完整word版芬克式三角形鋼屋架設(shè)計x

1、 芬克式三角形鋼屋架設(shè)計 一、 設(shè)計資料 某廠房總長度為 36m ，跨度為 18m ，縱向柱矩為 6m 。 初選芬克式屋架基本形狀及尺寸參數(shù)如下圖所示： 屋面坡度 i 1: 2.5 ，坡角 arctan i 21.80 ， sin 0.3714 ， cos 0.9285 ； 屋架計算長度 l 0 18 2 0.15 17.7m ；中間高度 h 3.54m； 上弦劃分為 4 個區(qū)間，每個區(qū)間長度 2383mm； 下弦分為 3 個區(qū)間。區(qū)間長度分別為 2566mm， 2566mm， 3718mm； 上弦每節(jié)間設(shè)置兩根檁條，檁條間設(shè)有拉條，檁條間距為 794mm。 屋架支撐布置如下圖所示： 1）永久

2、荷載 彩色鋼板屋面： 0.15 kN m2 ； 保溫層及燈具： 0.55kN m2 ； 屋架及支撐自重按經(jīng)驗公式 （ Pw 0.12 0.011 跨度） KN/m2 計算； 檁條重量： 0.09 kN m2 ； 可變荷載 屋面活載 ： 0.7 kN m2 ； 雪荷載： 0.35 kN m2 ； 積灰荷載： 1.0 kN m2 二、荷載計算 1.荷載標準值計算 將沿屋面斜面分布的恒荷載換算為沿水平投影面分布的荷載， 應(yīng)乘以系數(shù) 1 1.077 。 cos 彩色鋼板屋面： 1.077 0.15 0.162 kN m2 保溫層及燈具： 1.077 0.55 0.592 kN m2 屋架及支撐自重：

3、0.12 0.011 18 0.318kN m2 檁條重量： 1.077 0.09 0.097 kN m2 恒載合計： 1.106 kN 屋面活載 （或雪荷載，兩者中取較大值） ： 0.7 kN m2 ； 積灰荷載： 1.0 kN m2 2、荷載組合 由建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊查表可知，三角形芬克式屋架的腹桿在半跨 荷載下內(nèi)力不變號。只按全跨荷載計算即可。 節(jié)點荷載 F1 （1.2 1.016 1.4 0.7 1.4 0.9 1.0） 6 9 / 4 48.16kN F2 （1.35 1.106 1.4 0.7 0.7 1.4 0.9 1.0） 6 9 / 4 46.43kN 四、屋架設(shè)計 1.節(jié)

4、點集中荷載計算 節(jié)點荷載取 F F1 48.16kN 等效荷載示意圖如下示： 2.屋架內(nèi)力計算 各桿件內(nèi)力系數(shù)如下圖示： 各桿件內(nèi)力設(shè)計值 桿 上弦桿 7 腹桿 下弦桿 件 AB BC CD DE BF CF CG CH DH EH GH AF FG GJ 系 -9.42 -9.05 -8.68 -8.31 -0.93 1.25 -1.86 1.25 -0.93 3.75 2.50 8.75 7.50 5.00 數(shù) 內(nèi) 力 -453.67 -435.85 -418.03 -400.21 -44.79 60.2 -89.58 60.2 - 44.8 180.6 120.4 421.4 361.2

5、 240.8 值 中間節(jié)點處集中荷載為檁條作用在屋架上弦桿的集中荷載，本 例中根據(jù)檁條布置位置應(yīng)取為 F/3 。 則檁條集中荷載作用時 M 0 1 F l 0 1 48.16 (0.794 3 cos ) 11.83kN m 3 3 9 端節(jié)點彎矩 M 1 0.8M 0 9.46kN m 其他節(jié)間的正彎矩和節(jié)點負彎矩 M 2 0.6M 0 7.10kN m 3.上弦桿截面設(shè)計 整個上弦桿采用等截面，按最大內(nèi)力桿 N max N AB 設(shè)計 N AB 453.67kN （壓桿） 桿端 M 1 9.46kN m ， M 27.10 kN m 選用角鋼 2L100 16 等肢相拼成 T 形截面，（其

