梯形鋼屋架課程設計---簡支梯形鋼屋架設計

1、<p>　　《鋼結(jié)構(gòu)》課程設計任務書</p><p><b>　　班級</b></p><p><b>　　姓名</b></p><p><b>　　學號</b></p><p><b>　　日期</b></p><p>

2、<b>　　指導教師</b></p><p><b>　　2012年6月</b></p><p>　　梯形鋼屋架課程設計任務書</p><p><b>　　設計題目</b></p><p><b>　　簡支梯形鋼屋架設計</b></p>&l

3、t;p><b>　　設計資料</b></p><p>　　工程名稱：某機加工車間</p><p><b>　　1 結(jié)構(gòu)平面布置</b></p><p>　　某地區(qū)單層單跨工業(yè)廠房機加工車間，屋架跨度及廠房長度見附表，柱距6m，屋架下弦標高16.5m。</p><p><b>　　2

4、 排架結(jié)構(gòu)體系</b></p><p>　　鋼筋混凝土柱（混凝土強度等級為C20，上柱截面400×400）； </p><p><b>　　鋼屋架鉸支于柱上；</b></p><p>　　1.5×6.0m預應力鋼筋混凝土大型屋面板；</p><p><b>　　屋面坡度 。&l

5、t;/b></p><p>　　3 車間內(nèi)設有中級工作制、起重量300KN的吊車，計算溫度高于-200C。</p><p><b>　　4 材料</b></p><p>　　鋼屋架選用Q235-B·F鋼，焊條為E43型。</p><p>　　5 荷載（標準值） （屋面構(gòu)造層做法也可自定）&l

6、t;/p><p>　　二氈三油上鋪小石子 0.35 KN/m2</p><p>　　(硫化型橡膠油氈,PVC建筑防水塑料油膏)</p><p>　　砂漿找平層(厚20mm) 0.40 KN/m2</p><p>　　泡沫混凝土保溫層(厚80mm)

7、 0.48 KN/m2</p><p>　　預應力鋼筋混凝土大型屋面板 1.4 KN/m2</p><p><b>　?。òü嗫p）</b></p><p>　　屋架及支撐自重 （ 0.12+0.011） KN/m2</p><p>

8、;　　懸掛管道（奇數(shù)） 0.15 KN/m2</p><p>　　吊頂 （奇數(shù)） 0.55 KN/m2</p><p>　　活荷載或施工荷載：見附表 </p><p>　　屋面積灰荷載：見附

9、表</p><p>　　雪荷載： 0.40 KN/m2</p><p>　　6、鋼屋架形式示意圖（未表示起拱）</p><p>　　圖1 鋼屋架形式示意圖</p><p><b>　　三、 設計任務</b></p><p>

10、　　要求設計鋼屋架并繪制施工圖。掌握鋼屋架荷載的計算；掌握桿件內(nèi)力的計算和組合，桿件的計算長度，截面型式，截面選擇及構(gòu)造要求，填板的設置及節(jié)點板的厚度；掌握普通鋼屋架節(jié)點設計的原則和要求，主要節(jié)點的設計及計算和構(gòu)造；掌握鋼屋架施工圖的內(nèi)容和繪制。具體要求：</p><p><b>　　計算說明書</b></p><p>　　確定屋架幾何尺寸(參考標準圖集)，選擇鋼材和

11、焊條；</p><p>　　布置屋蓋支撐：應包括鋼屋架結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)布置簡圖（上弦水平支撐、下弦水平支撐、垂直支撐及系桿）；</p><p>　　鋼屋架計算簡圖及幾何長度；</p><p><b>　　荷載計算與組合；</b></p><p>　　桿件內(nèi)力計算及組合；（利用結(jié)構(gòu)對稱性，P=1）</p><

12、;p><b>　　桿件截面設計；</b></p><p>　　節(jié)點設計（五個典型節(jié)點：支座、屋脊、下弦跨中、上下弦一般節(jié)點）</p><p>　　施工圖繪制：繪制運送單元施工圖，該施工圖內(nèi)容應包括：</p><p><b>　　鋼屋架正面圖；</b></p><p><b>　　上、

13、下弦桿平面圖；</b></p><p>　　端豎桿和正中豎桿的側(cè)面圖；（以上各圖軸線比例1:30，桿件截面及節(jié)點比例1:15）</p><p>　　屋架簡圖，按1:100比例繪制；（注明起拱尺寸，左半部分注上桿件幾何長度，右半部分注上桿件內(nèi)力）</p><p>　　特殊節(jié)點板大樣圖（按1:10～1:5比例）；</p><p>　　

14、整榀鋼屋架材料表（計入焊縫重量2%）；</p><p>　　圖紙附注，應說明鋼屋架選用的鋼材種類、焊縫型號、焊接方法和質(zhì)量要求，圖中未注明的焊縫和螺栓孔尺寸，圖中所用的單位，及對防護措施、運輸和加工要求等在圖中未表明的其它內(nèi)容。</p><p>　　3 圖標：按統(tǒng)一規(guī)格</p><p>　　注：（1）沒有計算的節(jié)點，可參照相同類型已計算的節(jié)點繪制。</p&g

15、t;<p>　　（2）圖中所用零件要按主次、上下、左右一定順序逐一編號。</p><p>　?。?）弦桿同支撐連接的螺栓孔位置，根據(jù)支撐布置簡圖和所繪屋架位置確定。</p><p>　?。?）材料表中各部分尺寸要與圖中幾何軸線尺寸相閉合。</p><p>　　4 施工圖及計算書均要求圖面清晰、字跡工整、準確無誤。</p><p&g

16、t;<b>　　四、參考資料</b></p><p>　?。?）《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017-2003），中國計劃出版社，2003。</p><p>　?。?）《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001），中國建筑工業(yè)出版社。</p><p><b>　?。?）現(xiàn)行教材</b></p><p

