三角型鋼屋架人字形

1、鋼屋架設(shè)計計算書1設(shè)計資料及屋架形式與材料某單跨廠房，長度為120m,柱距為6.9m,跨度18m,車間內(nèi)設(shè)有一臺200KN 的中級工作制的吊車，計算溫度高于-20C。采用三角形鋼屋架的屋面，坡度i=1： 3,采用石棉水泥波形瓦屋面（重量 200N/m2）,規(guī)格：1820X725X8,輕鋼楝條及 拉條（重量100N/m2）.鋼屋架簡支于鋼筋碎柱上，上柱截面為 400X400,碎強(qiáng)度等級為 C25,基 本風(fēng)壓W0=350N/m2,屋面均布活載或雪載為500N/m2,積灰荷載為100500N/m2, 無抗震要求。鋼材標(biāo)號：Q235-B.F,其設(shè)計強(qiáng)度為f=215KN/m2,焊條采用E43 型，手工焊

2、接，荷載分項系數(shù)去： =1.2,恨=1.4.2屋架形式及幾何尺寸根據(jù)所用屋面材料的排水需要幾跨度參數(shù)，采用人字形六節(jié)間三角形屋架。1屋架坡度為1： 3,屋面傾角arctan- 18.4。3sin 0.3162, cos 0.9487屋架計算跨度：l0 l 300 17700mm.屋架跨中高度：h卜2655mm6上弦長度：L 一l0- 9240mm2cos節(jié)間長度：a L 2310mm.4下向水平方向尺寸長度：a a cos 2189.4mm .根據(jù)幾何關(guān)系得屋架各桿件的幾何尺寸如圖1所示圖1桿件的幾何尺寸3屋蓋支撐設(shè)計3.1 屋架的支撐（如圖1所示） 在房屋兩側(cè)第一個柱間各設(shè)置一道上弦平面橫向

3、支撐和下弦平面橫向支 撐。在屋架的下弦節(jié)點2處設(shè)置一通長柔性水平系桿。1-13.2 屋面楝條及其支撐波形石棉瓦長1820mm,要求搭接長度150mm且每張瓦至少要有三個支撐點，因此最大楝條間距為apmax1820 150835mm半跨屋面所需楝條數(shù)L92403np 1 1 12.06 根p 835835考慮到上弦平面橫向支撐節(jié)點處必須設(shè)置楝條，為了便于布置，實際取半跨屋面楝條數(shù)13根，則楝條間距為：9240 777835ap 13 1 apmax可以滿足要求。楝條水平間距：ap apcos738mm.楝條選用槽鋼12.6 , 查表得相關(guān)數(shù)據(jù)：WX 61.7cm3,Wy 10.3cm3,Ix 3

4、89cm4。荷載計算W 117 11L 117 11 18 0.315KN包載：0.2 0.1 W 0.615KN/m2,活載：0.5+0.1=0.6KN/m2.楝條截面受力圖如圖3所示。楝條線載荷為：Pk =(0.615+0.6) 0.738=0.897KN/mP=(1.2 0.615+1.4 (X6) 0.738=1.165KN/mPx=PX sin 1.165 0.32=0.373KN/mPy=PX cos o1T65 0.95=1.107KN/m楝條支撐如圖4所示。柱間距為l=6.9m,所以彎矩設(shè)計值為:MxPJ2 y 6.59KN m8MyPl 2x 0.555KN m32屋面能阻止

5、楝條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時，可不計算整體穩(wěn)定性,只需計算其強(qiáng)度。楝條的最大應(yīng)力處:MX My丫 xWnx丫 yWny6.590.5551.05 61.7 1.2 10.3220.1017 0.045 147N/mm215N/mm楝條y方向：MPl28Pl2梯條x方向：M 32剛度驗算楝條只需計算垂直于屋面方向的最大撓度， 計算撓度當(dāng)楝條間設(shè)有拉條時, 時，荷載應(yīng)取其標(biāo)準(zhǔn)值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qy貝U 且?里 l 384 EI(gk3Sk)apcos(0.616 0.6) 0.738 0.897kN/m2 5x 38430.897 6900 彳l “54 1.005mm 46mm2.06 10389 101

