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(tái)200KN的中級(jí)工作制的吊車， 計(jì)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：1820*25X8,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(jí)為C25,基本風(fēng)壓W=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(hào)：Q235-B.F,其設(shè)計(jì)強(qiáng)度為f=215KN/m2,焊條采用E43型，手工焊接，荷載分

2、項(xiàng)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。3sin0.3162,cos0.9487屋架計(jì)算跨度：l0l30017700mm.屋架跨中高度：h 卜 2655mm6上弦長度：L 一10-9240mm2cos節(jié)間長度：aL2310mm.4下向水平方向尺寸長度：aacos2189.4mm.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(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)

3、2處設(shè)置一通長柔性水平系桿。1-11-1圖2屋架的支撐3.2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(gè)支撐點(diǎn)，因此最大楝條間距為半跨屋面所需楝條數(shù)L92403np1112.06 根p835835考慮到上弦平面橫向支撐節(jié)點(diǎn)處必須設(shè)置楝條，為了便于布置，實(shí)際取半跨屋面楝條數(shù)13根，則楝條間距為：9240777835ap131apmax可以滿足要求。楝條水平間距：apapC0S738mm.楝條選用槽鋼12.6,查表得相關(guān)數(shù)據(jù)：WX61.7cm3,Wy10.3cm3,Ix389cm4。荷載計(jì)算W11711L11711180.315KN包載：0.20.1W0.6

4、15KN/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=(1.20.615+1.4(X6)0.738=1.165KN/mPx=PXsin1.4650.32=0.373KN/mPy=PXcos465P.95=1.107KN/mapmax1820150835mm楝條支撐如圖4所示。柱間距為 l=6.9m,所以彎矩設(shè)計(jì)值為:MxPJ2y6.59KNm8MyPl2x0.555KNm32屋面能阻止楝條側(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。楝條的最大應(yīng)力處:八，220.10170.0451

5、47N/mm215N/mmPl2梯條x方向：M32剛度驗(yàn)算當(dāng)楝條間設(shè)有拉條時(shí),時(shí)，荷載應(yīng)取其標(biāo)準(zhǔn)值。能滿足剛度要求。4屋架的內(nèi)力計(jì)算4.1桿件的軸力l17700小n6;h2950為求桿件軸力，把節(jié)間荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載p：p=(1.20.615+1.4(X6)2.956.9=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(shí)不會(huì)增荷載標(biāo)準(zhǔn)值：qy貝 U且?里l384EI(gk3Sk)apcos(0.6160.6)0.7380.897kN/m25x38430.8976900 彳 l“541.005mm46mm2.061038910150MXMyYxWnxYyl

6、Wny6.590.5551.0561.71.210.3楝條y方向：MPl28楝條只需計(jì)算垂直于屋面方向的最大撓度，計(jì)算撓度大桿件的內(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(huì)變號(hào)，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

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(diǎn)負(fù)彎矩為:M2=0.6M0；上弦桿集中荷載：P=(1.20.615+1.40.6)0.738X6.9=8.04KN;節(jié)間最大彎矩：MO=Pa84Mx2.189/4=4.45KNm則：MI=0.8MO=0.8445=3.56KNm,M2=i0.6M0=0.64.45=2.67KNm5屋架桿件截面設(shè)

8、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/kN160160300301500501700701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NI=352.36,為壓應(yīng)力。lox=231cm,loy=2l1=2231=462cm11n圖5上弦截面設(shè)=130,查軸心受力

9、穩(wěn)定系數(shù)表，=0.5553N352.36102需要截面積 A2952.9mmf0.555215需要回轉(zhuǎn)半徑loy4623.583cm130首先，試選上弦桿截面為2J100X10A=38.52cm2,r=12mm,ix=3.05cm,Iy=4.52cmWxmax=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：x1=1.05,x2=1.2,1=150條件：NMxf215N/mm2AnxWnx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)間正彎矩：Mx=M1=3.56KN-m最大負(fù)彎矩：Mx=M2=2.6

10、7KN-m正彎矩截面: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：lox2311301.791cm,IyNMxAnxWnx118.18fMxAx1Wxmax一，一一，2215N/mm352.23103238.52103.5610631.05126.581091.426.78負(fù)彎矩截面：NMxNM2AnIWAx2Wxmin143.88f215N/mm252.921039.611022.671061.225.0610355.188.78對(duì)角鋼水平肢1：-xAmxMxxWx(10.8f215N/mm2)NE-x對(duì)角鋼水平肢2:mxMxxW2x(1125Nf215N/mm2因桿

