三角型鋼屋架人字形

1、鋼屋架設(shè)計(jì)計(jì)算書1設(shè)計(jì)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(jì)算溫度高于-20。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：1820×725×8,輕鋼檁條及拉條（重量100N/m2）.鋼屋架簡支于鋼筋砼柱上，上柱截面為400×400，砼強(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(jì)強(qiáng)度為f=215KN/m2,焊條采用E43

2、型，手工焊接，荷載分項(xiàng)系數(shù)去：G=1.2,Q=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。屋架坡度為1：3，屋面傾角。 , 屋架計(jì)算跨度：. 屋架跨中高度： 上弦長度： 節(jié)間長度：. 節(jié)間水平方向尺寸長度：. 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(jì)3.1 屋架的支撐（如圖1所示） 在房屋兩側(cè)第一個(gè)柱間各設(shè)置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。 在屋架的下弦節(jié)點(diǎn)2處設(shè)置一通長柔性水平系桿。圖 2 屋架的支撐3.2屋面檁條及其支撐 波形石棉瓦長1820mm,要求搭接長度150mm，且每張瓦至少要有三個(gè)

3、支撐點(diǎn)，因此最大檁條間距為 半跨屋面所需檁條數(shù)根 考慮到上弦平面橫向支撐節(jié)點(diǎn)處必須設(shè)置檁條，為了便于布置，實(shí)際取半跨屋面檁條數(shù)13根，則檁條間距為：可以滿足要求。檁條水平間距：mm.檁條選用槽鋼12.6，查表得相關(guān)數(shù)據(jù)：。 荷載計(jì)算恒載：KN/m2, 活載：0.5+0.1=0.6KN/m2.檁條截面受力圖如圖3所示。檁條線載荷為：=(0.615+0.6)×0.738=0.897KN/m =(1.2×0.615+1.4×0.6)×0.738=1.165KN/m =P×sin=1.165×0.32=0.373KN/m =P×co

4、s=1.165×0.95=1.107KN/m圖 3 檁條截面力系圖 強(qiáng)度驗(yàn)算 檁條支撐如圖4所示。柱間距為=6.9m，所以彎矩設(shè)計(jì)值為： 屋面能阻止檁條側(cè)向失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)時(shí)，可不計(jì)算整體穩(wěn)定性,只需計(jì)算其強(qiáng)度。檁條的最大應(yīng)力處： 檁條y方向： 檁條x方向：圖 4 剛度驗(yàn)算當(dāng)檁條間設(shè)有拉條時(shí)，檁條只需計(jì)算垂直于屋面方向的最大撓度，計(jì)算撓度時(shí)，荷載應(yīng)取其標(biāo)準(zhǔn)值。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：則 能滿足剛度要求。 4屋架的內(nèi)力計(jì)算4.1桿件的軸力 ; 為求桿件軸力，把節(jié)間荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載p：p=（1.2×0.615+1.4×0.6）×2.95×6.9=32.12KN 由

5、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(shí)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(jì)算屋架桿件的內(nèi)力。屋架桿件內(nèi)力計(jì)算可用力學(xué)求解器進(jìn)行。直接由建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊查得各桿件的內(nèi)力系數(shù)，然后乘以節(jié)點(diǎn)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(jì)值全跨屋面荷載P的內(nèi)力系數(shù)3-4-9.26 -298.431-3-10.97 -352.364-5-9.16 -294.225-7-6.27 -201.391-2 +10.40+334.05 2-6 +7.38 +237.

6、05 2-3 -1.77-56.85 2-4-0.73 -23.452-5+1.87+60.06 5-6-2.01-64.56 6-7+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：M1=0.8M0；其他節(jié)間的最大正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩為:M2=±0.6M0；上弦桿集中荷載：P=(1.2×0.615+1.4×0.6) ×0.738×6.9=8.04KN;節(jié)間最大彎矩：M0=P·a/4=8.04×2.189/4=4.45KN·m則：M1=0.8M0=0.

