輕型屋面三角形鋼屋架米跨度完整版

HENsystemofficeroom【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】HENsystemofficeroom【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】輕型屋面三角形鋼屋架米跨度鋼結構課程設計（說明書）題目12m輕型屋面三角形鋼屋架設計指導教師付建科學生楊朗學號專業(yè)材料成型及控制工程班級完成日期 2014年 6月19日輕型屋面三角形鋼屋架設計說明書學????指導教師：付建科?（三峽大學?機械與材料學院）設計資料與材料選擇設計一位于杭州市近郊的單跨屋架結構(封閉式)，要求結構合理，制作方便，安全經濟。原始資料與參數(shù)如下：①、單跨屋架總長36m,跨度12m，柱距S=4m；②、屋面坡度i=1∶3，恒載mm2，活(雪)載mm2；③、屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，混凝土標號C20，柱頂標高6m；④、屋面材料：波形石棉瓦(1820×725×8)；⑤、鋼材標號：,其設計強度為215N∕mmEQEQ⑥、焊條型號：E43型；⑦、荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載(不包括風荷載)，荷載分項系數(shù)?。害肎=，γQ=。屋架形式及幾何尺寸對于于屋面坡度較大(i≤1/8)的屋蓋結構多用三角形鋼屋架，而且三角形芬克式輕型鋼屋架一般均為平面桁架式，其構造簡單，受力明確，腹桿長桿受拉，短桿受壓，受力較小，且制作方便，易于劃分運送單元，適用于坡度較大的構件自防水屋蓋。本課題采用八節(jié)間的三角形芬克式輕鋼屋架。已知屋面坡度i=1∶3，即，屋面傾角：屋架計算跨度：L0=L-300=12000-300=11700mm屋架跨中高度：上弦長度：上弦節(jié)間長度：上弦節(jié)間水平投影長度：根據已知幾何關系，求得屋架各桿件的幾何長度如圖1所示(因對稱，僅畫出半榀屋架)。3屋架支撐布置屋架的支撐①.在房屋兩端第一個柱間各設置一道上弦平面和下弦平面橫向支撐(如圖2)。②.在與橫向支撐同一柱間的屋架長壓桿D-2和D-2′處各設置一道垂直支撐，以保證長壓桿平面的計算長度符合規(guī)范要求。③.對于有檁屋架，為了協(xié)調支撐，在各屋架的下弦節(jié)點2和2′各設置一道通長柔性水平系桿，始、終端連于屋架垂直支撐的下端節(jié)點處。④.上弦橫向支撐和垂直支撐節(jié)點處的水平系桿均由該處的檁條代替。屋面檁條及其支撐1.確定檁條波形石棉瓦長1820mm，要求搭接長度≧150mm，且每張瓦至少要有三個支承點，因此最大檁條間距則半榀屋面所需檁條數(shù)考慮到所需平面橫向支撐節(jié)點處必須設置檁條，實際取半跨屋面檁條數(shù)=9根，檁條間距可以滿足要求。這里我們試選用[8槽鋼，查型鋼表可得，，。檁條在屋面荷載q的作用下將繞截面的兩個主軸彎曲。若荷載偏離截面的彎曲中心，還將受到扭矩的作用，但屋面板的連接能起到一定的阻止檁條扭轉的作用，故設計時可不考慮扭矩的影響，而按雙向受彎構件計算。型鋼檁條的壁厚較大，可以不計算其抗剪和局部承壓強度。2．檁條驗算⑴.荷載計算恒載,活載，則檁條均布荷載設計值圖3所示實腹式檁條在屋面豎向荷載q作用下，檁條截面的兩個主軸方向分布承受和分力作用。圖3槽鋼檁條受力示意圖則⑵．強度驗算檁條承受雙向彎曲時，按下列公式計算強度：查表可知截面塑性發(fā)展系數(shù)，，故所以滿足要求。⑶．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：則能滿足剛度要求。4屋架的內力計算桿件的軸力載荷計算：恒載，活載，屋面水平投影面上的荷載設計值為為求桿件軸力，把荷載化成節(jié)點荷載：由于屋架及荷載的對稱性，只需計算半榀屋架的桿件軸力。由《建筑結構靜力計算手冊》查得內力系數(shù)，計算出各桿內力如表。