11、段相當(dāng)于兩端支撐的構(gòu)件， 產(chǎn)生反向曲率，故按規(guī)范取等效彎矩桿上同時(shí)作用有端彎矩和橫向荷載并使構(gòu)件mx0.85。長細(xì)比:lx231x記76.4ix3.05150該截面屬于b類截面,查表得0.713歐拉臨界應(yīng)力：NEX2EA11720610338.5210221.176.42103121.85KNNZA所以：NEX352.36121.852.8917用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KNm3WxWxmax126.58cm3W2XWxmin25.06cmmxMx叫10.8NE,x352.361030.71338.521020.853.561061.05126.58103(10.82.8917

12、)110.97Nmm2f215Nmm2mxMxNxW2x11.25k-NEX3352.3610238.52100.853.56106_3,1.225.0610(11.252.8917)129.95Nmm2f215Nmm2用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗(yàn)算:3四XWxmin25.06cm,mxMx而10.8已Mx=M2=2.67KN-m352.361030.71338.52102x21.200.852.671061.225.06103(10.82.8917)70.9Nmm2215Nmm2按下式進(jìn)行計(jì)算：N風(fēng)yAbW1x10.00171f10.00171031y,235352.361030.853.561062

13、30.55338.52100.8249126.58100.8249得一一一一 2194.39f215N/mm3用最大負(fù)彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M2=2.67KNm,WXWxmax126.58cm,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)352.361030.852.6710623184.310.55338.521020.9485126.58103-_2f215N/mm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：匹 1523515tfy滿足要求彎矩作用平面外的穩(wěn)定性計(jì)算驗(yàn)算條件：-Mxf215N/mm2yAbWix故驗(yàn)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=2x231=462cm.長細(xì)比：oy卜型103150yiy4.52屬b類截面，查表得y=0.553用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KN m,W,XWxmax126.58cm3,對(duì)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可對(duì)彎矩使用角鋼水平肢受拉的雙角行計(jì)0.000510310.9485得txMxW腹板高厚比：當(dāng) ao1.0時(shí)：莊 15 竺 15twfy當(dāng) a。1.0 時(shí)：h018怪518twfyao上一則，max為腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力。min為腹板計(jì)

15、算max高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力。(翼緣：b807128.71415tt7(腹板：bbtr807128.71415tt7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：N=350下弦桿的計(jì)算長度為：lox=442.5cm.loy=2l0 x=885cm要滿足：AnN3334.05102152210215.5cm2圖6下弦截面lox442.5彳ix-1.24cm,350iy|oy8852.49cm350長細(xì)

16、比驗(yàn)算滿足要求，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)值拆減系滿足要求，所選截面適用2-4桿軸心壓力N=23.45KN,l=132.8cm選用2J90M0:A=34.34cm2;ix=2.74cm;iy=4.13cm強(qiáng)度驗(yàn)算桿段1-2:2An=A=34.34cm所以:NAn334.0510334.3410297.2N/mm2f215N/mm2ox442.52.74158.8350,yy1y885210.74.13350斜平面計(jì)算長度:10=0.91=0.9231=2

17、07.9cm需要?兩足：imin二四1.3974cm150選用單角鋼:L56刈：A=8.37cm2,ix=1.68cm長細(xì)比:loir1min配124.81.68150屬于b類截面, 查表得=0.412數(shù)為：R0.60.00150.60.0015124.80.7872.0.7872215169N/mm2356.8510一一一 20.4128.3710_2164.9N/mm-一2Rf169N/mm斜平面計(jì)算長度：10=0.9l=119.52cm需要滿足：imin-o-U9520.894cm150選用單角鋼：匚40M:A=3.09cm2,ix=1.22cm屬于b類截面，查表得=0.493單面連接的

18、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：R0.60.00150.60.00151100.765.20.765215164.5N/mm2滿足要求(3)2-5桿軸心壓力N=60.06KN,l=297.7cm斜平面計(jì)算長度：IO=0.9l=267.93cm需要滿足：imin星空 Zf1.9cm150選用單角鋼：匚80X10：A=15.13cm2,ix=2.42cm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：R0.60.00150.60.00151180.7767.一一一一一 2Rf0.7767215167N/mm長細(xì)比:l

19、oir1min131.61101.22150一一一323.451030.4933.09102154N/mm2Rf174.5N/mm2長細(xì)比:loir1min267.932.4211815060,06103-z一一20.44715.1310滿足要求(4)5-6桿桿軸心壓力N=64,566KN,l=297.7cm斜平面計(jì)算長度：I。=0.9l=267.93cm土蘿滿巳.：Io267.93帝義彳兩/.imin-1.87cm150選用單角鋼：匚80X10：A=15.13cm2,ix=2.42cm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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系0.7742