17、>　　（4）《鋼結(jié)構(gòu)》，鐘善桐，武漢大學出版社，2001。</p><p>　?。?）梯形鋼屋架，05G511，中國建筑標準設計研究院</p><p><b>　　五、成果形式要求：</b></p><p>　　手寫結(jié)構(gòu)計算說明書一份，A4紙最低不少于10頁；計算說明書應首先說明自己所選序號及結(jié)構(gòu)主要參數(shù)；</p><

18、p>　　硫酸紙制圖一張，用繪圖筆手繪；</p><p>　　裝訂：封面與封底采用學院統(tǒng)一標準，圖紙須按照A4紙大小標準折疊，標題欄在最上面且面向外，上交前學生自己試一下圖紙是否能夠順利展開。</p><p>　　裝訂次序：封面、誠信聲明、任務書、計算說明書、圖紙、封底。</p><p><b>　　附表</b></p>&l

19、t;p><b>　　北京建筑工程學院</b></p><p><b>　　土木與交通工程學院</b></p><p>　　《鋼結(jié)構(gòu)》課程設計指導書</p><p><b>　　班級</b></p><p><b>　　姓名</b></p>

20、<p><b>　　學號</b></p><p><b>　　日期</b></p><p><b>　　指導教師</b></p><p><b>　　2011年6月</b></p><p>　　2 鋼屋架課程設計指導書</p>

21、<p>　　由于鋼結(jié)構(gòu)具有承載力高、抗震性能好、自重輕和建設周期短等優(yōu)點，因而在重型或大型廠房、大跨度的公共建筑中，已愈來愈多地使用鋼屋蓋結(jié)構(gòu)。鋼屋蓋的承重結(jié)構(gòu)體系通常有平面鋼桁架體系、空間桁架、網(wǎng)架和懸索等。</p><p>　　2.2.1屋蓋結(jié)構(gòu)體系</p><p><b>　　1.無檁設計方案</b></p><p>　　在鋼

22、屋架上直接放置預應力鋼筋混凝土大型屋面板，其上鋪設保溫層和防水層，如圖2.1(a)所示。這種方案最突出的優(yōu)點是屋蓋的橫向剛度大，整體性好，所以對結(jié)構(gòu)的橫向剛度要求高的廠房宜采用無檁設計方案。但因屋面板的自重大，屋蓋結(jié)構(gòu)自重大，抗震性能較差。</p><p><b>　　2.有檁設計方案</b></p><p>　　在鋼屋架上設置檁條，檁條上面再鋪設輕型屋面材料，如石棉

23、瓦、壓型鋼板等，如圖2.1(b)所示。對于橫向剛度要求不高，特別是不需要做保溫層的中小型廠房，宜采用有檁設計方案。</p><p><b>　　2.2.2屋蓋支撐</b></p><p>　　鋼屋架在其自身平面內(nèi)為幾何形狀不變體系并具有較大的剛度。但這種體系在垂直于屋架平面的側(cè)向(即屋架平面外)的剛度和穩(wěn)定性很差，不能承受水平荷載。為了充分保證房屋的安全、適用和滿足施

24、工要求，在屋蓋系統(tǒng)中必須設置必要的支撐體系，把平面屋架相互連接起來，使之成為一個穩(wěn)定而剛強的整體結(jié)構(gòu)。</p><p>　　屋蓋支撐的作用主要包括以下幾方面：</p><p>　　(1)保證桁架結(jié)構(gòu)的空間幾何形狀不變。平面桁架能保證桁架平面內(nèi)的幾何穩(wěn)定性，支撐系統(tǒng)則保證桁架平面外的幾何穩(wěn)定性。</p><p>　　(2)保證桁架結(jié)構(gòu)的空間剛度和空間整體性。桁架上弦和

25、下弦的水平支撐與桁架弦桿組成水平桁架，桁架端部和中央的垂直支撐則與桁架豎桿組成垂直桁架，都有一定的側(cè)向抗彎剛度。因而，無論桁架結(jié)構(gòu)承受豎向或縱、橫向水平荷載，都能通過一定的桁架體系把力傳向支座，只發(fā)生較小的彈性變形，即有足夠的剛度和整體性。</p><p>　　(3)為桁架弦桿提供必要的側(cè)向支承點。水平和垂直支撐桁架的節(jié)點以及由此延伸的支撐系桿都成為桁架弦桿的側(cè)向支承點，從而減小弦桿在桁架平面外的計算長度，減小其

26、長細比，并提高其受壓時的整體穩(wěn)定性。</p><p>　　(4)承受并傳遞水平荷載。包括縱向和橫向水平荷載，例如風荷載、懸掛或橋式吊車的水平制動或振動荷載及地震荷載等，最后都傳到桁架支座。</p><p>　　(5)保證結(jié)構(gòu)安裝時的穩(wěn)定和方便。</p><p>　　具體設置方法：上、下弦橫向水平支撐一般布置在房屋兩端或溫度縫區(qū)段兩端第一開間內(nèi)；如布置在第二開間內(nèi)，第

27、一開間需設剛性系桿。兩支撐間距不超過60m。排架結(jié)構(gòu)溫度縫最大間距為：露天70m，室內(nèi)100m?？v向水平支撐設置于屋架下弦兩端節(jié)間。垂直支撐設置于與橫向支撐對應的位置，屋脊和兩端各一道。系桿上下弦各三道：上弦兩端各設一道柔性系桿，中間設一道剛性系桿；下弦兩端各設一道剛性系桿，中間設一道柔性系桿。要求對屋架及支撐編號。</p><p>　　2．2．3屋架的形式和主要尺寸</p><p>　　

28、1．屋架形式的確定應滿足經(jīng)濟、適用和制造安裝方便的原則</p><p>　　(1)滿足使用要求。屋架外形應與屋面材料。的排水要求相適應。如屋面采用瓦類、鐵皮或鋼絲網(wǎng)水泥槽板時，屋架上弦坡度應做得陡些，一般取1／5～1／2，以利排水；當采用大型屋面板上鋪卷材防水屋面時，則要求屋面坡度平緩些，一般取1／12～1／8。</p><p>　　(2)滿足經(jīng)濟要求。屋架外形應盡量接近彎矩圖形。因一般跨

