文档介绍：轻型屋面三角形钢屋架设计说明书
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指导老师:
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∶,,活(雪);
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-;
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=,γQ=。
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∶,于是屋面倾角
屋架计算跨度: L0=L-300=9000-300=8700mm
屋架跨中高度:
上弦长度:
上弦节间长度:
上弦节间水平投影长度:
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
(如图2)。
-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。
,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。
。
(二)屋面檩条及其支撑
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
半跨屋面所需檩条数
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=8根,檩条间距
可满足要求。
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,,。
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。
恒载,活载,则檩条均布荷载设计值
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和分力作用。
图2 槽钢檩条受力示意图
则
檩条承受双向弯曲时,按下列公式计算强度:
截面塑性发展系数,,故
所以满足要求。
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:
则
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,活载,屋面水平投影面上的荷载设计值为
为求杆件轴力,把荷载化成节点荷载:
由于屋架及荷载的对称性,只需计算半榀屋架的杆件轴力。由《建筑结构静力计算手册》查得内力系数,计算出各杆内力如表。
图
表3杆件内力设计值
杆件名称
杆件
内力系数
内力设计值(KN)
上弦
AB
-
-
BC
-
-
CD
-
-
下弦
AF
FE
腹板
FB
-
-
FC
-
-
FD
上弦杆的弯矩
屋架上弦杆在节间荷载作用下的弯矩,按下列近似公式计算:
上弦杆短节间的最大正弯矩
其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩
是视上弦节间杆段为简支梁时的最大弯矩,计算时屋架及支撑自重仅考虑上弦杆重量。
上弦杆节间集中荷载
节间简支梁最大弯矩
端节间最大正弯矩