6、中 a=12mm為節(jié)點板厚度，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 P23 表 2-3 選用） An 59.26cm2 i x 2.98cm i y 4.72cm W1x 171.62cm3 W2 x 75.64cm3 Z0 3.06cm 上弦桿是壓彎構(gòu)件 1）強度驗算 N M x 453.67 103 7.10 106 155N / mm2 215N / mAn xWnx 59.26 102 1.2 75.64 103 故強度滿足要求 2）穩(wěn)定驗算 a. 由正彎矩控制的平面內(nèi) 長細比： x l 0x 794 3 79.93 150 ， ix 2.98 10 繞 X 軸屈曲時屬于 b 類截面，查表可得 x 0.

7、688 2 EA 3.142 2.06 105 59.26 100 1712.68kN N Ex 2 1.1 79.932 1.1 x 構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率 mx 0.85 N mx M x 453. 67 103 0.85 9.46 10 6 x A 0.8N ) 0.688 59.26 102 3 0.8 453.67 103 ) xW1 x(1 1.05 171.62 10 (1 N Ex 1712.68 10 164.86N / mm2 215N / mm2 滿足要求 較小翼緣受拉區(qū)： N mx M x 453.67 103 0.85 9.46 106 A 1.25N ) 59.26 10

8、2 1.2 75.64 10 3 (1 1.25 453.67 103 ) xW2 x (1 1712.68 103 N Ex 71.73 N / mm2 215 N / mm2 滿足要求 b. 由負彎矩控制的平面外 由于受壓弦桿側(cè)向支撐點間距 l1 為節(jié)間長度 l 的 2 倍，且 N AB N BC （鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 P51 （5.3.1 ）式） 則 l0 y l1 (0.75 0.25 N2 ) 794 3 2 (0.75 0.25 435.85) 4717mm N1 453.67 l 0y 4717 b 100 6.25 l0 y 4717 27.3 y iy 47.2 99.9 16

9、0.58 0.58 t b 100 換算長細比 （鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 P41 （5.1.2-6a ）式） yzy (1 0.475b 4 0.475 1004 150 l 2 t 2 ) 99.9 (1 4717 2 16 2 ) 100.69 0 y 繞 y 軸屈曲時處于 b 類截面 由 yz 110.41 查表可得 y 0.553 構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率 tx 0.85 翼緣受拉且腹板 b 6 .25 18 235 18 t f y 故 b 1 0.0005 y 235 0.950 f y N tx M x 453.67 103 0.85 7.10 10 6 y A bW1 x 0.553 59 .

10、26 10 2 1 171.62 103 0.9 175.57 N / mm2 215N / mm2 滿足要求 3）上弦填板的設(shè)置（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 P43 5.1.5 條） 查型鋼表，一個角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn) 半徑 i=2.98cm ，則 40i=119.2cm 。 上弦節(jié)間長度為 238.3cm 。每節(jié)間設(shè)一塊填板，間距為 238.3/2=119.15cm119.2cm. 填板尺寸 70 12 110 。 (鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 P23) 4.下弦桿截面設(shè)計 整個下弦桿采用等截面，故按最大內(nèi)力 N max N AF 設(shè)計 N AF 421.4kN l0 x 2566mm l0 y

11、2566 2 5132mm 所需桿件截面積 A N 421.4 103 1960mm2 19 .6cm2 f 215 選用角鋼 2L70 455 短肢相拼成 T 形截查表可得： An 23.2cm2 i x 1.38cm i y 3.95cm 對于拉桿 x l 0 x 256.6 185.9 350 ix 1.38 l 0 y 513.2 350 y i y 3.95 129.9 N 421.4 103 181.6N / mm2 215N / m An 23.2 102 均滿足要求，故下弦桿所選鋼材滿足設(shè)計要求 3）下弦填板的設(shè)置（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 P43 5.1.5 條） 查型鋼表，一個角鋼對

