三角型鋼屋架人字形

鋼屋架設計計算書1設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，車間內設有一臺200KN的中級工作制的吊車，計算溫度高于-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，砼強度等級為C25，基本風壓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。鋼材標號：Q235-B.F，其設計強度為f=215KN/m2,焊條采用E43型，手工焊接，荷載分項系數(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屋蓋支撐設計3.1屋架的支撐（如圖1所示）在房屋兩側第一個柱間各設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2處設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支撐點，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)點處必須設置檁條，為了便于布置，實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，查表得相關數(shù)據(jù)：W61.7cm3,W10.3cm3,I389cm4。x y x荷載計算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檁條截面力系圖強度驗算檁條支撐如圖4所示。柱間距為l=6.9m，所以彎矩設計值為：Pl2My6.59KNm8Pl2Mx0.555KNm32屋面能阻止檁條側向失穩(wěn)和扭轉時，可不計算整體穩(wěn)定性,只需計算其強度。檁條的最大應力處：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剛度驗算當檁條間設有拉條時，檁條只需計算垂直于屋面方向的最大撓度，計算撓度時，荷載應取其標準值。荷載標準值：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屋架的內力計算4.1桿件的軸力l17700n 6;h2950為求桿件軸力，把節(jié)間荷載轉化為節(jié)點荷載p：p=（1.2×0.615+1.4×0.6）×2.95×6.9=32.12KN由于屋面坡度較小，風荷載為吸力，且遠小于屋面永久荷載，故其與永久荷載組合時不會增大桿件的內力，因此不予考慮。芬克式屋架在半跨活荷載作用下，腹桿內力不會變號，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力。屋架桿件內力計算可用力學求解器進行。直接由建筑結構設計手冊查得各桿件的內力系數(shù)，然后乘以節(jié)點荷載即為各相應桿件的內力。表1桿件內力系數(shù)及內力值桿件內力系數(shù)內力設計值全跨屋面荷載P的內力系數(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：負為受壓，正為受拉全跨荷載布置圖全跨荷載內力圖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)點負彎矩為: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屋架桿件截面設計在三角形屋架中，根據(jù)桿件最大內力N=Nmax=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)點板厚確定節(jié)點板厚的最大內力/kN≤160160~300301~500501~700>701節(jié)點板厚6mm8mm10mm12mm14mm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的內力為N1=352.36，為壓應力。l=231cm,l=2l=2231=462cm ox oy 1 圖5上弦截面設=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強度檢驗桿件單向受彎，按拉彎和壓彎構件的強度計算公式計算：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所以上弦桿的強度滿足要求。彎矩作用平面內的穩(wěn)定性計算應按下列規(guī)定計算： 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因桿段相當于兩端支撐的構件，桿上同時作用有端彎矩和橫向荷載并使構件產(chǎn)生反向曲率，故按規(guī)范取等效彎矩:0.85。mxl 231長細比：ox76.4150xi3.05x該截面屬于b類截面，查表得0.713x2EA220610338.52102 歐拉臨界應力：N 103121.85KN E`x1.12 1.176.42x N 352.36所以：2.8917N121.85Ex用最大正彎矩進行計算：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用最大負彎矩進行驗算：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)定性計算NM驗算條件：tx xf215N/mm2AWy b1x故驗算上弦桿的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的內力為N1=352.36，為壓應力。l=231cm,l=2×231=462cm. ox oy長細比：loy462103150oyi4.52y屬b類截面，查表得=0.553y用最大正彎矩進行計算：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按下式進行計算：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用最大負彎矩進行計算：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bf行計算：10.0005y10.000510310.9485得b y235NM 352.36103 0.852.67106 tx x 184.31f215N/mm2AW 0.55338.521020.9485126.58103y b1x所以平面外長細比和穩(wěn)定性均可滿足要求⑷局部穩(wěn)定性驗算驗算條件：235y235yf 翼緣自由外伸寬厚比：15 15th235yf235yf腹板高厚比：當a235yf235yf 0 tw當a1.0時：h01818 0 tw amax min，為腹板計算高度邊緣的最大壓應力。為腹板計算 0 max minmax高度另一邊緣相應的應力。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要求，截面適用。5.2下弦桿(圖6)下弦桿為軸心受壓構件，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的強度條件和下弦桿的長細比條件選擇截面。軸心拉力為N=334.05KN。長細比容許值：[λ]=350圖6下弦截面下弦桿的計算長度為：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強度驗算桿段1-2：An=A=34.34cm2 N 334.05103所以： 97.2N/mm2f215N/mm2 A 34.34102n長細比驗算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件，[λ]=1502-3桿軸心壓力N=56.85KN,l=231cm斜平面計算長度：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件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值拆減系數(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件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值拆減系數(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件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值拆減系數(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件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值拆減系數(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件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值拆減系數(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填板設置與尺寸選擇填板的間距與桿件的受力形式有關，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)點板厚相同。雙角鋼桿件的填板設置與尺寸選擇見表2：表2填板設置及尺寸6屋架節(jié)點設計角焊縫強度設計值，采用E43型焊條，手工電弧焊時為fw160N/mm2f6.1支座點16.1.1下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算。N=334.05KN，查表知，等邊角鋼的角焊縫內力分配系數(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)點樣圖，并確定節(jié)點板尺寸。嚴格按照幾何關系畫出匯交于節(jié)點1的各桿件軸線。下弦桿與支座底板之間的凈距取140mm。按構造要求，預設置底板平面尺寸為220×220，使節(jié)點1的垂直軸線通過底板的形心。t節(jié)點板上縮進上弦桿的角鋼背面長度為28mm。23.上弦桿與節(jié)點之間的連接焊縫計算N352.36kN，節(jié)點荷載：pp16.06kN12節(jié)點與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取h6mm，設僅有肢背受節(jié)點荷載P1，f1因為P1很小，焊縫強度一定能滿足要求，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MN110Z103352.361103010328.1kNm0取肢尖焊腳尺寸h6mm，取實際焊縫長度l600mm（全長焊滿時遠大 f2 2于330mm），計算長度：ll1059060h360mm w2 2 f2取最大l60h360mm計算。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因此焊縫強度滿足要求。6.1.4底板的計算支座反力：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力：q 2.67N/mm2f12N/mm2 An360.75 c可以滿足混凝土軸心抗壓強度要求，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按底板抗彎強度設計條件，需要底板厚度： 6M 6t8.15mm，f 215由于考慮到各種不確定因素，可取厚一點的板，所以取t=20mm所以底板選用尺寸為：-200×20×2006.1.5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：l2(22010)420mmw N 48.18103需要：hf0.7l(fw)0.74201.221600.8mm w ff構造要求：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： 1R bV24.09KNMV1.32KN224焊縫強度計算長度：l14510135mmw 16M 2V 2需要滿足：hf20.7lw2f20.7lw4.8mmf wf構造要求：h1.5t1.5104.74mm f max取h6mm，滿足要求f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)點板上部縮進上弦桿的角鋼背面為8mm,⑶標出節(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：N1=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)點兩側弦桿內力差NNN及其偏心彎 1 2矩M的共同作用其中：NNN