29、度的屋架弦桿通常都設計成等截面的，當屋架外形與荷載引起的彎矩圖形相似時，屋架的上下弦桿內(nèi)力沿跨長分布比較均勻，這樣可使弦桿材料獲得充分利用。腹桿的布置應使短桿受壓，長桿受拉，且桿件數(shù)以少為宜。總長度要短，桿件夾角宜在30°～60°之間。夾角過小時，將使節(jié)點構(gòu)造難以處理。同時應注意盡可能避免非節(jié)點荷載作用，以免弦桿局部受彎而多耗鋼材。</p><p>　　(3)滿足制造、安裝和運輸要求。設計節(jié)點

30、構(gòu)造要簡單合理，節(jié)點數(shù)宜少，容易制造，且盡量減少節(jié)點處的應力集中。應使屋架的形式和高度便于在工廠分段制造、裝車運輸和現(xiàn)場安裝。</p><p>　　全面滿足上述要求是困難的，一般還需考慮材料供應情況和制造條件等因素，經(jīng)綜合分析，才能最后選定。</p><p>　　2．普通鋼屋架的形式</p><p>　　(1)三角形鋼屋架，如圖2．2所示。三角形屋架用于陡坡屋面的屋

31、蓋結(jié)構(gòu)中。三角形屋架的共同缺點是：屋架外形和荷載引起的彎矩圖形不相適應，因而弦桿內(nèi)力分布很不均勻，支座處最大而跨中卻較小。當屋面坡度不很陡時，支座處桿件的夾角較小，使構(gòu)造比較困難。</p><p>　　(2)梯形鋼屋架，如圖2．3所示。梯形屋架是由雙梯形合并而成，它的外形和荷載引起的彎矩圖形比較接近，因而弦桿內(nèi)力沿跨度分布比較均勻，材料比較經(jīng)濟。這種屋架在支座處有一定的高度，既可與鋼筋混凝土柱鉸接，也可與鋼柱做成

32、固接，因而是目前采用無檁設計的工業(yè)廠房屋蓋中應用最廣泛的一種屋架形式。屋架中的腹桿體系可采用人字式、再分式和單斜桿式。</p><p>　　(3)平行弦鋼屋架，如圖2．4所示。平行弦屋架的特點是桿件規(guī)格化，節(jié)點的構(gòu)造也統(tǒng)一，因而便于制造，但弦桿內(nèi)力分布不均勻。傾斜式平行弦屋架常用于單坡屋面的屋蓋中，而水平式平行弦屋架多用作托架。</p><p>　　(4)人字形鋼屋架，如圖2．5所示。人字

33、形鋼屋架的上、下弦是平行的，下弦也可以有一部分水平段，節(jié)點構(gòu)造比較統(tǒng)一，制作時可以不再起拱，可以用于較大的跨度。人字形鋼屋架一般宜采用上承式，即支座節(jié)點在上弦節(jié)點。</p><p><b>　　3．屋架的主要尺寸</b></p><p>　　(1)跨度。柱網(wǎng)縱向軸線的間距就是屋架的標志跨度，以3m為模數(shù)。屋架的計算跨度是屋架兩端支反力之間的距離，。</p>

34、<p>　　(2)高度。屋架跨中的最大高度由經(jīng)濟、剛度、建筑要求和運輸界限限制等因素來決定。根據(jù)屋架的容許撓度可確定最小高度，最大高度則取決于運輸界限，例如鐵路運輸界限為3．85m；屋架的經(jīng)濟高度是根據(jù)上下弦桿和腹桿的總重量為最小的條件確定；有時，建筑設計也可能對屋架的最大高度加以某種限制。</p><p>　　一般情況下，設計屋架時，首先根據(jù)屋架形式和設計經(jīng)驗先確定屋架的端部高度h0，再按照屋面坡

35、度計算跨中高度。對于三角形屋架h0＝0；陡坡梯形屋架取h0＝0.5～1.0m；緩坡梯形屋架取h0＝1.8～2.1m。因此，跨中屋架高度為h＝h0+i0／2式中i——屋架上弦桿的坡度。</p><p>　　人字形屋架跨中高度一般為2.0～2.5m，跨度大于36m時可取較大高度但不宜超過3m；端部高度一般為跨度為1/18～1/12。</p><p>　　一般屋架高度可在下列范圍內(nèi)采用：<

36、/p><p>　　梯形和平行弦屋架：h＝（1/10～1/6）0</p><p>　　三角形屋架：h＝（1/10～1/6）0 </p><p>　　人字形屋架：h＝（1/10～1/6）0</p><p>　　跨度較大的桁架，在荷載作用下將產(chǎn)生較大的撓度。所以對跨度為15m或15m以上的三角形屋架和跨度為24m或24m以上的梯形和平行弦屋架，當下弦不

37、向上曲折時，宜采用起拱的方法，即預先給屋架一個向上的反彎拱度。屋架受荷后產(chǎn)生的撓度，一部分可曲反彎拱度抵消。因此，起拱能防止撓度過大而影響屋架的正常使用。腹桿體系采用節(jié)間距3m的人字形，或參照圖集。起拱高度一般為跨度的1/500。</p><p>　　2.2.4普通鋼屋架的設計步驟</p><p>　　1、屋架荷載計算與荷載效應組合</p><p>　?。?）屋蓋上

38、的荷載。屋蓋上的荷載有永久荷載和可變載兩大類。永久荷載包括屋面材料和檁條、支撐、屋架、天窗架等結(jié)構(gòu)的自重；可變荷載包括雪荷載、風荷載和施工荷載等，一般可按規(guī)范查取。</p><p>　　屋架和支撐的自重可按下面經(jīng)驗公式進行估算，即gk=0.12+0.01 kN/m2</p><p>　　式中l(wèi)——屋架的標志跨度，m；</p><p>　　gk——按屋面的水平投影面分