12、于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn) 半徑 i=2.33cm ，則 80i=186.4cm 。 下弦節(jié)間 AF、FG 長度為 256.6cm 。每節(jié)間設(shè)一塊填板， 間距為 238.3/2=128.3cm186.4cm. 下弦節(jié)間 GJ 長度為 371.8cm 。每節(jié)間設(shè)兩塊填板，間距 為 371.8/3=123.9cm186.4cm.填板尺寸 70 12 80 。 (鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 P23) 5.腹桿截面設(shè)計 1) 腹桿 EG 在節(jié)點 H 處不斷開，采用通長桿件 N max N EH 180.6kN N GH 120.4kN l 0 x l 2566 mm l0 y l1 2l 2 2566mm 5

13、132mm 所需桿件截面積 A N 180.6 103 840mm2 840cm2 f 215 選用角鋼 2L45 5 相拼組成 T 形截面 查表可得： An 8.58cm2 i x 1.37cm i y 2.34cm 對于拉桿 l0 x 256.6 350 x i x 187.3 1.37 l 0 y 513.2 35 y i y 219.3 2.34 N 180.6 103 2 2 An 8.58 102 210N / mm 215N / mm 均滿足要求，故腹桿 EG 所選鋼材滿足設(shè)計要求 填板設(shè)置 按 80i 80 1.37 109.6cm GH 、HE 各設(shè)置兩塊， 256.6/3=

14、85.5cm109.6cm 填板尺寸 70 12 60。 2) 腹桿 CF 和 CH 選用單角鋼 L455 N 60.2kN ， l 0 x 0.8l 0.8 2566 2053mm ， l0 y l 2566 所需桿件截面積 A N 60.2 10 3 280mm2 2.8cm f 215 查表可得： An 4.29cm2 i x 1.37cm i y 0.881c對于拉桿x l0 x 2053 350 i x 149.9 1.37 y l 0 y 2566 291.25 350 i y 8.81 N 60.2 103 2 215N / mm 2 An 4.29 102 140.32N /

15、mm 均滿足要求，故腹桿 CF 和 CH 所選鋼材滿足設(shè)計要求 3) 對于腹桿 BF 和 DH N44.79kN（壓桿），0x ，l0 y l 953 l 0.8l 0.8 953 786.4mm 初選單角鋼 L56 8 An 8.37cm 2 ， ix 1.68cm ， i y 0.881cm l 0 x 786.4 200 x 46.8 ix 16.8 l0 y 98.3 200 y i y 90.1 1.09 b 56 7 0.54 953 9.19t 8 56 換算長細比 y (1 0.85b 4 200 yz 2 ) 103.1 l0 y t 2 由于 yz y ，所以只求 y ，由

16、 yz 查表可得： y 0.536 N 44.79 103 99.83N 2 2 y An 0.536 837 / mm 215N / mm 強度、穩(wěn)定性均滿足要求，故所選鋼材滿足設(shè)計要求。 填板設(shè)置 按 40i 40 1.37 54.8cm CF、CH 各設(shè)置一塊， 95.3/2=47.7cm54.8cm 。應(yīng)設(shè) 3 塊填板， 但考慮腹桿受力不大， 且兩端焊于節(jié)點板上， 為減小焊縫起見， 可采用兩塊填板。 填板尺寸 70 12 60 5）中間豎腹桿 EJ N EJ 0 （1 ）按構(gòu)造考慮，為安裝垂直支撐，采用螺栓直徑 d=18mm ，選用 2L70 5，組成十字形截面。查型鋼表知 iu 2.

