轻型屋面三角形钢屋架设计说明书
1 简介
三角形屋架多用于屋面坡度较大的有檩条屋盖，屋面材料为波形石棉瓦、钢板或铝板等，坡度一般在16~13。按腹杆布置又分为芬克式，单向斜杆式及人字式。芬克式屋架的特点是将上弦分为等距离节间，短腹杆受压，长腹杆受拉，受力合理，是三角形屋架中常用的经济形式。
单向斜杆式屋架的腹杆总长度较大，节点数量较多，斜腹杆受拉，竖杆受压，受力不够合理，下弦节点距离相等适于吊顶，但杆件交角较小，构造上不宜处理，制作不够经济，人字形屋架上、下弦杆可任意分割布置节点，但斜杆有受拉和受压的可能，受力不确定，但腹杆数量少，较为经济。
2 设计资料及说明：
设计一位于市的单跨屋架结构（封闭式），要求结构合理，制作方便，安全经济。
1、单跨屋架，平面尺寸分别为：96m×12m，柱距S=6m。
2、屋面材料：压型钢板。
3、屋面坡度1：2.5。
4、屋架支承在钢筋混凝土柱顶，混凝土标号C30，柱为混凝土柱尺寸为450mm*450mm。
5、钢材标号：Q235-B。设计强度f=215kN/m2
6、焊条型号：E43型。
7、屋架承受的荷载：（1）恒载：0.45KN/m 2；（2）活（雪）载：0.5KN/m 2。
8、荷载计算按全跨永久荷载+全跨可变荷载（不包括风荷载）考虑，荷载分项系数取：γG =1.2，γQ =1.4 。
3 屋架杆件几何尺寸的计算
基于三角形屋架各腹杆布置的特点和设计的要求，选用芬克式八节三角形屋架。
3.1 屋架尺寸
屋架的计算跨度：o l =12000－2×150=11700mm ；
屋面倾角：()12.521.8arctg α==，sin 0.3714,cos 0.9285αα== 屋架跨中高度：h=11700/(2×2.5)=23400mm 上弦长度：L=o l /(2cos α)=6300mm. 节间长度：a=6300/4=1575mm
根据已知几何关系，求得屋架各杆件的几何长度如图所示：
图、屋架杆件几何尺寸（mm ）
上弦节间水平投影长度：'1575cos 1462a m m α==
3.2 屋盖支撑布置
3.2.1 屋架的支撑
在房屋两端第一个之间和中间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。在与横向支撑同一柱间的屋架长压杆处各设置一道垂直支撑，以保证常压杆出平面的计算长度符合规要求。
在各屋架的下弦节点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。
上弦横向支撑节点处的水平系杆均有该处的檩条代替（设计）
3.2.2 屋面檩条及其支撑.
（1）檩条
波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度≥150mm,且每瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距：
m ax 1820150
83531
p a m m
-=
=-
半跨屋面所需檩条数：
4157518.5
835
p n ?=
+=根
考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，且节点处最好设置檩条，以免发生实际取半跨屋面檩条数n p =9根，檩条间距
m ax 41575787.583591
p p m m m m
αα?=
=<=-，满足要求。
（2）檩条的支撑
檩条跨度（即屋架间距）4p l m =，需在檩间布置一道拉条。为改善屋脊檩条受力情况、使整个屋面上的檩条采用同一截面，在屋脊两侧檩间用斜拉条和撑杆将坡向分力传至屋架上。
3.3 檩条设计
选用[8槽钢截面，由型钢表查得：
W x =25.3cm 3,W y =5.8cm 3,I x =101cm 4 。 a ．荷载计算
恒载：
k
g =0.9kN/m
活载：q k =0.6 kN/m 檩条均布荷载设计值：
q =(γG ×g k +γQ ×q k )×a p
=（1.2×0.9+1.4×0.6）×700×10
-3
=1.344KN/m ，则有：
q x =q sin α=1.344×0.3714=0.50KN/m ；
q y =q cos α=1.344×0.9285=1.25KN/m 。b.强度验算：
弯矩设计值（见图３）2
18
X X M q l
=
，2
1
82y
X l M
q ??
= ???
M x =218
x q l =1/8×0.50×42=1.0kN/m （图3）檩条X 方向
M y =2
1
82y l q ??
?
??
=1/8×1.25×22=0.625kN/m (因为在跨中设了一道
拉条)
檩条的最大应力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处。
6
63
3
1.010
0.62510
127.4
1.0525.310
1.2x
y
x nx
y ny M M W W γγ??+
=
+
=??N/m 2 2 c.刚度验算： 只验算垂直于屋面方向的挠度。 荷载标准值： k k g q +=0.9+0.6=1.5kN/m 图4 檩条Y 方向 ()cos 1.393 y k k q g q a =+= 3 3 3 4 55 1.3934000 11384 384 2061010110 180 150 y x q l v l EI ?= ? = ? = < ??? 因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用［8槽钢檩能满足要求。 3.4 荷载计算 荷载计算按全跨永久荷载+全跨可变荷载（不包括风荷载）考虑，荷载分项系数取：γG =1.2，γQ =1.4。 屋面水平投影面上的荷载设计值为： 2 1.20.9 1.40.6 1.92G k Q k q g s kN m γγ=+=?+?= 求杆件轴力，把荷载化成节点荷载： ' 1.92 1.462411.23P qa s kN ==??= 3.4.1 屋架杆件的轴力计算 由于屋架及荷载的对称性，只需计算半榀屋架的杆件轴力。 对八节间芬克式屋架外特征：1、上弦节间等长；2、下列杆件间夹角相等： 杆件名称杆件号 节点荷载 (KN) 力系数力设计值（kN） 上弦A-B 11. 23 -9.42 -103.77 B-C -9.05 -101.63 C-D -8.68 -97.48 D-E -8.31 -93.32 下弦A-1 8.75 98.26 1-2 7.50 84.23 3.4.2 上弦杆弯矩 屋架上弦杆在节间荷载作用下的弯矩,可如下计算: 上弦杆节间的集中荷载： ' 11' 1.92 1.4624 3.73 3 p qa s kN ==???= 节间简支梁最大弯矩：' 011 3.7 1.462 1.83 3 M p a kN m = =??=? 端节间最大正弯矩：100.80.8 1.8 1.44M M kN m ==?=?； 其他节间最大正弯矩，节点负弯矩：200.60.6 1.8 1.08M M kN m =±=±?=±? 3.5 屋架杆件截面设计 首先确定所用节点厚度。在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大力有关。根据弦杆最大力1103.77,N F kN =查表11.1， 采用支座节点板厚8mm ，其他节点板厚6mm 。 表11.1 屋架节点板厚度（mm ）
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