20、15166.4N/mm2364,56102293.2N/mm0.45815.13102滿足要求(5)6-7桿桿軸心壓力N=91.54KN,I=265.5cm斜平面計(jì)算長度：lg=0.9I=238.95cm需再滿出 iIo238.95帝理:兩人匕 imin1.77cm150選用角鋼：2L70刈：A=16.74cm2,ix=2.13cm屬于b類截面，查表得=0.411數(shù)為：R0.60.00150.60.00151160.774.長細(xì)比:Ioir1min238.951252.13150.288.8N/mmRf167N/mm2長細(xì)比:上空竺116imin2.42150-一 2Rf166.4N/mm單面

21、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)值拆減系一一一一一一 2Rf0.7875215169.3N/mm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(duì)壓桿填板間距 l=40i,對(duì)拉桿填板間距l(xiāng)=80io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)每節(jié)填板數(shù)量填板尺寸(b制上弦桿匚100X102313.05122壓力180X7X9下弦桿1-2匚90M04502.74219.2拉力180X792-6匚90M04502.74219.2拉力180X79腹板2-3L56823

22、11.6867.2壓力280X792-4匚40M132.81.2248.8壓力280X792-5匚80M0297.72.42193.6拉力280X795-6匚80M0297.72.4296.8壓力280X796-7L708265.52.13170.4拉力280X79數(shù)為：R0.60.00150.60.00151250.7875.391.54100.41116.74102133.0N/mm2Rf169.3N/mm26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f：160N/mm26.1支座點(diǎn)16.1.1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

23、內(nèi)力分配系數(shù)按焊縫連接強(qiáng)度的要求:實(shí)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(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220X220,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-28mm。23.上弦桿與節(jié)點(diǎn)之間的連接焊縫計(jì)算N352.36kN,節(jié)點(diǎn)荷載：pi-p16.06kN節(jié)點(diǎn)與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取 hf16mm,設(shè)僅有肢背受節(jié)點(diǎn)荷載P1,因?yàn)镻1很小，焊縫強(qiáng)

24、度一定能滿足要求，不必計(jì)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hf25mm。肢背:lw1kN20.7hf1ffw30.7334.051020.76160174mm肢尖：lw1k2N20.7hf2ffw0.3334.0510320.7516089.4mm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 MN110Z0103352.361103010328.1kNm取肢尖焊腳尺寸 hf26mm,取實(shí)際焊縫長度l2600mm(全長焊滿時(shí)遠(yuǎn)大于330mm),計(jì)算長度：LI21059060hf2360mm取最大 lw260

25、hf2360mm 計(jì)算。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=3252=360.75cm2.接觸面上所受的壓應(yīng)力：q96.362.67N/mm2fc12N/mm2An360.75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(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。222001220010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：Mqa120.052.67133.622383Nmm由于考慮到各種不確定因素，可取厚一點(diǎn)的板，

26、所以取t=20mm所以底板選用尺寸為：-200浸0X2006.1.5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：lw2(22010)420mm構(gòu)造要求：hf1.5tmax1.5206.71mm取 hf8mm,滿足要求。加勁肋與底板水平連接焊縫hfN0.7lw(fffw)348.18100.74201.221600.8mm按底板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)條件，需要底板厚度:軸心力：N=R/2=48.18KNlw4(9110)324mm需要滿足：hfN-1

27、.08mm0.7lw(fffw)取 hf8mm,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(duì)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：1RbV24.09KNMV-1.32KN224焊縫強(qiáng)度計(jì)算長度：lw14510135mm22需要滿足：hf16M2V4.8mmffw20.7l：f20.7lw構(gòu)造要求：hf15tmax1.5104.74mm取 hf6mm,滿足要求由以上計(jì)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(diǎn)3、4、5的計(jì)算6.2.1按以下方法和步驟繪制節(jié)點(diǎn)詳圖畫出匯交節(jié)點(diǎn)3的各桿件軸線節(jié)點(diǎn)板上部縮進(jìn)上弦桿的角鋼背面為8mm,標(biāo)出節(jié)點(diǎn)詳圖所需的各種尺寸其尺寸如圖7所示。圖7節(jié)點(diǎn)板3的尺寸6.2.2上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫的計(jì)算軸心受力：Ni=352.36KN,N2=298.43KN,P=32.12KN節(jié)點(diǎn)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?yàn)镻值很小，其強(qiáng)度要求必滿足，不必計(jì)