三角型鋼屋架人字形

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-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(jí)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100~500N/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，荷載分項(xiàng)系數(shù)去：γG=1.2,γQ=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arctan18.4。3sin0.3162,cos0.9487屋架計(jì)算跨度：ll30017700mm.0l屋架跨中高度：h02655mm6l上弦長度：L09240mm2cosL節(jié)間長度：a2310mm.4節(jié)間水平方向尺寸長度：a`acos2189.4mm.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)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)支撐點(diǎn)，因此最大檁條間距為1820150 a 835mm pmax 31 半跨屋面所需檁條數(shù) L 9240n1112.06根 p835 835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：a9240777a835p131pmax可以滿足要求。檁條水平間距：aacos738mm. p p檁條選用槽鋼[12.6，查表得相關(guān)數(shù)據(jù)：W61.7cm3,W10.3cm3,I389cm4。x y x荷載計(jì)算W11711L11711180.315KN恒載：0.20.1W0.615KN/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：P=(0.615+0.6)0.738=0.897× KN/mkP=(1.2×0.615+1.4×0.6)×0.738=1.165KN/mP=P×sinα1.165=×0.32=0.373KN/mx P=P×cosα1.165= ×0.95=1.107KN/my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l=6.9m，所以彎矩設(shè)計(jì)值為：Pl2My6.59KNm8Pl2Mx0.555KNm32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：M M 6.59 0.555 Xy 0.10170.045147N/mm2215N/mm2γW γW 1.0561.71.210.3xnx y1nyPl2 Pl2檁條y方向：M 檁條x方向：M 8 32圖4⑶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：q(gs)acos(0.6160.6)0.7380.897kN/m2 y k k p 5ql3 5 0.89769003 l則?y1.005mm46mml384EI3842.06105389104150x能滿足剛度要求。4屋架的內(nèi)力計(jì)算4.1桿件的軸力l17700n 6;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=（1.2×0.615+1.4×0.6）×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(shí)不會(huì)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(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+334.052-6+7.38+237.052-3-1.77-56.852-4-0.73-23.452-5+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：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：M=P′·a/4=8.04×2.189/4=4.45KN·m則：M1=0.8M0=0.84.45=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)板厚確定節(jié)點(diǎn)板厚的最大內(nèi)力/kN≤160160~300301~500501~700>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。l=231cm,l=2l=2231=462cm ox oy 1 圖5上弦截面設(shè)=130，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.555 N 352.36103 需要截面積A' 2952.9mm2f0.555215需要回轉(zhuǎn)半徑 l 231 l 462i'ox1.791cm，i'oy3.583cmx130y130首先，試選上弦桿截面為2∟100×10：A=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:=1.05,=1.2，[λ]=150 x1 x2 N M條件：xf215N/mm2AWn xnx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：M=M=2.67KN·m x 2正彎矩截面： N M N M 352.23103 3.56106 x x 91.426.78AWAW38.521021.05126.58103nx1nxx1xmax118.18f215N/mm2負(fù)彎矩截面： N M N M 52.92103 2.67106 x 2 55.188.78AWAW9.611021.225.06103nx2nxx2xmin143.88f215N/mm2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： N M 對角鋼水平肢1： mx x f215N/mm2xAW(10.8N) x1x NE`x`2(11.25)mxx`2(11.25)mxxxxMNNAWNEx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:0.85。