39、布的均布面荷載，kN/m2。</p><p>　　通常假定屋架的自重一半作用在上弦平面，一半作用在下弦平面。但當屋架下弦無其他荷載時，為簡化計算可假定全部作用于屋架的上弦平面。</p><p>　　當屋面與水平面的傾角水平30°時，風荷載對屋面產(chǎn)生吸力，起著卸載的作用，一般不予考慮；但對于采用輕質(zhì)屋面材料的三角形屋架和開敞式房屋，在風荷載和恒荷載的作用下可能使用下可能使原來受拉的

40、桿件變?yōu)槭軌?。所以在計算桿件內(nèi)力時，根據(jù)荷載規(guī)范的規(guī)定，應該計算風荷載的作用。</p><p>　　在荷載時，需要注意屋面的均布荷載通常是按屋面水平投影面上分布的荷載進行計算，所以凡沿屋面斜面布的均布荷載（屋面板、瓦、各種屋面做法等恒荷載）均應換算為水平投影面上分布的荷載。假定沿屋面斜面分布的均布荷載為q1k，則換算為水平投影面上分布的荷載為q1k=/cosɑ,ɑ為屋面的傾角。對于屋面坡度較小的緩坡梯形屋架結(jié)構(gòu)的

41、屋面，ɑ較小，可按cosɑ=1，即不再換算?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）給出的屋面均布活荷載、雪荷載均為水平投影面上的荷載，在計算時不需換算。</p><p>　?。?）節(jié)點荷載匯集。屋架所受的荷載一般通過檁條或大型屋面板的邊肋以集中力的方式作用于屋架的節(jié)點上。屋架節(jié)點荷載匯集如圖2.6所示，作用于屋架上弦節(jié)點的集中力可按下式計算：Pk=qkɑs</p><p>　　式

42、中Pk——節(jié)點集中力標準值；</p><p>　　qk——按屋面水平投影面分布的荷載標準值；</p><p>　　a——上弦節(jié)間的水平投影長度；</p><p><b>　　s——屋架的間距。</b></p><p>　　對于有節(jié)間荷載作用的屋架弦桿，則應把節(jié)間荷載分配在相鄰的兩個節(jié)點上，屋架按節(jié)點荷載求出各桿件的軸心力

43、，然后再考慮節(jié)間荷載引起的局部彎矩。</p><p>　　(3)荷載效應組合。由于可變荷載的作用位置將影響屋架內(nèi)力，有的桿件并非所有恒載和活載都作用時引起最不利桿力，可能當某些荷載半跨作用時，該桿內(nèi)力最大或由拉桿變成壓桿，成為起控制作用的桿力。因此，設計時要考慮施工及使用階段可能遇到的各種荷載及其組合的可能情況，對屋架進行內(nèi)力分析時應按最不利組合取值。一般應考慮以下三種荷載組合：</p><p

44、>　　組合一：全跨恒載十全跨活載；</p><p>　　組合二：全跨恒載+半跨活載；</p><p>　　組合三：全跨屋架、支撐和天窗自重+半跨屋面板重+半跨屋面活荷載。</p><p>　　在荷載效應組合時，屋面活荷載和雪荷載不同時考慮，取兩者中的較大值進行組合。積灰荷載與屋面活荷載和雪荷載兩者中的較大值同時考慮。</p><p>　

45、　2．屋架桿件內(nèi)力計算</p><p>　　(1)計算屋架桿件內(nèi)力時的基本假定：①屋架的節(jié)點為鉸接；②屋架所有桿件的軸線都在同一平面內(nèi)，且相交于節(jié)點的中心；③荷載都作用在節(jié)點上，且都在屋架平面內(nèi)。</p><p>　　計算屋架桿件內(nèi)力時，假定各節(jié)點均為鉸接點。實際上用焊縫連接的各節(jié)點具有一定的剛度，在屋架桿件中引起了次應力，根據(jù)理論和實驗分析，由角鋼組成的普通鋼屋架，由于桿件的線剛度較小，

46、次應力對承載力的影響很小，設計時可以不予考慮。</p><p>　　(2)桿件的計算長度。理想的桁架結(jié)構(gòu)中，桿件兩端鉸接，計算長度在桁架平面內(nèi)應是節(jié)點中心間的距離，在桁架平面外，是側(cè)向支承間的距離。但在節(jié)點處節(jié)點是具有一定剛度的，加上受拉桿件的約束作用，使得桿件端部的約束介于剛接和鉸接之間。拉桿越多，約束作用越大，相連拉桿的截面相對越大，約束作用也就越大，在這種情況下，桿件的計算長度小于節(jié)點中心間的或側(cè)向支承間的

47、幾何長度。</p><p>　　桿件的計算長度公式為</p><p>　　式中和x——y分別為桿件平面內(nèi)和平面外的幾何長度；</p><p>　　ax和ay——分別為桿件平面內(nèi)和平面外的計算長度；</p><p>　　和，——分別為桿件平面內(nèi)和平面外的計算長度系數(shù)，在桁架桿件中，、，均為小于或等于1．0的數(shù)值。</p><

48、p>　　桿件的計算長度可以參考《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50017—2003)第5.3.1條的規(guī)定，如表2.2所示。</p><p>　　表2.2 桁架弦桿和單系腹桿的計算長度0</p><p>　　注1.為構(gòu)件的幾何長度(節(jié)點中心間距離)；1為桁架弦桿側(cè)向支承點之間的距離。</p><p>　　2．斜平面系指與桁架平面斜交的平面，適用于構(gòu)件截面兩主軸均不

49、在桁架平面內(nèi)的單角鋼腹桿和雙角鋼十字形截面腹桿。</p><p>　　3．無節(jié)點板的腹桿計算長度在任意平面內(nèi)均取其等于幾何長度(鋼管結(jié)構(gòu)除外)。當桁架弦桿側(cè)向支承點之間的距離為節(jié)間長度的2倍(見圖2．7)且兩節(jié)間的弦桿軸心壓力不相同時，則該弦桿在桁架平面外的計算長度，應按下式確定(但不應小于0．5／1)：</p><p>　　0=1(0.75+0.25)</p><p&