6、50能滿足剛度要求。4屋架的內(nèi)力計算4.1 桿件的軸力l 17700 小n6;h 2950為求桿件軸力，把節(jié)間荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載p：p= (1.2 0.615+1.4 (X6) >2.95 6.9=32.12KN由于屋面坡度較小，風(fēng)荷載為吸力，且遠(yuǎn)小于屋面永久荷載，故其與永久荷 載組合時不會增大桿件的內(nèi)力，因此不予考慮。芬克式屋架在半跨活荷載作用下, 腹桿內(nèi)力不會變號，故只需按全跨永久荷載與全跨可變荷載組合計算屋架桿件的 內(nèi)力。屋架桿件內(nèi)力計算可用力學(xué)求解器進(jìn)行。直接由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊查得各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后乘以節(jié)點荷載即為各相應(yīng)桿件的內(nèi)力表1 桿件內(nèi)力系數(shù)及內(nèi)力值桿件內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計

7、值3-4-9.26-298.431-3-10.97-352.36全跨4-5-9.16-294.22屋面5-7-6.27-201.39僅1載1-2+10.40+334.05P的2-6+7.38+237.05內(nèi)力2-3-1.77-56.85系數(shù)2-4-0.73-23.452-5+1.87+60.065-6-2.01-64.566-7+2.85+91.54注：負(fù)為受壓，正為受拉全跨荷載布置圖全跨荷載內(nèi)力圖4.2 上弦桿彎矩上弦桿端節(jié)間的最大正彎矩：Mi=0.8M0;其他節(jié)間的最大正彎矩和節(jié)點負(fù)彎矩為：M2=±0.6M0；上弦桿集中荷載：P' =(1.20.615+1.4 >0

8、.6) 0.738X6.9=8.04KN;節(jié)間最大彎矩：Mo=p' a8404x2.i89/4=4.45KN m則：Mi=0.8Mo=0.8445=3.56KN m, M2 = i0.6Mo=±0.6 4.45= 2.67KN m5屋架桿件截面設(shè)計在三角形屋架中,根據(jù)桿件最大內(nèi)力 N=N max=352.36KN,查焊接屋架節(jié)點板 厚參考選用表，選擇端支座節(jié)點板厚為 12mm,其他節(jié)點板厚為10mm。節(jié)點板 厚的選擇如表2所示表2鋼屋架節(jié)點板厚度參考選用表確定節(jié)點板厚的最大內(nèi)力/kN160160300301500501700>701節(jié)點板厚6mm8mm10mm12mm1

9、4mm端支座節(jié)點板厚8mm10mm12mm14mm16mm5.1上弦桿（圖5）整個上弦桿采用等截面通長桿，以避免采用不同的截面時的桿件拼接 桿3-4的內(nèi)力為Ni=352.36,為壓應(yīng)力。lox=231cm,loy=2l1=2 231=462cm11 n圖5上弦截面設(shè)=130,查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.555需要截面積A352.36 1030.555 21522952.9mm2需要回轉(zhuǎn)半徑lox 2311301.791cm , iy10y4623.583cm130首先，試選上弦桿截面為2L100X10 A=38.52cm2, r=12mm, ix=3.05cm,iy=4.52cmWxmax=1

10、26.58cm3, Wxmin=25.06cm3強(qiáng)度檢驗桿件單向受彎，按拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計算公式計算：查表知：x1=1.05, x2=1.2,肝150條件：-N- Mx f 215N / mm2AnxWnx取1-3段上弦桿（最大內(nèi)力桿段）驗算：軸心壓力N=352.36KN.最大節(jié)間正彎矩：Mx=M1=3.56KN- m最大負(fù)彎矩：Mx=M 2=2.67 KN- m正彎矩截面:NMxAnxWnx118.18 fMxAx1Wxmax一，一一， 2215N /mm352.23 103""2"38.52 103.56 10631.05 126.58 1091.4 26

