12m跨度輕型屋面三角形鋼屋架設(shè)計說明書

/輕型屋面三角形鋼屋架設(shè)計說明書1簡介三角形屋架多用于屋面坡度較大的有檁條屋蓋,屋面材料為波形石棉瓦、鋼板或鋁板等,坡度一般在。按腹桿布置又分為芬克式,單向斜桿式及人字式。芬克式屋架的特點是將上弦分為等距離節(jié)間,短腹桿受壓,長腹桿受拉,受力合理,是三角形屋架中常用的經(jīng)濟(jì)形式。單向斜桿式屋架的腹桿總長度較大,節(jié)點數(shù)量較多,斜腹桿受拉,豎桿受壓,受力不夠合理,下弦節(jié)點距離相等適于吊頂,但桿件交角較小,構(gòu)造上不宜處理,制作不夠經(jīng)濟(jì),人字形屋架上、下弦桿可任意分割布置節(jié)點,但斜桿有受拉和受壓的可能,受力不確定,但腹桿數(shù)量少,較為經(jīng)濟(jì)。2設(shè)計資料及說明：設(shè)計一位于XX市的單跨屋架結(jié)構(gòu)〔封閉式,要求結(jié)構(gòu)合理,制作方便,安全經(jīng)濟(jì)。1、單跨屋架,平面尺寸分別為：96m×12m,柱距S=6m。2、屋面材料：壓型鋼板。3、屋面坡度1：2.5。4、屋架支承在鋼筋混凝土柱頂,混凝土標(biāo)號C30,柱為混凝土柱尺寸為450mm*450mm。5、鋼材標(biāo)號：Q235-B。設(shè)計強度f=215kN/m26、焊條型號：E43型。7、屋架承受的荷載：〔1恒載：0.45KN/m2；〔2活〔雪載：0.5KN/m2。8、荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載〔不包括風(fēng)荷載考慮,荷載分項系數(shù)?。害肎=1.2,γQ=1.4。3屋架桿件幾何尺寸的計算基于三角形屋架各腹桿布置的特點和設(shè)計的要求,選用芬克式八節(jié)三角形屋架。3.1屋架尺寸屋架的計算跨度：=12000－2×150=11700mm；屋面傾角：,屋架跨中高度：h=11700/<2×2.5>=23400mm上弦長度：L=/<2cos>=6300mm.節(jié)間長度：a=6300/4=1575mm根據(jù)已知幾何關(guān)系,求得屋架各桿件的幾何長度如圖所示：圖、屋架桿件幾何尺寸〔mm上弦節(jié)間水平投影長度：3.2屋蓋支撐布置3.2.1屋架的支撐在房屋兩端第一個之間和中間各設(shè)置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。在與橫向支撐同一柱間的屋架長壓桿處各設(shè)置一道垂直支撐,以保證常壓桿出平面的計算長度符合規(guī)范要求。在各屋架的下弦節(jié)點各設(shè)置一道通長柔性水平系桿,水平系桿的始、終端連于屋架垂直支撐的下端節(jié)點處。上弦橫向支撐節(jié)點處的水平系桿均有該處的檁條代替〔設(shè)計3.2.2屋面檁條及其支撐.〔1檁條波形石棉瓦長1820mm,要求搭接長度≥150mm,且每張瓦至少要有三個支撐點,因此最大檁條間距：半跨屋面所需檁條數(shù)：根考慮到上弦平面橫向支撐節(jié)點處必須設(shè)置檁條,且節(jié)點處最好設(shè)置檁條,以免發(fā)生實際取半跨屋面檁條數(shù)np=9根,檁條間距,滿足要求?！?檁條的支撐檁條跨度〔即屋架間距,需在檁間布置一道拉條。為改善屋脊檁條受力情況、使整個屋面上的檁條采用同一截面,在屋脊兩側(cè)檁間用斜拉條和撐桿將坡向分力傳至屋架上。3.3檁條設(shè)計選用[8槽鋼截面,由型鋼表查得：Wx=25.3cm3,Wy=5.8cm3,Ix=101cm4。a．荷載計算恒載：=0.9kN/m活載：qk=0.6kN/m檁條均布荷載設(shè)計值：q=<γG×gk+γQ×qk>×ap=〔1.2×0.9+1.4×0.6×700×10-3=1.344KN/m,則有：qx=qsinα=1.344×0.3714=0.50KN/m；qy=qcosα=1.344×0.9285=1.25KN/m。b.強度驗算：彎矩設(shè)計值〔見圖３,Mx==1/8×0.50×42=1.0kN/m〔圖3檁條X方向My==1/8×1.25×22=0.625kN/m<因為在跨中設(shè)了一道拉條>檁條的最大應(yīng)力〔拉應(yīng)力位于槽鋼下翼緣的肢尖處。N/m2<f=215N/m2c.剛度驗算：只驗算垂直于屋面方向的撓度。