50、gt;　　式中N1——較大的壓力，計算時取正值；</p><p>　　N2——較小的壓力或拉力，計算時壓力取正值，拉力取負值。</p><p>　　(3)屋架桿件的內(nèi)力計算。確定屋架的計算簡圖之后，可用圖解法(節(jié)點法)、數(shù)解法(節(jié)點法或截面法)或計算機法求解屋架桿件的內(nèi)力。對三角形和梯形屋架用圖解法比較方便，對平行弦屋架用數(shù)解法比較方便，用計算機法求解各種屋架的內(nèi)力比較精確，而且快速。在某

51、些結(jié)構(gòu)設計手冊中有常用屋架的內(nèi)力系數(shù)表，利用手冊計算屋架內(nèi)力時，只要將屋架節(jié)點荷載乘以相應桿件的內(nèi)力系數(shù)，即得該桿件的內(nèi)力。</p><p>　　(4)桿件的容許長細比。桿件長細比過大，在運輸和安裝過程中容易因剛度不足而產(chǎn)生彎曲，在動力荷載作用下振幅較大，在自重作用下有可見撓度。為此，對桁架桿件應按各種設計標準的容許長細比進行控制，即</p><p>　　式中——桿件的最大長細比；<

52、/p><p>　　——桿件的容許長細比?！朵摻Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50017—2003)第5．3．8條規(guī)定了受壓構(gòu)件的容許長細比，如表2．3所示；第5．3．9條規(guī)定了受拉構(gòu)件的容許長細比，如表2．4所示。</p><p>　　表2.3 受壓構(gòu)件的容許長細比</p><p>　　注 桁架（包括空間桁架）的受壓腹桿，當其內(nèi)力等于或小于承載能力的50%時，容許長細比值可取為

53、200。</p><p>　　表2.4 受拉構(gòu)件的容許長細比</p><p>　　注承受靜力荷載的結(jié)構(gòu)中，可僅計算受拉構(gòu)件在豎向平面內(nèi)的長細比。</p><p><b>　　3．屋架桿件設計</b></p><p>　　(1)桿件的合理截面。普通鋼屋架的桿件一般采用兩個等肢或不等肢角鋼組成的T形截面或十字形

54、截面，這些截面能使兩個主軸的回轉(zhuǎn)半徑與桿件在屋架平面內(nèi)和平面外的計算長度相配合，而使兩個方向的長細比接近、能達到用料經(jīng)濟、連接方便和剛度等要求。</p><p>　　對于屋架上弦，如無局部彎矩，因屋架平面外計算長度往往是屋架平面內(nèi)計算長度的2倍，上弦宜采用兩個不等肢角鋼，短肢相并而長肢水平的T形截面形式。如有較大的非節(jié)點荷載，為提高上弦在屋架平面內(nèi)的抗彎能力，宜采用不等肢角鋼長肢相并而短肢水平的T形截面。<

55、/p><p>　　對于屋架的支座斜桿，由于它在屋架平面內(nèi)和平面外的計算長度相等，因此，采用兩個不等肢角鋼長肢相并的T形截面比較合理。</p><p>　　腹桿宜采用兩個等肢角鋼組成的T形截面。但與豎向支撐相連的豎腹桿宜采用兩個等肢角鋼組成的十字形截面，使豎向支撐與屋架節(jié)點連接不產(chǎn)生偏心。受力特別小的腹桿也可以采用單角鋼桿件。</p><p>　　屋架下弦在平面外的計算長

56、度很大，故宜采用兩個不等肢角鋼短肢相并，這種形式截面的側(cè)向剛度較大，且連接支撐比較方便。</p><p>　　(2)墊板(填板)。為了使兩個角鋼組成的桿件起整體作用，應在角鋼相并肢之間焊上墊板(或填板)。墊板厚度與節(jié)點板厚度相同，墊板寬度一般取40～60mm左右；T形截面時墊板長度比角鋼肢寬大10～15mm；十字形截面時墊板長度為角鋼肢寬縮進10～15mm。墊板間距／在受壓桿件中不大于40i，在受拉桿件中不大于8

57、0j。在十字形截面中i為一個角鋼對平行于墊板自身重心軸的回轉(zhuǎn)半徑；在十字形截面中i為一個角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑。在桿件的計算長度范圍內(nèi)至少設置兩塊墊板。如果只在桿件中央設一塊墊板，則由于在墊板處剪力為零而不起作用。</p><p>　　(3)節(jié)點板厚度。鋼桁架各桿件在節(jié)點處都與節(jié)點板相連，傳遞內(nèi)力并相互平衡，節(jié)點板中應力復雜并難于分析，通常不作計算?！朵摻Y(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50017—2003)給出了單壁式桁架節(jié)點板

58、厚度選用表，如表2.5所示，設計時可以參考。</p><p>　　表2.5 單壁式桁架節(jié)點板厚度選用表</p><p>　　注1．本表的使用范圍如下：</p><p>　　(1)適用于焊接桁架的節(jié)點板強度驗算，節(jié)點板鋼材為Q235，焊條E43。</p><p>　　(2)節(jié)點板邊緣與腹桿軸線之間的夾角應不小于30°。</p&

59、gt;<p>　　(3)節(jié)點板與腹桿用側(cè)焊縫連接，當采用圍焊時，節(jié)點板的厚度應通過計算確定。</p><p>　　(4)對有豎腹桿的節(jié)點板，當時，可不驗算節(jié)點板的穩(wěn)定；對無豎腹桿的節(jié)點板，當討，可將受壓腹桿的內(nèi)力乘以增大系數(shù)1.25后再查表求節(jié)點板厚度，此時亦可不驗算節(jié)點板的穩(wěn)定；式中c為受壓腹桿連接肢端面中點沿腹桿軸線方向至弦桿的凈距離。</p><p>　　2．支座節(jié)點板

