18m跨三角形钢桁架课程设计.docx

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18m跨三角形钢桁架课程设计

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=2P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λxλy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

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

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=8.78cm2ix=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λxλy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）