7、8×4.45=3.56KN·m, M2=±0.6M0=±0.6×4.45=±2.67KN·m5屋架桿件截面設(shè)計(jì)在三角形屋架中，根據(jù)桿件最大內(nèi)力N=Nmax=352.36KN,查焊接屋架節(jié)點(diǎn)板厚參考選用表，選擇端支座節(jié)點(diǎn)板厚為12mm，其他節(jié)點(diǎn)板厚為10mm。節(jié)點(diǎn)板厚的選擇如表2所示表 2 鋼屋架節(jié)點(diǎn)板厚度參考選用表確定節(jié)點(diǎn)板厚的最大內(nèi)力/kN160160300301500501700>701節(jié)點(diǎn)板厚6mm8mm10mm12mm14mm端支座節(jié)點(diǎn)板厚8mm10mm12mm14mm16mm5.1上弦桿(圖5)整個(gè)上弦桿采用

8、等截面通長桿，以避免采用不同的截面時(shí)的桿件拼接。桿3-4的內(nèi)力為N1=352.36，為壓應(yīng)力。=231cm,=2=2231=462cm圖5 上弦截面設(shè)=130，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.555需要截面積需要回轉(zhuǎn)半徑，首先，試選上弦桿截面為2100×10：A=38.52cm2, r=12mm, ix=3.05cm, iy=4.52cm Wxmax=126.58cm3, Wxmin=25.06cm3 強(qiáng)度檢驗(yàn)桿件單向受彎，按拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度計(jì)算公式計(jì)算：查表知: =1.05, =1.2， =150條件：取1-3段上弦桿（最大內(nèi)力桿段）驗(yàn)算：軸心壓力N=352.36KN.最大節(jié)間正彎

9、矩：Mx=M1=3.56KN·m最大負(fù)彎矩：Mx=M2=2.67 KN·m正彎矩截面： 負(fù)彎矩截面：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(jì)算應(yīng)按下列規(guī)定計(jì)算：對角鋼水平肢1：對角鋼水平肢2：因桿段相當(dāng)于兩端支撐的構(gòu)件，桿上同時(shí)作用有端彎矩和橫向荷載并使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率，故按規(guī)范取等效彎矩: 。長細(xì)比：該截面屬于b類截面，查表得歐拉臨界應(yīng)力： 所以：用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KN·m 用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗(yàn)算：Mx=M2=2.67KN·m， 滿足要求 彎矩作用平面外的穩(wěn)定性計(jì)算 驗(yàn)算條件： 故驗(yàn)算上弦桿的13457段在彎矩作用平面

10、外的穩(wěn)定性。 等彎系數(shù):tx=mx=0.85.桿3-4的內(nèi)力為N1=352.36，為壓應(yīng)力。=231cm,=2×231=462cm. 長細(xì)比：屬b類截面，查表得=0.553用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KN·m， ，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)可按下式進(jìn)行計(jì)算： 得用最大負(fù)彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M2=2.67KN·m， ，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)可按下式進(jìn)行計(jì)算： 得所以平面外長細(xì)比和穩(wěn)定性均可滿足要求 局部穩(wěn)定性驗(yàn)算驗(yàn)算條件：翼緣自由外伸寬厚比：腹板高厚比：當(dāng)時(shí)： 當(dāng)時(shí)：，為腹板計(jì)

11、算高度邊緣的最大壓應(yīng)力。為腹板計(jì)算高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力。翼緣：腹板：因此滿足要求。所以，上弦桿截面完全滿足各項(xiàng)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(gè)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：=350 圖6 下弦截面下弦桿的計(jì)算長度為：=442.5cm. =2=885cm要滿足：， 選用290×10：A=34.34cm2; =2.74cm; =4.13cm 強(qiáng)度驗(yàn)算 桿段1-2：An=A=34.34cm2 所以： 長細(xì)比驗(yàn)算 ，滿足要求，所以所選下弦桿截面適用。5.

12、3腹板 腹板為軸心受壓構(gòu)件，=150 2-3桿軸心壓力N=56.85KN, =231cm斜平面計(jì)算長度：=0.9l=0.9231=207.9cm需要滿足：選用單角鋼：56×8：A=8.37cm2, =1.68cm 長細(xì)比： 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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：. 滿足要求，所選截面適用 2-4桿軸心壓力N=23.45KN, =132.8cm斜平面計(jì)算長度：=0.9l=119.52cm需要滿足：選用單角鋼：40×4：A=3.09cm2, =1.22cm 長細(xì)比： 屬于b類截面，查表得=0.493單面連接的等邊單

