钢结构三角形屋架课程设计

    某厂房屋架跨度18m，屋架间距6m，柱高4.5m，屋面坡度1/3, 抗震设防烈度为7度，屋面材料为石棉水泥中波或小波瓦、油毡、木望板。薄壁卷边Z型钢檩条，檩条斜距为0.778m，基本风压为0.35kN/，雪荷载为0.20kN/。钢材采用Q235-B。焊条采用E43型。

二、屋架形式、几何尺寸及支撑布置

屋架形式、几何尺寸及支撑布置如图1-10所示，上弦节间长度为两个间距，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。为此，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钢屋架跨度的一半。

                                 简图

                             屋架支撑布置

                图1-10 屋架形式、几何尺寸及支撑布置

三、荷载

（1）恒载                        标准值

     石棉瓦                      0.2kN//0.949=0.21kN/

     油毡、木望板                0.18kN//0.949=0.19kN/

     檩条、屋架及支撑            0.20kN/

     合计                        0.6kN/

（2）活载

     活载与雪载取最大值          0.30kN/

因屋架受荷水平投影面积超过60，故屋面受均布活荷载可取为（水平投影面）0.35kN/。

（3）风荷载

     基本风压                   0.35kN/

（4）上弦的集中荷载及节点荷载  见表2-1及图1-11、图1-12

                      图1-11   上弦集中荷载

                      图1-12   上弦节点荷载

                 表2-1   上弦集中荷载及节点荷载表

荷载形式

以左吹风为例计算，右吹风同理计算，根据公式计算，高度小于30m的单层厂房，取1.0，查表，B类地面粗糙程度，，取1.0，取值迎风面-0.47，背风面-0.5。

  屋面风荷载标准值

迎风面    

背风面    

  上弦节点风荷载

       迎风面    

       背风面    

                      图1-13  上弦节点风荷载

四、内力组合

                              内力计算表

            1.35恒载+1.40.7活荷载+1.40.6风荷载

            1.2恒载+1.4活荷载+1.40.6风荷载

              1.2恒载+1.40.7活荷载+1.4风荷载

            1.35恒载+1.40.7半跨活载

            1.2恒载+1.4半活载

                             内力组合表

五、杆件截面的选择

（1）上弦杆 整个上弦不改变截面，按最大内力计算。杆1内力N=-157.96kN,=1.48kN•m，=1.11kN•m。选用2∟70mm6mm，A=16.32，=38.74,=14.96,，。

长细比          

由查表得（B类截面），则

    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

用跨中最大弯矩=1.48kN•m验算，代入公式得  

     对于这种组合T形截面压弯构件，在弯矩的效应较大时，可能在较小的翼缘一侧因受拉塑形区的发展而导致构件失稳，补充验算见下式

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，所以梁的整体稳定性系数可由下式计算

等效弯矩系数，用跨中最大正弯矩=1.48kN•m验算，代入公式得

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）验算强度。上弦杆节点“2”处（图1-14）的弯矩较大，且又比较小，因此截面上无翼缘一侧的强度，按下式验算

（2）下弦杆  下弦也不改变截面，按最大内力计算。杆7的轴心力。选用2∟，，，

长细比        

强度验算

（3）腹杆 杆10内力N=-13.53kN。选用∟，，

     长细比    

由查相关表得（B类截面），，则

其中，0.814为单面连接单角钢的强度折减系数

                        屋架杆件截面选用表

六、节点设计

节点编号如图1-14所示。

                               图  1-14

                          屋架杆件连接焊缝表

（1）节点“1”

1)支座底板厚度。

支座反力

设，，

底板净面积

板下压应力

，，则

所需底板厚度

        ，取 

2）支座节点板与底板的连接焊缝。设，，按下式计算

支座节点板与加劲肋的连接焊缝厚度取，计算从略。

3）上弦杆与节点板的连接焊缝。N=157.96kN，设焊缝厚度，焊缝计算长度

   杆件轴心力N，假定全由角钢肢尖焊缝传递，并考虑传力的偏心影响，其中偏心距  ，按下式计算

（2）节点“2”、“3”，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，计算结果见下表。

                        上弦节点之间焊缝表

（3）节点“4” ，节点荷载P，假定由角钢肢背的塞焊缝承受，同上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，以该节的最大轴力N，设，按下式计算

，取120mm

 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，，按构造要求为220mm，取则

（4）节点“5”

 1）下弦杆拼接角钢的连接焊缝，设，按下式计算

，取120mm

   拼接角钢选用∟切成，长度为。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）下弦杆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，则