圖表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)ABBCCDDEA-11-22-3B-1D-4C-1C-4C-2E-300E-42-4上弦桿的彎矩屋架上弦桿在節(jié)間荷載作用下的彎矩，按下列近似公式計算：上弦桿短節(jié)間的最大正彎矩其他節(jié)間的最大正彎矩和節(jié)點負彎矩是視上弦節(jié)間桿段為簡支梁時的最大彎矩，計算時屋架及支撐自重僅考慮上弦桿重量。上弦桿節(jié)間集中荷載節(jié)間簡支梁最大彎矩端節(jié)間最大正彎矩其它節(jié)間最大正彎矩和節(jié)點負彎矩5、屋架桿件截面設計根據弦桿最大內力查《鋼結構設計指導與實例精選》P159頁表3-12鋼屋架節(jié)點板厚度選用表，可選擇支座節(jié)點板厚度8mm，中間節(jié)點板厚度6mm。角鋼規(guī)格不宜小于∟45×4或56×36×4，有螺栓孔時，角鋼的肢寬須滿足螺栓間距要求。放置屋面板時，上弦角鋼水平肢寬須滿足擱置尺寸要求。上弦桿整個上弦桿采用等截面通長桿，以避免采用不同界面時的桿件拼接。彎矩作用平面內的計算長度側向無支撐長度對于由兩個角鋼組成的T形截面壓彎構件，一般只能憑經驗或參考已有其它設計圖紙試選截面而后進行驗算，不合適時再作適當調整，直至合適為止。試選上弦桿截面為2∟80×7，查《鋼結構設計》得其主要參數(shù)：,,,,,截面塑性發(fā)展系數(shù)，⑴.剛度驗算(截面無削弱)條件取A—B段上弦桿(最大內力桿段)驗算：軸心壓力：最大正彎矩(節(jié)間)：最大負彎矩(節(jié)點)：正彎矩截面：負彎矩截面：由以上計算知上弦桿強度滿足要求。⑵.彎矩作用平面內的穩(wěn)定性計算應按下列規(guī)定計算：①對角鋼水平肢1(b)②對角鋼豎直肢2(c)其中式(c)僅當彎矩使較大翼緣即角鋼水平肢受壓時才需計算。參見圖，可見上弦桿段A—B的內力最大，最大正彎矩在節(jié)間，最大負彎矩在節(jié)點處。在節(jié)間，正彎矩使角鋼水平肢受壓，；在節(jié)點處，負彎矩使角鋼水平肢受拉，。因所考慮桿段相當于兩端支承的構件、桿上同時作用有端彎矩和橫向荷載并使構件產生反向曲率的情況，故按規(guī)范第5.2.2條取等效彎矩系數(shù)屬b類截面，查《鋼結構》P339頁附表17-2b類截面軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)。歐拉臨界力桿段A—B軸心壓力用最大正彎矩進行驗算：，，，用最大負彎矩進行計算：，，由以上計算知平面內長細比和穩(wěn)定性均滿足要求。⑶.彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗算條件因側向無支撐長度為，故應驗算上弦桿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，計算長度屬b類截面，查《鋼結構》P339頁附表17-2b類截面軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)用最大正彎矩進行驗算：，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)定完整體穩(wěn)定系數(shù)可按下式計算：得用最大負彎矩進行驗算：，對彎矩使角鋼水平肢受拉的雙角鋼T性截面，規(guī)范附錄一公式規(guī)定取受彎構件整體穩(wěn)定系數(shù)。得平面外長細比和穩(wěn)定性均滿足要求。⑷.局部穩(wěn)定性驗算條件(規(guī)范第5.4.1)翼緣自由外伸寬厚比腹板高厚比應滿足：當時，當時，對由2∟80×7組成的T性截面壓彎構件：翼緣，滿足局部穩(wěn)定性要求，且前面計算所取分別為和無誤。腹板，亦滿足要求。所選所選桿截面完全滿足各項要求，截面適用。、下弦桿(軸心受拉桿件)整個下弦不改變截面，采用等截面通長桿。在下弦節(jié)點“2”(拼接節(jié)點)處，下弦桿角鋼水平肢上開有直徑為的安裝螺栓孔。因此算下弦桿強度時，必須考慮及此。此外，選截面時還要求角鋼水平肢(開孔肢)的邊長，以便開的孔。首先按桿段(該段截面上無孔)的強度條件和下弦桿的長細比條件來選擇截面。桿段軸心拉力下弦桿的計算長度為：(取下弦桿2—3段的長度)需要查《鋼結構》P325頁附表4，選用2∟56×36×4，短邊相連，其相關參數(shù)為：，，，截面塑性發(fā)展系數(shù)，⑴.