17、73cm; imin 1.39cm 。 （2）容許長細比按支撐壓桿考慮 0.9 354/ 2.73 116.7 200 （3）填板設(shè)置按壓桿考慮 40imin 55.6cm 設(shè)置 4 塊， 354/5=70.855.6cm 但考慮中豎桿兩端有節(jié)點板，且本身亦非完全壓桿，為避免焊 縫過密，只設(shè)置 4 塊。 填板尺寸 70 12 110 五、節(jié)點設(shè)計 由于采用 E43 型手工焊， Q235 級鋼材、角焊縫，查表知 2 w 160N / mm 1 下弦節(jié)點 F 對于 CF 桿和 BF 桿 取 N max 60.2kN 桿件厚度 t 5mm 6mm ， 1.5 t 3.35mm 故可取 h f 4mm

18、 0.7N 0.7 60.2 103 肢背 lw1 w 0.7 4 94 he f f 160 實際焊縫長度 lw 94 2hf 102mm，取 105mm 0.3N 0.3 60.2 10肢尖 lw 2 w 0.7 4 40mm he f f 160 實際焊縫長度 lw 40 2 hf 48mm ，取 50mm 8h f 或 40mm 故桿件 BF、CF 與節(jié)點板的角焊縫長度為肢背 105 mm 、肢尖均 50mm ， 焊腳尺寸 4mm 根據(jù)所求焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有間隙以及裝配等誤差， 按實際比例繪 節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為 210 mm 250 mm 12 mm 。

19、 節(jié)點板與下弦桿滿焊，故焊縫長度 l w 220mm ，取 hf 4mm 焊縫承受內(nèi)力 N 421.4 361.2 60.2kN 肢背側(cè)焊縫： f 0.65N 0.65 60.2 103 29N / mm2 160N / m 2hel w 2 0.7 4 (250 2 4) 故焊縫強度滿足要求。 2下弦節(jié)點 G（考慮運輸和施工方便，下弦桿在節(jié)點 G 處斷開） 對于 CG 桿和 CH 桿，取 N max 120.4kN 桿件厚度 t 5mm 6mm ，1.5 t 3.35mm 故可取 h f 4mm 0.7N 0.7 120.4 103 94m肢背 lw1 w 2 0.7 4 160 2he f

20、 f 實際焊縫長度 lw 94 2 hf 102mm，取 105mm 0.3N 0.3 120.4 103 40m肢尖 lw 2 w 2 0.7 4 160 2he f f 實際焊縫長度 l w 40 2hf 48mm ，取 50mm 8h f 或 40mm 故桿件 CG、CH 與節(jié)點板的角焊縫長度為肢背 105 mm 、肢尖 50mm ，焊腳尺寸 4mm 根據(jù)所求焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有間隙以及裝配等誤差， 按實際比例繪 節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為 220mm 250mm 10mm。 節(jié)點板與下弦桿滿焊，故焊縫長度 lw 250mm ，取 h f 4mm 焊縫承受內(nèi)力 N

21、361.2 240.8 120.4kN 肢背側(cè)焊縫 f 0.65N 0.65 120.4 103 58N / mm2 160N / m 2hel w 2 0.7 4 (250 2 4) 故焊縫強度滿足要求。 下弦桿斷開處采用同型號角鋼 L75 5010 進行拼接，為使拼接 角鋼與弦桿之間能夠緊密結(jié)合，并便于施工，需將拼接角鋼的尖 角去除，且截去垂直肢的寬度 15mm。 考慮兩弦桿間的空隙，拼接角鋼的長度為 l 2( A2 f w 2hf ) 20 2 ( 23.2 102 215 2 4) 20 592.6mm 4 0.7hf f f 4 0.7 4 160 3上弦節(jié)點 C 對于桿件 CF、C