11、.78負(fù)彎矩截面：NMxN M2An IW AxzWxmin143.88 f 215N/mm252.92 1039.61 1022.67 1061.2 25.06 10355.1 88.78所以上弦桿的強(qiáng)度滿足要求彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性計算 應(yīng)按下列規(guī)定計算：對角鋼水平肢1： -N- xAmxMxxW1x(1 0.8f 215N/mm2) NEx對角鋼水平肢2:mxMxxW2x(11.25 NNx)f 215N / mm2桿上同時作用有端彎矩和橫向荷載并使構(gòu)件mx 0.85。因桿段相當(dāng)于兩端支撐的構(gòu)件， 產(chǎn)生反向曲率，故按規(guī)范取等效彎矩. l 231長細(xì)比：*史上76.4150ix 3.05該

12、截面屬于b類截面,查表得0.713歐拉臨界應(yīng)力：Ne'x2EA117206 103 38.52 10221.1 76.4210 3 121.85KN所以： Nex352.36121.852.8917用最大正彎矩進(jìn)行計算：M x=M 1=3.56KN m33Wx Wxmax 126.58cmW2X Wxmin25.06 cmNZAmxMxW11 0.8 NE,x352.36 1030.713 38.52 1020.85 3.56 1061.05 126.58 103 (1 0.8 2.8917)110.97N mm2f 215N mm2mxM x3352.36 100.85 3.56 1

13、06NxW2x 1 1.25k -Ne'x38.52 10_ _3,1.2 25.06 10 (1 1.25 2.8917)129.95N mm2f 215N mm2用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗算:Mx=M2=2.67KN- m3Wx Wxmin25.06cm ,x2 1.20mxMx而1 0.8已352.36 1030.713 38.52 1020.85 2.67 1061.2 25.06 1 03 (1 0.8 2.8917)70.9 N mm2215N mm2滿足要求 彎矩作用平面外的穩(wěn)定性計算驗算條件：JxMf 215N/mm2yAbWix故驗算上弦桿的13457段在彎矩作用平面外的穩(wěn)定

14、性。等彎系數(shù)：叩曲x=0.85.桿3-4的內(nèi)力為Ni=352.36,為壓應(yīng)力。lox=231cm,10y =2x 231=462cm.長細(xì)比：0y b W62 103150y iy 4.52屬b類截面，查表得 y =0.553用最大正彎矩進(jìn)行計算：Mx=M1=3.56KNm,W,X Wxmax 126.58cm3,對彎矩使用角鋼水平肢受壓的雙角鋼T形截面，規(guī)范規(guī)定整體穩(wěn)定系數(shù)b可按下式進(jìn)行計算：N 風(fēng)yAW1 0.00171f- 1 0.0017 103 1y , 235352.36 1030.85 3.56 106230.553 38.52 100.8249 126.58 100.8249

15、得一 一一 一2194.39 f 215N /mm3用最大負(fù)彎矩進(jìn)行計算：Mx=M2=2.67KN m,WX Wxmax 126.58cm,對彎矩使用角鋼水平肢受拉的雙角鋼T形截面，規(guī)范規(guī)定整體穩(wěn)定系數(shù)b可按下式進(jìn)行計算:0.0005 103 1 0.9485 得txMxW-_2f 215N /mm352.36 1030.85 2.67 10623 184.310.553 38.52 102 0.9485 126.58 103所以平面外長細(xì)比和穩(wěn)定性均可滿足要求 局部穩(wěn)定性驗算驗算條件：翼緣自由外伸寬厚比：b' 15 235 15 t fy腹板高厚比：當(dāng)ao1.0 時:hotw2351

