9m跨度轻型屋面三角形钢屋架设计说明书

轻型屋面三角形钢屋架设计说明书

学 生：李 维 指导老师：付建科

（三峡大学 机械与材料学院）

一、 设计资料及说明

设计一位于杭州市近郊的单跨屋架结构(封闭式)，要求结构合理，制作方便，安全经济。

1、单跨屋架，平面尺寸为：36m ×9m ，柱距S=4m ；

2、屋面材料：波形石棉瓦(1820×725×8)；

3、屋面坡度i=1∶2.5，恒载0.9kN/m 2，活(雪)载0.3kN/m 2；

4、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C20，柱顶标高6m ；

5、钢材标号：Q235-B.F ；

6、焊条型号：E43型；

7、荷载计算按全跨永久荷载+全跨可变荷载(不包括风荷载)，荷载分项系数取： γG =1.2，γQ =1.4。

二、屋架形式及几何尺寸

三角形钢屋架多用于屋面坡度较大的屋盖结构中，根据屋面的排水要求，上弦坡度一般为i=1/2～1/3。三角形芬克式轻型钢屋架一般均为平面桁架式，其构造简单，受力明确，腹杆长杆受拉，短杆受压，受力较小，且制作方便，易于划分运送单元，适用于坡度较大的构件自防水屋盖。此设计采用六节间的三角形芬克式轻钢屋架。

屋面坡度i=1∶2.5，于是屋面倾角

︒==.821).5

21

arctan(

α 3714.0sin =α 9285.0cos =α

屋架计算跨度： L 0=L-300=9000-300=8700mm

屋架跨中高度： mm i L h 1740.5

228700

20=⨯=⨯=

上弦长度： mm L l 46859285

.028700cos 200=⨯==

α

上弦节间长度： mm l l 15623

==

上弦节间水平投影长度：mm l a 14509285.01562cos =⨯=⋅=α

根据已知几何关系，求得屋架各杆件的几何长度如图1所示(因对称，仅画出半榀屋架)。

图1 屋架杆件的几何长度(mm)

三、屋架支撑布置 (一)屋架的支撑

1.在房屋两端第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑(如图2)。

2.在与横向支撑同一柱间的屋架长压杆D-2和D-2′处各设置一道垂直支撑，以保证长压杆平面的计算长度符合规范要求。

3.因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在各屋架的下弦节点2和2′各设置一道通长柔性水平系杆，水平系杆的始、终端连于屋架垂直支撑的下端节点处。

4.上弦横向支撑和垂直支撑节点处的水平系杆均由该处的檩条代替。 (二)屋面檩条及其支撑 1.檩条数量

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承点，因此最大檩条间距

mm a 83513150

1820max =--=

半跨屋面所需檩条数

根6.61835

1562

3=+⨯=

p n

考虑到所需平面横向支撑节点处必须设置檩条，实际取半跨屋面檩条数p n =8根，檩条间距

mm a a p p 8353.46691

81562

3max =<=-⨯=

可满足要求。 2.檩条选择

檩条通常是双向弯曲结构，分实腹式和桁架式两大类，或者制造费工，应用较少。 实腹式檩条常采用槽钢、角钢以及 冷弯薄壁C 型钢和Z 型钢。槽钢檩条应用普遍，其制作、运输和安装均较简便；但热轧型钢壁较厚，材料不能充分发挥作用，故用钢量较大；薄壁型钢檩条受力合理，用钢量少，在材料有来源时宜优先采用，但防锈要求较高。这里试选用[8槽钢，查型钢表可得4101cm I x =，33.25cm W x =，38.5cm W y =。

实腹式檩条由于腹板与屋面垂直放置，故在屋面荷载q 的作用下将绕截面的两个主轴弯曲。若荷载偏离截面的弯曲中心，还将受到扭矩的作用，但屋面板的连接能起到一定的阻止檩条扭转的作用，故设计时可不考虑扭矩的影响，而按双向受弯构件计算。由于型钢檩条的壁厚较大，因此可不计算其抗剪和局部承压强度。 3.檩条验算

a.荷载计算

恒载2/9.0m kN g k =,活载2/3.0m kN s k =，则檩条均布荷载设计值

2/5.13.04.16.02.1m kN s g q k Q k G =⨯+⨯=+=γγ

图2所示实腹式檩条在屋面竖向荷载q 作用下，檩条截面的两个主轴方向分布承受

αsin q q x =和αcos q q y =分力作用。

图2 槽钢檩条受力示意图

则 2x /9.319285.05.1cos m kN q q =⨯==α

2

/6.503714.05.1sin m kN q q y =⨯==α

b.强度验算

m kN l q M x /78.21639.181

812x =⨯⨯==

m kN l q M y /28.046.508

1

)2(812y =⨯⨯==

28

1

L q M y x =

2x q 8

1

L M y =

檩条承受双向弯曲时，按下列公式计算强度：

f W M W M ny

y y nx x x

≤+γγ

截面塑性发展系数05.1=x γ，20.1=y γ，故

mm kN mm N mm kN /215/145/145.08

.52.128

.03.2505.178.222<==⨯+⨯

所以满足要求。 C.刚度验算

当檩条间设有拉条时，檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度，计算挠度时，荷载应取其标准值。

荷载标准值： 2/1.119385.0)3.09.0(cos )(m kN s g q k k y =⨯+=+=α

则 150

122611001.11006.2400011.1384538456533

<=⨯⨯⨯⨯⨯=•=x y EI l q l ν

能满足刚度要求。 四、屋架的内力计算 (一)杆件的轴力

载荷计算：恒载2/9.0m kN ，活载2/3.0m kN ，屋面水平投影面上的荷载设计值为

2/5.13.04.19.02.1m kN s g q k Q k G =⨯+⨯=+=γγ