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.9+0.6=1.5kN/m圖4檁條Y方向因有拉條,不必驗算整體穩(wěn)定性。故選用［8槽鋼檁能滿足要求。3.4荷載計算荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載〔不包括風(fēng)荷載考慮,荷載分項系數(shù)?。害肎=1.2,γQ=1.4。屋面水平投影面上的荷載設(shè)計值為：求桿件軸力,把荷載化成節(jié)點荷載：3.4.1屋架桿件的軸力計算由于屋架及荷載的對稱性,只需計算半榀屋架的桿件軸力。對八節(jié)間芬克式屋架外特征：1、上弦節(jié)間等長；2、下列桿件間夾角相等：表1屋架桿件內(nèi)力表桿件名稱桿件號節(jié)點荷載<KN>內(nèi)力系數(shù)內(nèi)力設(shè)計值〔kN上弦A-B11.23-9.42-103.77B-C-9.05-101.63C-D-8.68-97.48D-E-8.31-93.32下弦A-18.7598.261-27.5084.232-35.0056.15腹桿B-1D-4-0.93-10.44C-2-1.86-20.89C-1C-41.2514.042-42.528.08E-43.7542.113.4.2上弦桿彎矩屋架上弦桿在節(jié)間荷載作用下的彎矩,可如下計算:上弦桿節(jié)間的集中荷載：節(jié)間簡支梁最大彎矩：端節(jié)間最大正彎矩：；其他節(jié)間最大正彎矩,節(jié)點負(fù)彎矩：3.5屋架桿件截面設(shè)計首先確定所用節(jié)點厚度。在三角形屋架中,節(jié)點板厚度與弦桿的最大內(nèi)力有關(guān)。根據(jù)弦桿最大內(nèi)力查表11.1,采用支座節(jié)點板厚8mm,其他節(jié)點板厚6mm。表11.1屋架節(jié)點板厚度〔mm三角形屋架弦桿最大內(nèi)力設(shè)計值≤170171～290291～510511～680681～910911～12901291～17701771～3090中間節(jié)點板厚支座節(jié)點板厚688101012121414161618182020223.5.1上弦桿〔壓彎構(gòu)件整個上弦桿采用等截面通長桿,以避免采用不同截面時桿件拼接。彎矩作用平面計算長度：；側(cè)向無支撐長度：。設(shè)=100,查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表,=0.555需要截面積A===869.6需要回轉(zhuǎn)半徑ix==1.58cm,iy==3.15cm由上式粗略估計,試選用由兩個角鋼組成的T形截面壓彎桿件,選上弦桿截面為2L75×5組成的T形截面。主要參數(shù)有：A=2×7.38=14.76cm2,R=9mm,ix=2.33cm,iy=3.30cm,Zo=20.4cm2；Wxmax=2×19.6=39.2cm3,Wxmin=2×7.32=14.64cm3,Ix=40.00cm4；截面塑性發(fā)展系數(shù)γx1=1.05,γx2=1.20強度校核〔截面無削弱取A—B段上弦桿〔最大內(nèi)力桿段驗算：軸心壓力：；最大正彎矩〔節(jié)間：；最大負(fù)彎矩〔節(jié)點：正彎矩截面：負(fù)彎矩截面：所以,上弦桿強度滿足要求。彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性校核參照圖,可知上弦桿段A—B內(nèi)力最大,最大正彎矩在節(jié)間,最大負(fù)彎矩在節(jié)點處。在節(jié)間,正彎矩是角鋼水平受壓,W1x=Wxmax；在節(jié)點處,負(fù)彎矩使角鋼水平肢受拉,W1x=Wxmin。因所考慮桿段相當(dāng)于兩端支承的構(gòu)件、桿上同時作用有端彎矩和橫向荷載并使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率的情況,取等效彎矩系數(shù)：,屬于b截面。查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表,《鋼結(jié)構(gòu)》〔上冊附表17-2,=0.766歐拉臨界力：桿段A—B軸心壓力：用最大正彎矩進(jìn)行驗算：；滿足要求。滿足要求。用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗算：,；滿足要求。