16、515 fy當(dāng)ao1.0 時:hotw18235 18 fymax mina0,maxmax為腹板計算高度邊緣的最大壓應(yīng)力。min為腹板計算翼緣：b高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力80 7 12 8.714 15780 7 12 8.714 157因此？兩足要求O所以，上弦桿截面完全滿足各項要求，截面適用。5.2 下弦桿（圖6）下弦桿為軸心受壓構(gòu)件，整個下弦桿不改變截面，采用等截面通常桿。首先按桿段1-2的強(qiáng)度條件和下弦桿的長細(xì)比條件選擇截面。軸心拉力為N=334.05KN。長細(xì)比容許值：N=350圖6下弦截面下弦桿的計算長度為：l ox =442.5cm. 10y =2 l0x =885cm要滿足：A

17、nN3334.05 102152210 1 2 15.5cm2loy8852.49cm350選用 2J90M0: A=34.34cm2; ix=2.74cm; 1y =4.13cm強(qiáng)度驗算桿段1-2:2An=A=34.34cm所以:NAn334.05 10334.3410297.2N/mm2f 215N /mm2長細(xì)比驗算ox442.52.74158.8l oy y -iy885210.74.13350滿足要求，所以所選下弦桿截面適用。5.3 腹板腹板為軸心受壓構(gòu)件，后1502-3桿軸心壓力 N=56.85KN, l =231cm斜平面計算長度:10 =0.91=0.9 231=207.9cm

18、需要滿足：imin二四 1.3974cm150選用單角鋼:匚56刈：A=8.37cm2, ix=1.68cm長細(xì)比:loir1 min配 124.81.68150屬于b類截面,查表得=0.412單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強(qiáng)度設(shè)計值拆減系數(shù)為：R0.6 0.00150.6 0.0015 124.80.7872.0.7872 215169N /mm2356.85 10一 一一20.412 8.37 10_2164.9N /mm- 一2Rf 169N /mm滿足要求，所選截面適用2-4桿軸心壓力 N=23.45KN, 1 =132.8cm斜平面計算長度：lo =0.9l=119

19、.52cm需要滿足：imin 旦 119.52 0.894cm 150選用單角鋼：匚40M: A=3.09cm2, ix=1.22cm長細(xì)比:loir1 min131.6 1101.22150屬于b類截面，查表得=0.493單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強(qiáng)度設(shè)計值拆減系數(shù)為：R 0.6 0.00150.6 0.0015 110 0.765.20.765 215 164.5N/mm2一一一 323.45 1030.493 3.09 102154N / mm2R f 174.5 N / mm2滿足要求(3)2-5桿軸心壓力 N=60.06KN, l =297.7cm斜平面計算長度

20、：Io =0.9l=267.93cm需要滿足：imink空空1.9cm150選用單角鋼：匚80X10： A=15.13cm2, ix=2.42cmlo 267.93長細(xì)比：-118150imin 2.42屬于b類截面，查表得 =0.447單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強(qiáng)度設(shè)計值拆減系數(shù)為：R 0.6 0.00150.6 0.0015 118 0.7767.一 - 一 一一2Rf 0.7767 215 167N / mm288.8N / mmRf 167N / mm260.06 103- Z 一 一 7T20.447 15.13 10滿足要求(4)5-6 桿桿軸心壓力 N=64

21、.566KN, l =297.7cm斜平面計算長度：l° =0.9l=267.93cm史勇(淌巳.jlo267.93帝義彳兩/£.1田訪 1.87 cm150選用單角鋼：匚80X10： A=15.13cm2, ix=2.42cm長細(xì)比:上空竺116imin2.42150屬于b類截面，查表得 =0.458單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強(qiáng)度設(shè)計值拆減系數(shù)為：R0.6 0.00150.6 0.0015 1160.774.0.774 215 166.4N / mm23- 一2Rf 166.4N / mm64.56 1022 93.2N / mm0.458 15.1

