280mm。拼接角鋼豎肢需切肢，實際切肢部分高度；切肢后剩余高度，水平肢上需設置安裝螺栓。圖10 屋脊節點Gb上弦桿與節點板的連接焊縫按肢尖焊縫承受上弦桿內力的15%計算。角鋼肢尖角焊縫的焊腳尺寸，則角鋼肢尖角焊縫的計算長度：內力差偏心距引起的彎矩為：則：肢尖焊縫安全。（四）下弦節點 下弦一般節點“1”（見圖11）a繪制節點詳圖如下所示： 圖11 下弦節點 1b下弦桿與節點板間連接焊縫計算 ，暫取，則需要滿足下列條件按：實際取焊縫長度為，其計算長度為：。 下弦拼接節點“2”（見圖12

17、）圖12 下弦拼節點2a拼接角鋼的構造和計算拼接角鋼與下弦桿用相同的規格，選用565，下弦桿與拼接角鋼之間的連接焊縫的焊腳尺寸采用，為便于兩者緊貼和施焊以保證焊縫質量，鏟去拼接角鋼角頂棱角（為角鋼內圓弧半徑）。所以，切短拼接角鋼豎邊拼接接頭每側的連接焊縫共有四條，按連接強度條件需要每條焊縫的計算長度拼接處弦桿端部空隙取為，需要拼接角鋼長度為：為保證拼接處的剛度，實際采用拼接角鋼長度為。為便于工地拼接，拼接處弦桿和拼接角鋼的水平邊上設置直徑為13mm的安裝螺栓孔。b拼接接頭一側下弦桿與節點板間的連接焊縫計算取接頭兩側桿的內力差和兩者中較大的值進行計算。其中， 因此，取進行計算。由內力較大一側下弦

18、桿傳給節點板，暫取。需要滿足條件：實際取焊縫長度，其計算長度為：。 下弦中央節點“3”（見圖13） 繪制節點詳圖如下所示：圖13 下弦中央節點3由于下弦角鋼與節點板的連接焊縫長度是按構造要求確定的，因此，取焊腳尺寸。并且該中央節點受力平衡，可以不進行焊縫強度驗算。（五）受拉主斜桿中間節點（見圖14） 繪制節點詳圖如下所示：圖14 受拉主斜桿中間節點4下弦桿與節點板間連接焊縫計算：，暫取，按構造要求實際取焊縫長度，即可滿足要求。其計算長度為：八、說明 1因本設計的鋼屋架下沒有懸掛起重設備，故不需要驗算撓度，但是由于跨度為18m15m，故制作室宜起拱，拱度為。 2運輸時允許最大尺寸：長度，高度。 3本屋架跨度為18mm，因此選用三角形