彎矩作用平面外穩(wěn)定性驗算：因側(cè)向無支撐長度為3150mm,故應(yīng)驗算A-B-C段在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。等效彎矩系數(shù)：軸心壓力：計算長度：,按b類截面查《鋼結(jié)構(gòu)》〔上冊附表17-2可知：y=0.588；用最大正彎矩進(jìn)行驗算：,滿足要求。用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗算：,對彎矩使角鋼水平肢受拉的雙角鋼T型截面,取受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)=1.0。得平面外長細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。局部穩(wěn)定驗算：對由2∟75×5組成的T形截面壓彎構(gòu)件：翼緣：；滿足局部穩(wěn)定要求。腹板：,亦滿足要求。所選上弦桿截面完全滿足各項要求,截面適用。3.5.2上弦填板的設(shè)置填板厚度同節(jié)點板厚,寬度一般取40-60mm,長度取：T形截面比角鋼肢寬大10-15mm。填板間距l(xiāng)d,對壓桿取ld＜40i；對拉桿取ld＜80i,對T形截面i為一個角鋼對平行于墊板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑。一個角鋼對于平行于填板自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑：ix=2.33cm,40ix=93.2cm。上弦為壓桿,節(jié)間長度為154.15cm,每節(jié)間設(shè)置一塊填板,則間距l(xiāng)d為:ld=157.5/2=78.75cm<40ix=93.2cm,故填板間距設(shè)置符合要求。填板尺寸為：70×6×110mm3。3.5.3下弦桿〔軸心受拉構(gòu)件整個下弦桿不改變截面,采用等截面通長桿。在下弦節(jié)點"2"處,下限桿角鋼水平肢上有直徑為D=17.5MM的安裝螺栓孔。此外,選截面時還要求角鋼水平肢的邊長≥63mm,以便開17.5mm的孔。按桿段A—1〔改短截面上無孔的強度條件和下限桿的長細(xì)比條件選擇截面。桿段A—1軸心拉力：下弦桿的計算長度為：；查《鋼結(jié)構(gòu)》上冊表6-1,取[λ]=350,。選用2∟36×5,短邊相連：。強度驗算桿段A—1：；,滿足要求。桿1—2的軸力：N=84.225,；,滿足要求。所以下弦桿強度滿足要求。2、長細(xì)比驗算,；下弦桿長細(xì)比滿足要求。所選下弦桿截面適用。下弦填板設(shè)置一個角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉(zhuǎn)半徑ix=1.08cm,拉桿按80ix=86.4cm。A-1和1-2節(jié)間間各設(shè)一塊填板：169.7/2=84.85cm<86.4cm,填板設(shè)置合格；2-3間設(shè)置兩塊填板：245.6/3=81.87cm<86.4cm,符合要求。填板尺寸為：—50×63.5.5腹桿〔軸心受力構(gòu)件1、中間豎腹桿E-3中間豎腹桿：N=0,l=234cm。對連接垂直支撐的屋架,采用2L40×5組成的T形截面,iox=1.21cm,單個角鋼L40,imin=0.78cm。按支撐壓桿驗算容許長細(xì)比。l0=0.9×l=0.9×234=210.6cm填板設(shè)置按壓桿考慮：80imin=80×0.78=62.4cm,設(shè)置3塊填板,則有：ld=234/4=58.5cm<62.4cm。設(shè)置符合要求,填板尺寸為：—50×6。2、主斜腹桿E-4、2-4主斜腹桿E-4、2-4兩桿采用相同的截面,lox=169.7cm,loy=2×169.7=339.4cm。內(nèi)力設(shè)計值為N=42.11KN。所需凈截面面積：N/f=42.11×103/215=195.86mm2=1.96cm2,選用2L40×5。主要參數(shù)：A=2×3.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm。考慮桁架分為兩小榀運輸時,主斜腹桿需用螺栓在工地拼裝,安裝螺栓直徑取16mm,螺孔直徑取17mm,則實際An×0.5=7.09cm2。