60、的厚度宜較中間節(jié)點板增加2mm。</p><p>　　(4)桿件截面選擇。選擇截面時應考慮下列原則：</p><p>　　1)選用肢寬而壁薄的角鋼，以增加截面的回轉(zhuǎn)半徑，但最薄不能小于4mm。</p><p>　　2)為了便于訂貨和制造，相近的角鋼應盡量統(tǒng)一，同一屋架所采用的角鋼型號不超過5-6種。同時應盡量避免使用同一肢寬而厚度相差不大的角鋼，同一種規(guī)格的厚度之差

61、不宜小于2mm，以便施工時辨認。</p><p>　　3)角鋼最小規(guī)格一般按∟50X5或∟75×50×5(受力較小桁架可按∟45×4或∟56×36×4)。有垂直支撐處桁架豎桿通常用≥2∟63×5的角鋼。有螺栓孔時，角鋼的肢寬須滿足構(gòu)造要求。</p><p>　　4)屋架弦桿一般采用等截面，但當跨度大于30m時，弦桿可根據(jù)內(nèi)力的變化

62、改變截面，通常保持厚度不變而縮小肢寬，以利于拼接節(jié)點的構(gòu)造處理。</p><p>　　(5)桿件設計。當桿件以承受軸力為主時，按軸心壓桿或軸心拉桿計算；當桿件同時受到較大彎矩時，按壓彎或拉彎構(gòu)件計算。計算強度時，應注意對削弱處必須使用凈截面進行計算。計算桿件整體穩(wěn)定時，應注意對兩個方向的穩(wěn)定性都進行計算。</p><p>　　1)軸心拉桿。軸心拉桿可按強度條件確定所需的凈截面面積，由型鋼表

63、選用合適的角鋼，然后按軸心受拉構(gòu)件驗算其強度和剛度。</p><p>　　2)軸心壓桿。如果沒有截面削弱，軸心壓桿可由穩(wěn)定條件確定所需的截面面積和回轉(zhuǎn)半徑。參考這些數(shù)據(jù)從角鋼規(guī)格表中選擇合適的角鋼。根據(jù)所選用角鋼的實際截面面積和回轉(zhuǎn)半徑按軸心受壓構(gòu)件進行強度、剛度和整體穩(wěn)定性驗算。因為是型鋼，所以，局部穩(wěn)定滿足要求，不需要再進行計算。</p><p>　　3)拉彎或壓彎桿件。屋架上弦或下弦

64、有節(jié)間荷載作用時，應根據(jù)軸心力和局部彎矩，按拉彎或壓彎構(gòu)件的計算方法對節(jié)點處或節(jié)間彎矩較大截面進行計算。一般先根據(jù)經(jīng)驗或參照已有設計資料試選截面，對拉彎桿件驗算強度和剛度，對壓彎桿件驗算強度、剛度、彎矩作用平面內(nèi)和彎矩作用平面外的整體穩(wěn)定性。若不滿足或截面富裕太多則改選截面，重新進行試算，直至符合要求為止。</p><p>　　4)按剛度條件選擇桿件截面。對屋架中內(nèi)力很小的腹桿或因構(gòu)造需要設置的桿件(如芬克式屋架

65、跨中豎桿)，其截面可按剛度條件確定。為存件的容許長細比，可參考表2.3和表2.4。</p><p><b>　　4．屋架節(jié)點設計</b></p><p>　　節(jié)點的作用是把匯交于節(jié)點中心的桿件連接在一起，一般都通過節(jié)點板來實現(xiàn)。各桿的內(nèi)力通過各自與節(jié)點板相連的角焊縫把桿力傳到節(jié)點板上以取得平衡，所以節(jié)點設計的具體任務是：根據(jù)節(jié)點的構(gòu)造要求，確定各桿件的切斷位置；根據(jù)焊

66、縫的長度，確定節(jié)點板的形狀和尺寸。</p><p>　　(1)節(jié)點設計的基本要求如下：</p><p>　　1)布置桁架桿件時，原則上應使桿件形心線與桁架幾何軸線重合，以免桿件偏心受力。為便于制造，通常取角鋼肢背至形心距離為5mm的整倍數(shù)。例如，在型鋼表中查得角鋼∟90×7的肢背至形心距離為24．8mm，取5mm的整倍數(shù)，則角鋼∟90×7的肢背至形心距離取為25mm。&

67、lt;/p><p>　　2)焊接屋架節(jié)點中，各桿件邊緣間應留一定的間隙，一般不宜小于20mm，以利拼裝和施焊，同時也避免因焊縫過于密集而使鋼材過熱變脆。對直接承受動力荷載的焊接桁架，腹桿與弦桿之間的間隙一般不宜小于50mm。桁架圖中一般不直接標明各處的間隙值，而是注明各切斷桿件的端距，以控制有足夠的間隙。</p><p>　　3)角鋼端部的切割面一般應與桿件軸線垂直，當角鋼較寬，為了減小節(jié)點板

68、尺寸，也可采用斜切，即允許把角鋼的一個邊斜切(切掉一角)但不影響角鋼背圓角部分。</p><p>　　4)節(jié)點板的尺寸主要取決于所連桿件的大小和所需焊縫的長短，一般至少要有兩條邊平行，如矩形、平行四邊形或直角梯形等，以節(jié)約鋼材和減少切割次數(shù)。節(jié)點板外形還應盡量考慮傳力均勻，不應有凹角，以免產(chǎn)生嚴重的應力集中現(xiàn)象。</p><p>　　(2)各節(jié)點的設計方法。</p><