22、3 102滿足要求(5) 6-7 桿桿軸心壓力 N=91.54KN, l =265.5cm斜平面計算長度：Io =0.9l=238.95cmmu(淌里. lo 238.95帝理:兩人匕 imin1.77cm150選用角鋼：2L70刈：A=16.74cm2, ix=2.13cm長細(xì)比:loir1 min238.951252.13150屬于b類截面，查表得 =0.411單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強(qiáng)度設(shè)計值拆減系數(shù)為：R 0.6 0.00150.6 0.0015 125 0.7875.一 一 一 一一一2Rf 0.7875 215 169.3N/mm391.54 100.411

23、 16.74 102133.0N /mm2Rf 169.3N /mm2滿足要求5.5填板設(shè)置與尺寸選擇填板的間距與桿件的受力形式有關(guān)，對壓桿填板間距l(xiāng)=40i,對拉桿填板間距l(xiāng)=80i o填板厚度與節(jié)點板厚相同。雙角鋼桿件的填板設(shè)置與尺寸選擇見表 2:表 2填板設(shè)置及尺寸桿件名稱桿件截面桿件幾何長度i(cm)填板問距(cm)受力狀態(tài)母節(jié)填板數(shù)量填板尺寸(b制上弦桿L100 X102313.05122壓力180 X7 X9下弦桿1-2匚 90M04502.74219.2拉力180MM2-6匚 90M04502.74219.2拉力180MM腹板2-3L56>82311.6867.2壓力280

24、MM2-4L40>4132.81.2248.8壓力280MM2-5匚 80M0297.72.42193.6拉力280MM5-6匚 80M0297.72.4296.8壓力280MM6-7L70>8265.52.13170.4拉力280MM6屋架節(jié)點設(shè)計角焊縫強(qiáng)度設(shè)計值，采用 E43型焊條，手工電弧焊時為ffw 160N/mm26.1 支座點16.1.1 下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算。ki=0.7,k2=0.3.取角鋼肢背焊腳尺寸hfi6mm(<t=8mm),角鋼肢尖焊腳尺寸hf2 5mm。N=334.05KN,查表知，等邊角鋼的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)按焊縫連接強(qiáng)度的要求:肢背:lw

25、1kN2 0.7hf1ffw30.7 334.05 102 0.7 6 160174mm肢尖：lw1k2N2 0.7hf2 f:0.3 334.05 1032 0.7 5 16089.4mm實際焊縫長度采用角鋼肢背l1 =180mm,肢尖l2=90mm。6.1.2 取肢尖焊腳尺寸按下列所列方法、步驟和要求畫節(jié)點樣圖，并確定節(jié) 點板尺寸。(1)嚴(yán)格按照幾何關(guān)系畫出匯交于節(jié)點1的各桿件軸線。(2)下弦桿與支座底板之間的凈距取 140mm。(3)按構(gòu)造要求，預(yù)設(shè)置底板平面尺寸為 220X220,使節(jié)點1的垂直軸線 通過底板的形心。(4)節(jié)點板上縮進(jìn)上弦桿的角鋼背面長度為 -2 8mm。23.上弦桿與

26、節(jié)點之間的連接焊縫計算N 352.36kN ,節(jié)點荷載：pi -p 16.06kN節(jié)點與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取hf1 6mm ,設(shè)僅有肢背受節(jié)點荷載P1, 因為Pi很小，焊縫強(qiáng)度一定能滿足要求，不必計算。圖5節(jié)點圖令角鋼肢尖角焊縫承受全部軸心力N及其偏心彎矩M的共同作用。其中 M N 110 Z0 10 3 352.36 110 30 10 3 28.1kN m取肢尖焊腳尺寸hf2 6mm,取實際焊縫長度l2 600mm (全長焊滿時遠(yuǎn)大于 330mm),計算長度： L 12 10 590 60hf2 360mm取最大1w2 60hf2 360mm計算。所以f6MT 222 0.7hf21