mxl 231長細(xì)比：ox76.4150xi3.05x該截面屬于b類截面，查表得0.713x2EA220610338.52102 歐拉臨界應(yīng)力：N 103121.85KN E`x1.12 1.176.42x N 352.36所以：2.8917N121.85Ex用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KN·m WW 126.58cm3WW 25.06cm3 1X xmax 2X xminN M 352.36103 0.853.56106 mx x 110.97Nmm2f215Nmm2AN0.71338.521021.05126.58103(10.82.8917)xW10.8x1xNE`x36232352.36100.853.5636232352.36100.853.561038.52101.225.0610(11.252.8917)11.25mxxxxMNANWNE`x用最大負(fù)彎矩進(jìn)行驗(yàn)算：Mx=M2=2.67KN·m WW 25.06cm3，1.20 1X xmin x x2N M 352.36103 0.852.67106 mx x 70.9Nmm2f215Nmm2AN0.71338.521021.225.06103(10.82.8917)xW10.8x1xNE`x滿足要求⑶彎矩作用平面外的穩(wěn)定性計(jì)算NM驗(yàn)算條件：tx xf215N/mm2AWy b1x故驗(yàn)算上弦桿的13457段在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。等彎系數(shù):βtx=βmx=0.85.桿3-4的內(nèi)力為N1=352.36，為壓應(yīng)力。l=231cm,l=2×231=462cm. ox oy長細(xì)比：loy462103150oyi4.52y屬b類截面，查表得=0.553y用最大正彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M1=3.56KN·m，W1XWxmax126.58cm3，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)可bf按下式進(jìn)行計(jì)算：10.0017y10.001710310.8249得b y235 NM 352.36103 0.853.56106 tx x 194.39f215N/mm2 AW 0.55338.521020.8249126.58103 y b1x用最大負(fù)彎矩進(jìn)行計(jì)算：Mx=M2=2.67KN·m，W1XWxmax126.58cm3，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)bf行計(jì)算：10.0005y10.000510310.9485得b y235NM 352.36103 0.852.67106 tx x 184.31f215N/mm2AW 0.55338.521020.9485126.58103y b1x所以平面外長細(xì)比和穩(wěn)定性均可滿足要求⑷局部穩(wěn)定性驗(yàn)算驗(yàn)算條件：235y235yf 翼緣自由外伸寬厚比：15 15th235yf235yf腹板高厚比：當(dāng)a235yf235yf 0 tw當(dāng)a1.0時(shí)：h01818 0 tw amax min，為腹板計(jì)算高度邊緣的最大壓應(yīng)力。為腹板計(jì)算 0 max minmax高度另一邊緣相應(yīng)的應(yīng)力。b'btr80712翼緣：8.71415tt7b'btr80712腹板：8.71415tt7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：[λ]=350圖6下弦截面下弦桿的計(jì)算長度為：l=442.5cm.l=2l=885cm ox oy oxN334.05103要滿足：A 10215.5cm2nf 215 l 442.5 l 885iox3501.24cm，iyoy3502.49cmx選用2∟90×10：A=34.34cm2;i=2.74cm;i=4.13cm x y強(qiáng)度驗(yàn)算桿段1-2：An=A=34.34cm2 N 334.05103所以： 97.2N/mm2f215N/mm2 A 34.34102n長細(xì)比驗(yàn)算l 442.5350，loy885210.7350ox 158.8 xi 2.74 yi4.13x y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，[λ]=1502-3桿軸心壓力N=56.85KN,l=231cm斜平面計(jì)算長度：l=0.9l=0.9231=207.9cm0 l 207.9需要滿足：io1501.3974cmmin選用單角鋼：∟56×8：A=8.37cm2,i=1.68cmx l 207.9150長細(xì)比：o 124.8i 1.68min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：0.60.00150.60.0015124.80.7872.Rf0.7872215169N/mm2R N 56.85103164.9N/mm2f169N/mm2A0.4128.37102R滿足要求，所選截面適用2-4桿軸心壓力N=23.45KN,l=132.8cm斜平面計(jì)算長度：l=0.9l=119.52cm0 l 119.52需要滿足：io1500.894cmmin選用單角鋼：∟40×4：A=3.09cm2,i=1.22cmx l 131.6150長細(xì)比：o 110i 1.22min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(jì)算穩(wěn)定性時(shí)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值拆減系數(shù)為：0.60.00150.60.00151100.765.Rf0.765215164.5N/mm2R N 23.45103154N/mm2f174.5N/mm2A0.4933.09102R滿足要求2-5桿軸心壓力N=60.06KN,l=297.7cm斜平面計(jì)算長度：l=0.9l=267.93cm0 l 267.3需要滿足：io1501.9cmmin選用單角鋼：∟80×10：A=15.13cm2,i=2.42cmx l 267.93150長細(xì)比：o 118i 2.42min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：0.60.00150.60.00151180.7767.Rf0.7767215167N/mm2R60.0610388.8N/mm2f167N/mm2A0.44715.13102R滿足要求5-6桿桿軸心壓力N=64.566KN,l=297.7cm斜平面計(jì)算長度：l=0.9l=267.93cm0 