15米跨度三角形钢屋架设计的毕业设计

15米跨度三角形钢屋架设计的毕业设计

设计资料

屋面采用三角形钢屋架、石棉水泥波形瓦屋面（重量200N/m2），轻钢檩条及拉条（重量100N/m2）。钢屋架两端支撑于钢筋混凝土柱上，上柱截面为400X 400 （砼等级C25）。基本风压W=350N/m2，屋面均布活载或雪载为500N/mf，积灰荷载为100~500N/m2，无抗震要求。钢屋架材料为Q235-B钢，焊条采用E43型，手工焊接。该厂房横向跨度为15m房屋长度为120m柱距（屋架间距）为7.5m, 屋面坡度为1/3 。

屋架布置及几何尺寸

屋面坡度为i=1 ：3,屋面倾角a =arctg ( 1/3 ) =18.435 ° , sin a =0.3162 , cos a =0.9487 屋架计算跨度l 0 =l — 300 = 15000 — 300=14700mm

屋架跨中咼度h= l o X i/2=1 4700/(2 x 3)=2 450mm

上弦长度L=l 0/2cos a~ 7747mm

节间长度a=L/6=7747 /6 ~ 1291mm

节间水平段投影尺寸长度 a / =acosa= 1291 x 0.9487= 1225mm

根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示

屋架几何尺寸图

三、（1）支撑布置

XZ 二±匚

XZ

M E E去

ZX

壬

(2)屋面檩条及其支撑

波形石棉瓦长1520mm要求搭接长度150mm且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大的檩条间距为

685

考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩 条数13根，则檩条间距为:

可以满足要求

刀 0.582 KN/m

1）全跨屋面恒荷载作用下

3

上弦集中恒荷载标准值

P ； =0.582 X 7.5 X 0.6455 X —— =2.67KN

v'10

上弦节点恒荷载 P 1 =2 P 1 =2 X 2.67=5.34KN

2）全跨雪荷载和灰荷载作用下

3

上弦节点雪荷载和灰荷载

P 2 =0.675 X 7.5 X 0.6455 X —— =3.10KN

<10

上弦集中雪荷载和灰荷载标准值

P 2=2 P 2 =2X 3.10=6.20KN

假定基本组合由可变荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为 1.2 X 5.34+1.4 X 6.2=15.09KN

若基本组合由永久荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为

1.35 X 5.34+1.4 X 0.7 X

6.2=13.29KN 。综上可知，本工程屋面荷载组合由可变荷载效应控制。

3）风压高度变化系数 =1.0坡度为i=1/3 a =18.435 °风压高度变化系数为 1.0 风载体系系数：背风面 =-0.5迎风面=-0.5

2

a

p max

1520 150

685 mm

半跨屋面所需檩条数

1291 6

12.3 根

a

p

1291 6

645.5 a = 685mm

13 1

二、何载计算

1、何载

永久何载

石棉水泥波形瓦屋面 200N/m 轻钢檩条及拉条

100N/m 屋架及支撑自重

282N/m

=0.2 KN/m =0.1 KN/m

2

=0.282 KN/m

小计

可变荷载 均布活载或雪载 积灰荷载

500N/m 175N/m

2

=0.50 KN/m 2

=0.175 KN/m

迎风面:W1=1.0 X（ -0.5 ）X 1.0 X 0.35=0.175 KN/m 垂直于屋面，为风吸力

背风面：W 2=1.0 X( -0.5 )X 1.0 X 0.35=0.175 KN/m 2

垂直于屋面，为风吸力

由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值

W ( =-0.175 X 0.675 X 7.5=-0.89KN ，上弦节点风荷

载标准值 P 3 =2W ；=2X( -0.89 ) =-1.78KN 。

P 4 =0.282 X 7.5 X 0.6455 X 3

=1.30KN

.10

作用于半跨的屋面板及活载产生的节点荷载：取屋面可能出现的活载

3

P 5= (1.2 X 0.2+1.4 X 0.675 ) X 7.5 X 0.6455 X ____ =5.44kN

J10

4) 上弦杆的弯矩

由《钢结构与组合结构》查的，上弦杆端节间最大正弯矩： M 1 =0.8M 0，其它节间最大正弯矩

和节点负弯矩为 M 2 =± 0.6M 0。 上弦杆节间集中载荷

P=15.09kN 0

= Pl/4 =15.09 X 1.291/4=4.870kN • m 1

=0.8M 0=0.8 X 4.870=3.896kN • m

2

= ± 0.6M 0=± 0.6 X 4.870=2.922kN • m

2、荷载组合

设计屋架时，应考虑以下四种荷载组合： (1) 全跨永久荷载+全跨可变荷载 (2) 全跨永久荷载+半跨可变荷载 (3) 全跨永久荷载+风荷载

(4)

全跨屋架与支撑+半跨屋面板+半跨屋面活荷载

四、内力计算

按力学求解器计算杆件内力，然后乘以实际的节点荷载，屋架要上述第一种荷载组合作用下， 屋架的弦杆、竖杆和靠近两端的斜腹杆内力均达到最大值，在第二和第三种荷载作用下，靠跨中的 斜腹杆的内力可能达到最大或发生变号，因此，在全跨荷载作用下所有杆件的内力均应计算，而在 半跨荷载作用下，仅需计算近跨中的斜腹杆内力，取其中不利内力(正、负最大值)作为屋架的依 据。具体计算见图屋架各杆内力组合见表。

全跨屋架和支撑自重产生的节点荷载:

节间最大弯矩 M 端节间

M

中间节间及节点

M