69、p>　　1)下弦一般節(jié)點。下弦一般節(jié)點是指下弦桿直通連續(xù)和沒有節(jié)點集中荷載的節(jié)點，如圖2．7所示。首先畫出各桿件的軸線位置及各桿件的截面大小，·根據(jù)構(gòu)造要求確定各桿件的端部切斷位置(即腹桿端部至節(jié)點中心的距離)，如圖2．7中的，所示，這個距離主要用于制造時的拼裝，可以由此計算每一根腹桿的實際長度，即由腹桿兩端的節(jié)點間幾何長度減去兩端至各自節(jié)點的距離之和。</p><p>　　計算下弦節(jié)點中各腹桿與

70、節(jié)點板所需的連接焊縫長度：</p><p><b>　　肢背焊縫：</b></p><p><b>　　肢尖焊縫：</b></p><p>　　弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，應考慮承受弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力之差△N，按下式計算下弦桿與節(jié)點板連接所需的焊腳尺寸：</p><p><b>　　肢背焊縫：&

71、lt;/b></p><p><b>　　肢尖焊縫：</b></p><p>　　式中 N——桿件的軸力；</p><p>　　——角焊縫的強度設計值；</p><p>　　和——分別為角鋼肢背和肢尖的焊腳尺寸；</p><p>　　和——分別為角鋼肢背和肢尖的焊縫計算長度，對每條焊

72、縫取其實際長度減去；</p><p>　　和——分別為角鋼肢背和肢尖焊縫受力配系數(shù)，可取=2/3，=1/3。</p><p>　　通常弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力之差△N很小，實際需要的焊腳尺寸可由構(gòu)造要求確定，并沿節(jié)點板全長滿焊。</p><p>　　2）上弦一般節(jié)點。計算上弦節(jié)點中各腹桿與節(jié)點板所需的連接焊縫長度與下弦節(jié)點中各腹桿與節(jié)點板所需的連接焊縫長度方法相同。<

73、/p><p>　　如圖2.8所示，上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫是由角鋼肢背的槽焊縫和角鋼腳肢尖的兩條角焊縫組成，假定角鋼肢背的槽焊縫承受節(jié)點荷載P，角鋼肢尖的兩條角焊縫承擔△N和由于△N與肢尖焊縫的偏心距e而產(chǎn)生的彎矩△M=△Ne。</p><p>　　當屋面坡度較緩時，角鋼肢背槽焊縫的強度可按下式計算：</p><p>　　角鋼肢背的槽焊縫近似按兩條（t為節(jié)點板厚度）的角

74、焊焊縫計算；上式中的系數(shù)0.8是考慮到槽焊縫的質(zhì)量不易保證，而將角焊縫的強度設計值降低20%。為正面角焊縫的強度設計值增大系數(shù)，對承受靜力荷載和間接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，，對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，。</p><p>　　角鋼肢尖焊縫的強度計算：</p><p><b>　　在△N 作用下，有</b></p><p>　　在△M=△Ne作用下，有

75、</p><p><b>　　合應力應滿足下式：</b></p><p>　　3)屋脊拼接節(jié)點。弦桿的拼接分為工廠拼接和工地拼接兩種。因角鋼長度不夠或弦桿截面有改變時在工廠進行的拼接稱為工廠拼接，這種拼接的位置通常在節(jié)點范圍以外。工地拼接是由于運輸條件的限制，屋架分為兩個或兩個以上的運輸單元時在工地進行的拼接，這種拼接的位置一般在節(jié)點處。為減輕節(jié)點板負擔和保證整個屋架

76、平面外的剛度，通常不利用節(jié)點板作為拼接材料，而以拼接角鋼傳遞弦桿內(nèi)力。拼接角鋼一般與弦桿的截面相同，使弦桿在拼接處保持原有的強度和剛度。</p><p>　　屋脊拼接節(jié)點中的拼接角鋼，當屋面坡度較緩時，拼接角鋼可以熱彎成型；當屋面坡度較陡時，常需將拼接角鋼的豎肢切成斜口彎曲后對接焊牢。</p><p>　　如圖2．9所示，屋脊拼接節(jié)點的連接焊縫有兩類：一是拼接角鋼與弦桿之間的連接焊縫；二是

77、弦桿與節(jié)點板之間的連接焊縫。</p><p>　　屋脊拼接角鋼與弦桿的連接計算及拼接角鋼總長度的確定。拼接角鋼與受壓弦桿之間的連接可按弦桿最大內(nèi)力進行計算，每邊共有4條焊縫平均承受此力，則一條焊縫的計算長度為 </p><p>　　一條焊縫的實際長度為 </p><p>　　拼接角鋼的總長度()為 </p><p>　　對于弦

78、桿與節(jié)點板之間的連接焊縫，假定節(jié)點荷載戶由上弦角鋼肢背處的槽焊縫承受，按下式計算：</p><p>　　上弦角鋼肢尖與節(jié)點板的連接焊縫按上弦桿最大內(nèi)力的15％計算，并考慮此力產(chǎn)生的彎矩M=0.15Ne，按下列公式計算：</p><p>　　在0.15N作用下，有</p><p>　　在M=0.15Ne作用下，有</p><p><b&g

79、t;　　合應力應滿足下式：</b></p><p>　　對承受靜力荷載和間接承動力荷載的結(jié)構(gòu)，；對直接承受動力荷載的結(jié)構(gòu)，。</p><p>　　4）下弦拼接節(jié)點。拼接角鋼與下弦桿的連接計算及拼接角鋼總長度的確定。如圖2.10所示，拼接角鋼與下弦桿之間每邊有4條角焊縫連接，由于拼接角鋼豎向肢切割去，可近似認為4條角焊縫均勻傳力。拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫按下弦截面積等強度計算，

80、即拼接角鋼與下弦桿的連接焊縫最大承受的內(nèi)力值為，A為下弦角鋼截面總面積。則在拼接節(jié)點一邊每條焊縫的計算長度為</p><p>　　每條焊縫的實際長度為</p><p>　　拼接角鋼的總長度()為 </p><p>　　下弦桿與節(jié)點板的連接焊縫，除按拼接節(jié)點兩側(cè)弦桿的內(nèi)力差進行計算外，還應考慮到拼接角鋼由于切角和切肢，截面有一定的削弱，這個削弱的部分由節(jié)點板來補償