13、角鋼構(gòu)件按軸心受壓計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：. 滿足要求(3)2-5桿軸心壓力N=60.06KN, =297.7cm斜平面計(jì)算長度：=0.9l=267.93cm需要滿足：選用單角鋼：80×10：A=15.13cm2, =2.42cm 長細(xì)比： 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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：. 滿足要求(4)5-6桿桿軸心壓力N=64.566KN, =297.7cm斜平面計(jì)算長度：=0.9l=267.93cm需要滿足：選用單角鋼：80×10：A=15.13cm2, =2.42cm 長細(xì)比： 屬于b類截面，查表得

14、=0.458單面連接的等邊單角鋼構(gòu)件按軸心受壓計(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：. 滿足要求（5）6-7桿桿軸心壓力N=91.54KN, =265.5cm斜平面計(jì)算長度：=0.9l=238.95cm需要滿足：選用角鋼：270×8：A=16.74cm2, =2.13cm 長細(xì)比： 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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：. 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=40i,對拉桿填板間距l(xiāng)=80i。填板厚度與節(jié)點(diǎn)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

15、件名稱桿件截面桿件幾何長度i(cm)填板間距(cm)受力狀態(tài)每節(jié)填板數(shù)量填板尺寸(b×t×h)上弦桿100×102313.05122壓力180×7×9下弦桿1-290×104502.74219.2拉力180×7×92-690×104502.74219.2拉力180×7×9腹板2-356×82311.6867.2壓力280×7×92-4 40×4132.81.2248.8壓力280×7×92-580×10297.72.

16、42193.6拉力280×7×95-680×10297.72.4296.8壓力280×7×96-770×8265.52.13170.4拉力280×7×96屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，采用E43型焊條，手工電弧焊時(shí)為6.1支座點(diǎn)1 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算。 N=334.05KN，查表知，等邊角鋼的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)k1=0.7,k2=0.3.取角鋼肢背焊腳尺寸(<t=8mm)，角鋼肢尖焊腳尺寸。按焊縫連接強(qiáng)度的要求：肢背：肢尖：實(shí)際焊縫長度采用角鋼肢背=180mm,肢尖=90mm。6.1.2取肢尖焊腳

17、尺寸按下列所列方法、步驟和要求畫節(jié)點(diǎn)樣圖，并確定節(jié)點(diǎn)板尺寸。（1）嚴(yán)格按照幾何關(guān)系畫出匯交于節(jié)點(diǎn)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220×220，使節(jié)點(diǎn)1的垂直軸線通過底板的形心。（4）節(jié)點(diǎn)板上縮進(jìn)上弦桿的角鋼背面長度為。3.上弦桿與節(jié)點(diǎn)之間的連接焊縫計(jì)算，節(jié)點(diǎn)荷載： 節(jié)點(diǎn)與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取，設(shè)僅有肢背受節(jié)點(diǎn)荷載P1，因?yàn)镻1很小，焊縫強(qiáng)度一定能滿足要求，不必計(jì)算。圖5 節(jié)點(diǎn)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。其中取肢尖焊腳尺寸，取實(shí)際焊縫長度（全長焊滿時(shí)遠(yuǎn)大于330mm），計(jì)算長度：

18、取最大計(jì)算。所以 因此焊縫強(qiáng)度滿足要求。6.1.4 底板的計(jì)算支座反力：R=3P=3×32.12=96.36KN采用C20混凝土：（1） 底板面積的確定所需底板面積：，現(xiàn)采用A=200×200=40000mm2, An=40000-2××252=360.75cm2.接觸面上所受的壓應(yīng)力：可以滿足混凝土軸心抗壓強(qiáng)度要求，底板尺寸為200×200mm適用。 底板厚度t的確定底板被節(jié)點(diǎn)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。矩形板相關(guān)數(shù)據(jù)為： ，查表得：=0.05板的最大彎矩為: 按底板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)條件，需要底板厚

19、度：，由于考慮到各種不確定因素，可取厚一點(diǎn)的板，所以取t=20mm所以底板選用尺寸為：-200×20×2006.1.5 節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板間水平連接焊縫計(jì)算因底板是正方形，故節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算長度：需要：構(gòu)造要求：取，滿足要求。 加勁肋與底板水平連接焊縫軸心力：N=R/2=48.18KN 需要滿足：取，滿足要求6.1.6 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板間豎向連接焊縫計(jì)算加勁肋厚度采用10mm，與中間節(jié)點(diǎn)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(diǎn)板間豎向連接焊縫受力： 焊縫強(qiáng)度計(jì)算長度：需要滿足：構(gòu)造要求：取，滿足要求由以上計(jì)算知，