〔1強度驗算N/An=42.11×103/7.09×102=59.4N/mm2<215N/mm2故強度符合要求。容許長細(xì)比驗算：滿足要求?！?填板設(shè)置按80i=80×1.21=96.8cm,E-4、2-4之間各設(shè)置一塊填板,則有：ld=169.7/2=84.85cm<96.8cm,設(shè)置符合要求。填板尺寸為：—50×63、腹桿C-2N=-20.89KN,lox=0.8l=0.8×126=100.8cm,loy=l=126cm。選用2L40×5,主要參數(shù)為：A=2×3.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm。則有：查b類截面表可知:x=0.665,則N/xA=20.89×103/<0.665×7.94×102>=39.56N/mm2<215N/mm2填板按40ix=40×1.21=48.40cm,但由于該腹桿受力不大,且兩端焊于節(jié)板上,中間可不設(shè)置填板。4、腹桿B-1、D-4兩根桿均為壓桿,受力及長度均小于C-2桿,故可均按C-2桿選用2L40×5。且由于兩桿受力不大〔NB1=ND4=-10.44KN、桿長較短〔63.0cm,桿間可不設(shè)置填板。5、腹桿C-1、C-4兩者均為拉桿。N=14.04KN,l=169.7cm,,選用2L40×5。主要參數(shù)為：A=2×3.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm。驗算如下：N/A=14.04×103/7.94×102=17.68N/mm2<215N/mm2填板設(shè)置：兩桿所受載荷較小,中間可不設(shè)置填板。屋架節(jié)點設(shè)計E43型焊條：角焊縫強度設(shè)計值。屋架各桿件軸線至桿件角鋼背部的距離一般取5mm的倍數(shù),則根據(jù)各角鋼的參數(shù)可得桿件軸線至桿件角鋼背部的距離表:桿件軸線至桿件角鋼背部的距離表桿件名稱桿件截面中心距離/mm軸線距離/mm上弦桿2L75×519.120下弦桿2L36×510.710短壓桿B-1、D-42L40×513.010長壓桿C-22L40×513.010短拉桿C-2、C-42L40×513.010長拉桿E-4-22L40×513.010中央吊桿E-32L40×513.010屋架各腹桿與節(jié)點板之間連接焊縫的連接角焊縫尺寸hf和焊縫實際長度li〔li=lw+10mm按下面表采用,表中焊腳尺寸hfi按構(gòu)造要求確定,所需焊縫長度lwi按下列公式算得：腹桿與節(jié)點板之間連接焊縫尺寸桿件名稱桿件截面桿件內(nèi)力/kN角鋼背部焊縫/mm角鋼趾部焊縫/mmhf1lw1l1hf2lw2l2短壓桿B-1、D-42L40×510.443405034050長壓桿C-22L40×520.893405034050短拉桿C-1、C-42L40×514.043405034050長拉桿E-4-2E端2L40×545.1144050440502端28.084405044050中央吊桿E-32L40×5044050340504.1支座節(jié)點A4.1.1下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算N=98.26kN軸力分配系數(shù)為k1=0.7,k2=0.3取角鋼背部焊腳尺寸=6mm,角鋼肢部焊腳尺寸=5mm,按焊縫連接強度要求得：背部：肢部：實際焊接長度采用角鋼背部=65。趾部=40。4.1.2上弦桿與節(jié)點間連接焊縫強度N=103.77kN,節(jié)點板與角鋼背部采用塞焊縫連接〔取=5,設(shè)僅承受節(jié)點荷載。因很小,焊縫強度一定能滿足要求。令角鋼趾部角焊縫承受全部軸心力N及其偏心彎矩M的共同作用：取焊腳尺寸=4,實際焊縫長度=400,計算長度：取最大計算長度計算：；焊縫滿足要求。底板計算<1>支座反力R=6P=6×11.23=67.38kN,采用C20混凝土柱=10N/。錨栓直徑采用20,底板上留矩形帶半圓形孔,尺寸-180×180,錨栓套板用-80×12×80,孔徑21.5。底板面積：An=30×28-2〔4×2+π×22/2=811.44cm2接觸面壓應(yīng)力：。滿足要求,底板尺寸適用。