22、H， N 60.2kN 取 hf 4mm 肢背 lw1 0.7N 0.7 60.2 103 94mm w 0. 7 4 160 he f f 實際焊縫長度 lw 94 2hf 102mm ，取 105mm 肢尖 lw 2 0.3N 0.3 60.2 103 40mm w 0.7 4 160 he f f 實際焊縫長度 lw 40 2 hf 48 mm ，取 50mm 8h f 或 40mm 對于桿件 CG， N 89.58kN 取 h f 4m肢背 lw1 0.7N 0. 7 89.58 103 w 2 0.7 4 70m 2he f f 160 實際焊縫長度 lw 70 2hf 78mm，取

23、 80m肢尖 lw 2 0.3N 0.3 89.58 10 3 w 2 0.7 4 30m 2he f f 160 實際焊縫長度 lw 30 2hf 38mm，取 50mm 8h f 或 40 mm 焊腳尺寸 4mm 根據(jù)所求焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有間隙以及裝配等誤差， 按實際比例繪 節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為 760mm 190mm 12mm。 上弦桿與節(jié)點板間焊縫，承受上弦桿內(nèi)力差與檁條傳來的集中荷 載作用。為了便于在上弦桿上安置檁條，節(jié)點板的上邊緣可縮進 上弦肢背 8mm 。用槽焊縫把上弦桿與節(jié)點板焊接起來。 集中荷載 F 48.16kN ， F 對槽焊縫長度中心偏心距

24、很小，故可認為彎矩 M 0 。槽焊縫 h f 0.5 10 5mm，與上弦桿滿焊，故 l w 660mm （趙風華主編鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理 P269 （7.20 ）式） F 48.16 103 2 0.7hf (lw 2hf ) 0.8hf 2 0.7 5 (760 10) 0.8 1.22 9.4N / mm2 80% f f w 128N / mm2 滿足要求 實際上因 F 不大，可按構(gòu)造滿焊。（鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 P27 ） 內(nèi)力差 N 435.85 418.03 17.82kN 偏心距 e 100 27 73mm 故 M 17.82 0.073 1.30kN m 節(jié)點板與上弦桿肢尖 h f 4m

25、m 1.5 7 3.97mm 滿焊焊縫長度 lw 760mm 。 N 17.82 103 f 2 0.7hf lw 2 0.7 4 (760 2 4) 4.20N / mm f 6 M 2 6 1.30 103 4)20.93N / mm 2 0.7hf l w 2 0.7 4 (760 2 ( f ) 2 f 2 ( 0.93) 2 4.872 4.93N / mm2 f f w 160 N / mm2 f 1.22 滿足要求 4上弦節(jié)點 B、D 由于上弦桿節(jié)點 B、D 處腹桿內(nèi)力 F 和相鄰弦桿節(jié)間內(nèi)力差 N 均很小，可按構(gòu)造要求確定焊縫尺寸，取 h f 4mm ，肢背、肢 尖焊縫長度 l

26、 w 50mm 8hf 或 40mm 5屋脊節(jié)點 E 屋脊節(jié)點處弦桿有斷開，采用同型號角鋼 L100 7 進行拼接，尖角削除，且截去垂直肢的寬度 17mm。 對于桿件 EH ， N 180.6kN 取 h f 4mm 0.7N 0.7 180.6 103 141.2肢背 lw1 w 2 0.7 4 160 2he f f 實際焊縫長度 l w 58.3 2hf 149mm ，取 150mm 0.3N 0.3 180.6 103 60mm 肢尖 lw 2 w 2 0.7 4 160 2he f f 實際焊縫長度 l w 60 2hf 68mm ，取 70mm 8hf 或 40mm 根據(jù)所求焊縫長

27、度，并考慮桿件之間應(yīng)有間隙以及裝配等誤 差，按實際比例繪節(jié)點詳圖如上圖示， 從而可確定節(jié)點板尺寸 如圖示。 節(jié)點板與上弦桿肢尖的連接焊縫承受的內(nèi)力按 15% N 計算， 且考慮偏心距 e 100 27 73mm， 則承受彎矩 M 15% Ne 0.15 400.21 0.073 4.38kN m 取 hf 4mm 1.5 t 3.97mm 肢尖滿焊焊縫長度 l w 350 10 367mm cos 0.15N 0.15 400.21 103 2 f 2 0.7hf l w 2 0.7 4 (367 2 30N / mm 4) f 2 6M 2 2 6 4.38 103 4)2 36N / mm