l 267.93需要滿足：io1501.87cmmin選用單角鋼：∟80×10：A=15.13cm2,i=2.42cmx l 267.93150長細(xì)比：o 116i 2.42min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)值拆減系數(shù)為：0.60.00150.60.00151160.774.Rf0.774215166.4N/mm2R64.5610393.2N/mm2f166.4N/mm2A0.45815.13102R滿足要求（5）6-7桿桿軸心壓力N=91.54KN,l=265.5cm斜平面計(jì)算長度：l=0.9l=238.95cm0 l 238.95需要滿足：io1501.77cmmin選用角鋼：2∟70×8：A=16.74cm2,i=2.13cmxl 238.95150長細(xì)比：o 125i 2.13min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：0.60.00150.60.00151250.7875.Rf0.7875215169.3N/mm2R N 91.54103133.0N/mm2f169.3N/mm2A0.41116.74102R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。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6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fw160N/mm2f6.1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，等邊角鋼的角焊縫內(nèi)力分配系數(shù)k1=0.7,k2=0.3.取角鋼肢背焊腳尺寸h6mm(<t=8mm)，角鋼肢尖焊腳尺寸h5mm。f1 f2按焊縫連接強(qiáng)度的要求： kN 0.7334.05103肢背：l 1 174mmw120.7hfw 20.76160f1f kN 0.3334.05103肢尖：l 2 89.4mmw120.7hfw 20.75160f2f實(shí)際焊縫長度采用角鋼肢背l=180mm,肢尖l=90mm。 1 26.1.2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。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。下弦桿與支座底板之間的凈距取140mm。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。t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：pp16.06kN12節(jié)點(diǎn)與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取h6mm，設(shè)僅有肢背受節(jié)點(diǎn)荷載P1，f1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MN110Z103352.361103010328.1kNm0取肢尖焊腳尺寸h6mm，取實(shí)際焊縫長度l600mm（全長焊滿時(shí)遠(yuǎn)大 f2 2于330mm），計(jì)算長度：ll1059060h360mm w2 2 f2取最大l60h360mm計(jì)算。w2 f2 6M 628.1所以 154.8N/mm2160N/mm2f20.7hl2 20.763602f2w2 N 352.36 116.5N/mm2160N/mm2f20.7hl 20.76360f2W22 154.82f2f1.22116.52f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：f12N/mm2c（1）底板面積的確定149N/mm2160N/mm2R所需底板面積：A8030mm2，現(xiàn)采用A=200×200=40000mm2,fcAn=40000-2×π×252=360.75cm2. R 96.36 接觸面上所受的壓應(yīng)力：q 2.67N/mm2f12N/mm2 An360.75 c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。⑵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。200122200102 矩形板相關(guān)數(shù)據(jù)為：a 133.6mm 1 2 2 b166.8mm，10.5 12 a1查表得：β=0.05板的最大彎矩為:Mqa20.052.67133.622383Nmm1按底板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)條件，需要底板厚度： 6M 6t8.15mm，f 215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：l2(22010)420mmw N 48.18103需要：hf0.7l(fw)0.74201.221600.8mm w ff構(gòu)造要求：h1.5t1.5206.71mmf max取h8mm，滿足要求。f加勁肋與底板水平連接焊縫軸心力：N=R/2=48.18KNl4(9110)324mmwN需要滿足：hf0.7l(fw)1.08mm w ff取h8mm，滿足要求f6.1.6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： 1R bV24.09KNMV1.32KN224焊縫強(qiáng)度計(jì)算長度：l14510135mmw 16M 2V 2需要滿足：hf20.7lw2f20.7lw4.8mmf wf構(gòu)造要求：h1.5t1.5104.74mm f max取h6mm，滿足要求f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,⑶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：N1=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)算。上弦桿肢尖角焊縫假定承受節(jié)點(diǎn)兩側(cè)弦桿內(nèi)力差NNN及其偏心彎 1 2矩M的共同作用其中：NNN