<2>底板厚度t底板被節(jié)點板和加勁肋劃分成四塊相同的相鄰支承的小板,板中最大彎矩〔取單位板寬計算M=式中〔參閱圖斜邊斜邊之上的高查表得β=0.045有M=0.045×〔0.36×1〔31.93×102=1651.63N·m按底板抗彎強度條件,需底板厚度采用t=12mm底板選用-300×12×280節(jié)點板、加勁肋與底板間水平焊縫的計算因為板為正方形,故節(jié)點板和加勁肋與底板的連接焊縫各承擔(dān)支座反力的50%?！?節(jié)點板與底板間的水平連接焊縫承受軸心力N=R/2=29.60/2=14.80kN焊縫計算長度mm需構(gòu)造要求可采用hf=6mm能滿足要求〔2加勁肋與底板間的水平焊縫承受軸心力N=R/2=29.6/2=14.80kN焊縫計算長度mm需按構(gòu)造要求可采用hf=6mm能滿足要求。加勁肋與節(jié)點板豎向連接焊縫計算加勁肋厚度采用6mm,與中間節(jié)點板等厚。每塊加勁肋與節(jié)點板豎向連接焊縫受力：焊縫計算長度mm需構(gòu)造要求可采用hf=4mm能滿足要求4.2上弦桿一般節(jié)點按以下方法、步驟繪制節(jié)點詳圖：〔1嚴(yán)格按幾何關(guān)系畫出匯交于節(jié)點B的各桿件軸線。〔2節(jié)點板縮進(jìn)上弦桿背面6mm,取上弦桿和短壓桿的輪廓間距為15mm,和根據(jù)短壓桿與節(jié)點板間的連接焊縫尺寸,確定節(jié)點板的尺寸。〔3標(biāo)注節(jié)點板詳圖和各種尺寸。4.2.2上弦桿與節(jié)點板連接焊縫的計算N1=103.77kN,N2=101.63kN,P=11.23kN節(jié)點載荷P假定全部由上弦桿角鋼背部塞焊縫承受,取焊腳尺寸hf1=t2/2=6/2=3mm<t2為節(jié)點板厚度>,因P值很小,焊縫強度不必計算。上弦桿角鋼趾部角焊縫假定承受節(jié)點兩側(cè)弦桿內(nèi)力查及其偏心彎矩M的共同作用,其中由圖測得實際焊縫長度為l2=150mm,計算長度為lw2=150-10=140mm構(gòu)造要求,可采用hf2=4mm,能滿足要求。其它上弦桿一般節(jié)點的設(shè)計方法步驟等與節(jié)點B相同,見節(jié)點圖示。因節(jié)點D和節(jié)點B的幾何關(guān)系、受力情況完全相同,故節(jié)點詳圖也完全相同。節(jié)點C和E也相同。4.3屋脊拼接點N1=93.32kN,P=11.23kN拼接角鋼的構(gòu)造和計算拼接角鋼采用與上弦桿截面相同的2L75×5。拼接角鋼與上弦桿間連接焊縫的焊腳尺寸取hf=6mm,為了便于兩者緊貼和施焊以保證焊縫質(zhì)量,鏟去拼接角鋼角頂棱角〔r為角鋼內(nèi)圓弧半徑切短拼接角鋼豎肢如圖所示。拼接接頭每側(cè)的連接焊縫共有四條,按連接強度條件需要每條焊縫的計算長度為：,取lw=40.拼接處左、右弦桿端部空隙取40mm,如圖示,需要拼接角鋼長度mm為了保證拼接處的強度,實際采用拼接角鋼長度La=400mm。此外,因屋面坡度較大,應(yīng)將拼接角鋼的豎肢剖口,采用45mm如圖示,先鉆孔再切割,然后冷彎對齊焊接。繪制節(jié)點詳圖繪制方法、步驟和要求與上弦桿一般節(jié)點B基本相同,腹桿與節(jié)點板間連接焊縫尺寸按表采用。為了便于工地拼接,拼接處工地焊接一側(cè)的弦桿與拼接角鋼和受拉主斜桿與跨中吊桿上分別設(shè)置直徑為17.5mm和13mm安裝螺栓,如圖示。拼接街頭每側(cè)上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算弦桿軸力的豎向分力Nsinα與節(jié)點荷載P/2的合力V=Nsinα-P/2=93.23×設(shè)角鋼背部塞焊縫承受豎向合力V的一半,取hf1=5mm,需要焊縫計算長度〔因P/2很小,不計其偏心影響由圖知實際焊縫長度遠(yuǎn)大于lw1=13.62mm,因此認(rèn)為焊縫滿足計算要求。在計算需要的lw1時沒有考慮斜焊縫的強度設(shè)計值增大系數(shù)。再設(shè)角鋼趾部與節(jié)點板間的角焊縫承受余下的V/2以及當(dāng)屋脊兩側(cè)屋面活荷載不對稱作用事可能引起的弦桿內(nèi)力差引起的彎矩M的共同作用,并取取hf2=5mm,由圖中得趾部實際焊縫長度l2=155mm其計算長度lw2=l2-10mm=145mm焊縫中的應(yīng)力焊縫強度滿足要求。4.4下弦一般節(jié)點14.4.1繪制節(jié)點詳圖4.4.2下弦桿與節(jié)點板間連