81、，一般拼接角鋼削弱的面積不超過15％。所以下弦與節(jié)點板的連接焊縫按下弦較大內(nèi)力的15％和兩側(cè)下弦的內(nèi)力之差兩者中的較大者進行計算。</p><p>　　下弦桿肢背與節(jié)點板的連接焊縫計算長度：</p><p>　　下弦桿肢背與節(jié)點板的連接焊縫實際長度：</p><p>　　下弦桿肢尖與節(jié)點板的連接焊縫計算長度：</p><p>　　下弦桿肢尖與

82、節(jié)點板的連接焊縫實際長度：</p><p>　　5)支座節(jié)點。屋架與柱的連接有簡支和剛接兩種形式，支承于鋼筋混凝土柱或磚柱上的屋架一般為簡支，而支承于鋼柱上的屋架通常為剛接。圖2．11所示為簡支屋架的支座節(jié)點，由節(jié)點板、加勁肋、支座底板和錨栓等部分組成。它的設計和軸心受壓柱鉸接柱腳相似。</p><p><b>　　支座底板的面積</b></p><

83、;p><b>　　錨栓孔缺口面積。</b></p><p>　　式中R——屋架的支座反力；</p><p>　　——柱混凝土軸心抗壓強度設計值。</p><p>　　錨栓預埋于柱中，其直徑一般取20～25mm；為了便于安裝屋架時能夠調(diào)整位置，底板上的錨栓孔直徑應為錨栓直徑的2～2.5倍，通常采用40～60mm。屋架安裝完畢后，在錨栓上套上

84、墊圈，并與底板焊牢以固定屋架。</p><p>　　底板取1m板帶寬進行計算，則底板厚度應滿足的條件為</p><p>　　所以底板的厚度應按下式計算：</p><p>　　其中 </p><p>　　式中 M——兩鄰邊支承板單位板寬的最大彎矩；</p><p>　　q——底板單位面積的

85、壓力；</p><p>　　——系數(shù)，根據(jù)由表2.6查出；</p><p>　　——兩相鄰支承邊的對角線長度，如圖2.12所示；</p><p>　　——支承邊的交點至對角線的垂直距離，如圖2.12所示。</p><p>　　表2.6 兩相鄰邊支承板的彎矩系數(shù)</p><p>　　支座底板的厚度和面積還應

86、滿足下列構(gòu)造要求：</p><p>　　厚度：當屋架跨度不大于18m時，t≥16mm；</p><p>　　當屋架跨度大于18m時，t≥20mm。</p><p>　　面積：寬度取200～360mm；</p><p>　　長度(垂直于屋架方向)取200～400mm。</p><p>　　加勁肋的作用是加強底板的剛度，提

87、高節(jié)點板的側(cè)向剛度。加勁肋的高度由節(jié)點板的尺寸決定，厚度可與節(jié)點板的厚度相同。加勁肋可視為支承于節(jié)點板上的懸臂梁，一個加勁肋通常假定傳遞支座反力的1／4，并考慮偏心彎矩M。</p><p><b>　　焊縫受剪力： </b></p><p><b>　　焊縫受彎矩：</b></p><p>　　一個加勁肋與支座節(jié)點板的連

88、接焊縫按下式進行強度計算：</p><p><b>　　式中e——偏心距；</b></p><p>　　——加勁肋與節(jié)點板連接焊縫的焊腳尺寸；</p><p>　　——加勁肋與節(jié)點板連接焊縫的焊縫計算長度。</p><p>　　支座節(jié)點板、加勁肋與支座底板的水平連接焊縫，按下式進行強度計算：</p><

89、;p>　　其中 </p><p>　　式中節(jié)點板、加勁肋與支座底板的水平焊縫總長度，共有6條焊縫；</p><p>　　t和——分別為節(jié)點板厚度和加勁肋切口寬度。</p><p>　　5．屋架施工圖的繪制</p><p>　　鋼屋架施工圖是制造廠加工制造和工地結(jié)構(gòu)安裝的主要依據(jù)。當屋架形式、各桿件尺寸、桿件截面以及各腹桿與

90、節(jié)點板的連接焊縫確定后，即可按運輸單元繪制施工圖。繪制屋架施工圖應注意以下幾個方面的內(nèi)容：</p><p>　　(1)通常在圖紙左上角用合適的比例畫出“屋架幾何軸線圖(屋架簡圖)”。圖中一半標出幾何長度，另一半標出桿件的計算內(nèi)力值。當屋架跨度較大時，在自重及外荷載作用下將產(chǎn)生較大的撓度，影響結(jié)構(gòu)的使用并有損建筑物的外觀。因此，當跨度不小于24m的梯形屋架和跨度不小于15m的三角形屋架，在制作時需要起拱，起拱值約為

91、跨度1／500。起拱值應在屋架簡圖上標出來，而在屋架詳圖上不必表示。</p><p>　　(2)繪制屋架的施工圖，通常采用兩種比例尺繪制，桿件軸線一般用1：20～1：30的比例尺，桿件截面和節(jié)點尺寸采用1：10～1：15的比例尺，這樣可使節(jié)點的細節(jié)表示清楚。</p><p>　　(3)繪制屋架上、下弦桿的平面圖、屋架端部和跨中的側(cè)面圖及必要的剖面圖。</p><p>

92、;　　(4)標注尺寸，要全部注明各桿件和板件的定位尺寸和孔洞位置等。定位尺寸主要是節(jié)點中心至腹桿頂端的距離和屋架軸線到角鋼肢背的距離。由這兩個尺寸即能確定桿件的位置和實際長度，桿件的實際斷料長度為桿件幾何軸線長度減去兩端的節(jié)點中心到腹桿頂端的距離。</p><p>　　(5)編制材料表，對所有零件應進行詳細編號，編號應按零件的主次、上下、左右的順序逐一進行。完全相同的零件用同一編號，當兩個形狀、尺寸相同只是栓孔位