27、w26 28.1""22 0.7 6 36022154.8N / mm 160N/mmN2 0. 7hf 2lW2352.362 0.7 6 360_2_2116.5N /mm 160N /mm2154.8J 1.22116.52149N /mm2 160N / mm2因此焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.1.4底板的計算支座反力：R=3P=3< 32.12=96.36KN米用 C20混凝土： fc 12N/mm2 c(1)底板面積的確定所需底板面積：Afc8030mm2,現(xiàn)采用 A=200X200=40000mm2,An=40000-2X252=360.75cm2.接觸面上所受

28、的壓應(yīng)力：q 96.36 2.67N /mm2 fc 12N/mm2An 360.75可以滿足混凝土軸心抗壓強(qiáng)度要求，底板尺寸為200X200mm適用。底板厚度t的確定底板被節(jié)點板和加勁肋劃分成四塊相同的相鄰邊支撐的小板，底板厚度由兩邊支撐的矩形板確定。22200 12200 10矩形板相關(guān)數(shù)據(jù)為： a1 . 133.6mmb,亙 66.8mm,色 0.52ai查表得：3=0.05板的最大彎矩為：Mqa12 0.05 2.67 133.62 2383N mm按底板抗彎強(qiáng)度設(shè)計條件，需要底板厚度:由于考慮到各種不確定因素，可取厚一點的板，所以取 t=20mm所以底板選用尺寸為：-200浸0X20

29、06.1.5 節(jié)點板、加勁肋與底板間水平連接焊縫計算因底板是正方形，故節(jié)點板和加勁肋與底板的連接焊縫各承受支座反力的一 半。節(jié)點板與底板間水平連接焊縫承受軸心力：N=R/2=96.36/2=48.18KN焊縫計算長度：L 2 (220 10) 420mmN0.7 lw( f ffw)30.8mm48.18 100.7 420 1.22 160構(gòu)造要求：hf 1.5,tmax 1.520 6.71mm取hf 8mm ,滿足要求。加勁肋與底板水平連接焊縫軸心力：N=R/2=48.18KNlw 4 (91 10) 324mm需要滿足：hf N-1.08mm0.7 lw( ff：)取hf 8mm ,滿

30、足要求6.1.6 加勁肋與節(jié)點板間豎向連接焊縫計算加勁肋厚度采用10mm,與中間節(jié)點板等厚。每一對加勁肋傳遞總反力的 一半，每塊加勁肋與節(jié)點板間豎向連接焊縫受力：1 RbV24.09KN MV- 1.32KN2 24焊縫強(qiáng)度計算長度：lw 145 10 135mm22需要滿足：hf 1 6M 2V 4.8mmffw 2 0.7lw2 f 2 0.7lw構(gòu)造要求：hf 15,tmax 1.5 .10 4.74mm取hf 6mm ,滿足要求由以上計算知，底板和加勁肋及其連接焊縫均滿足要求。6.2 上弦節(jié)點3、4、5的計算6.2.1 按以下方法和步驟繪制節(jié)點詳圖 畫出匯交節(jié)點3的各桿件軸線 節(jié)點板上部縮進(jìn)上弦桿的角鋼背面為 8mm,標(biāo)出節(jié)點詳圖所需的各種尺寸其尺寸如圖7所示。圖7 節(jié)點板3的尺寸6.2.2 上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫的計算軸心受力：Ni=352.36KN, N2=298.43KN, P=32.12KN節(jié)點載荷P假定全部由上弦桿角鋼肢背塞焊縫承受，取焊腳尺寸為5mm,因為P值很小，其強(qiáng)度要求必滿足，不必計算。上弦桿肢尖角焊縫假定承受節(jié)點兩側(cè)弦桿內(nèi)力