28、2 0.7hf l w 0.7 4 (367 2 ( f ) 2 f 2 ( 36 ) 2 30 2 42.08 N / mm2 f f w 160N / mm2 f 1.22 屋脊節(jié)點處集中荷載 F 由檁條與上弦桿肢背焊縫承受， 驗算過 程與結(jié)果同節(jié)點 C 拼接角鋼焊腳尺寸取 h f 4mm ， 故一條焊縫計算長度為： lw N w 400.21 103 223mm 4 0.7hf f f 4 0.7 4 1故所需拼接角鋼長度 l 2(l w 2hf ) 47 2 556mm ，取 l 560mm 6、下弦中間節(jié)點 J （1）拼接角鋼與下弦桿連接焊縫 設(shè) hf 4mm ，按下式計算 lw A

29、2 f 2hf 23.2 102 215 ， 取 0.7h f f f w 4 0.7 4 2 4 268.3mm 4 160 290mm 。 拼接角鋼長度為 2 290 10 590 。 考慮拼接螺栓等的需要，實際取長度為 700mm ，截面與下弦角鋼相同為 2L75 50 10 ，其垂直肢應(yīng)切去的長度為 t hf 5 10 4 5 19mm 。 （2）下弦桿與節(jié)點板焊縫計算 因有節(jié)點拼接角鋼傳力，故認為只承受內(nèi)力 N 15% N GJ N 15% 99.45 14.8KN 受力很小，節(jié)點板按構(gòu)造絕對即可。 （3）中間豎桿 N EJ 0 ，節(jié)點板尺寸亦按構(gòu)造決定。 7、節(jié)點 H N HE 7

30、4.59KN N HG 49.73KN 1 ）、腹桿 DH ，CH 所需焊縫已于上述節(jié)點 D 和 C 中算出， 節(jié)點板如圖所示。 2 ）、GE 桿與節(jié)點板焊縫驗算 內(nèi)力差 N 180.6 120.4 60.2kN 節(jié)點板長 200mm （取 hf 4mm ） 肢背 0.7 25.5 103 15.9 N / mm 2 2 2 0.7 4 200 160N / mm 完全滿足要求。 8、 端支座節(jié)點 A （節(jié)點詳圖可參看鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計 P29 圖 2-23 ） 屋架支撐于 400mm 400mm 的鋼筋混凝土柱上 采用 C20 級混凝土， f c 9.6N / mm2 對于 AF 桿， N 42

31、1 .4kN ，2L75 50 10 短肢相拼為 T 形截面， 取 h f 5mm 。 肢背 0.65N 0.65 421.4 103 lw1 w 2 0.7 5 240mm 2he f f 160 實際焊縫長度 lw 240 2hf 248mm ，取 250mm 0.35N 0.35 421.4 103 129mm 肢尖 lw 2 w 2 0.7 5 160 2he f f 實際焊縫長度 lw 129 2 hf 139mm，取 140mm 對于 AB 桿， N 453.67kN ，節(jié)點板縮進肢背 8mm ，與弦桿肢背用 槽焊縫連接 0.7N 0.7 453.67 103 肢背w1 w 354 2he f f 2 0.7 5 160 80% 實際焊縫長度 lw 354 2hf 364mm ，取 370mm 0.3N 0.3 453.67 103 122mm， 肢尖 lw 2 w 2 0.7 5 160 2he f f 實際焊縫長度 lw 122 2hf 132mm， 根據(jù)所求焊縫長度，并考慮桿件之間應(yīng)有間隙以及裝配等誤差，按實