強度驗算桿段：，節(jié)點“2”：(桿的軸力)下弦桿強度滿足要求。⑵.長細比驗算下弦桿長細比滿足要求。所以所選下弦桿截面適用。腹桿(軸心受力構件)1.短壓桿、,因內力較小、桿件較短，擬采用單角鋼截面、通過節(jié)點板單面連接。先按長細比要求試選截面，然后進行驗算。斜平面計算長度需要查《鋼結構》P320頁附表3，選用L40×4:,對于b類截面，查《鋼結構》P339頁附表17-2，單面連接的單角鋼構件按軸心受壓計算穩(wěn)定性時的強度設計值折減系數(shù)(規(guī)范第3.2.2條)：故所選截面適合。2.較長的長壓桿,因內力較小、桿件較短，擬采用單角鋼截面、通過節(jié)點板單面連接。先按長細比要求試選截面，然后進行驗算。斜平面計算長度需要選用L40×4:,對于b類截面，查表有又要滿足，故所選截面適合。3.拉桿和，，需要選用2∟40×4，T形截面：，，?？梢詽M足使用要求。4.長吊桿，。因吊桿不連垂直支撐，故按拉桿長細比條件選擇截面。采用單面連接的單角鋼截面需要選用∟40×4：，，可以滿足要求。5．拉桿和，，需要滿足，選用2L40×4，T形截面：，，，可以滿足使用要求。、填板設置于尺寸選擇兩桿承載不大，中間可以不需要設置填板。6、屋架節(jié)點設計角焊縫強度設計值(E43型焊條)。布置桁架桿件時，原則上應使桿件形心線與桁架幾何軸線重合，以免桿件偏心受力。為便于制造，通常取角鋼肢背至形心距離為5mm的整倍數(shù)。屋架各桿件軸線至各桿件角鋼背面的距離按下表采用，表中為桿件重心線至角鋼背面的距離。表屋架各桿件軸線至各桿件角鋼背面的距離桿件名稱桿件截面重心距離(mm)軸線距離(mm)備注上弦桿80×725下弦桿56×36×410短壓桿B-1、D-440×415單面連接拉桿E-42-440×415中央吊桿E-340×415短邊單面連接長壓桿C-240×415單面連接拉桿C-1C-440×415屋架各腹桿與節(jié)點板間連接焊縫的焊腳尺寸hfi和焊縫實際長度li(=lwi+10mm)按《鋼結構》P202第節(jié)進行計算，列于下表中。所需焊縫計算長度lwi由下列計算公式得到：雙角鋼T形截面桿件單面連接的單角鋼桿件式中——角鋼背部()或趾部()角焊縫的軸力分配系數(shù)。對等邊角鋼：，；對短邊相連的不等邊角鋼：，；——單面連接單角鋼角焊縫強度設計值的折減系數(shù)(規(guī)范第3.2.2條)。腹桿與節(jié)點板間的連接角焊縫尺寸桿件名稱桿件截面桿件內力(kN)角鋼背部焊縫(mm)角鋼趾部焊縫(mm)hf1lw1l1hf2lw2l2短壓桿B-1、D-4∟40×44405044050拉桿C-1C-4L40×44405044050吊桿E-3∟40×404405044050長壓桿C-2∟40×44405044050長拉桿2-4E-4∟40×44405044050根據運輸允許的最大尺寸，把屋架劃分為六個運送單元：每半跨分為兩個小桁架（A-C-2桁架與C-E-2桁架）以及左右跨中的兩節(jié)水平下弦桿和中央吊桿，在節(jié)點E、C、2、3和C′、2′處設置工地拼接。(一)支座節(jié)點1.下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算，，取角鋼背部焊腳尺寸，角鋼趾部焊腳尺寸，按焊縫連接強度要求得：背部趾部實際焊縫長度采用角鋼背部、趾部。2.按以下方法、步驟和要求畫節(jié)點大樣，并確定節(jié)點板尺寸(1)嚴格按幾何關系畫出匯交于節(jié)點的各桿件軸線(軸線至桿件角鋼背面的距離按表采用)；(2)下弦桿與支座底板之間的凈距取(符合大于和大于下弦桿角鋼水平肢寬的要求)；(3)按構造要求預定底板平面尺寸為，使節(jié)點的垂直軸線通過底板的形心；(4)節(jié)點板上部縮進上弦桿角鋼背面(式中為節(jié)點板厚度)，取上、下弦桿端部邊緣輪廓線間的距離為和根據下弦桿與節(jié)點板間的連接焊縫長度等，確定節(jié)點板尺寸如圖所示。3.上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算，(節(jié)點荷載)節(jié)點板與角鋼背部采用塞焊縫連接(取)，設僅承受節(jié)點荷載。因值很小，焊縫強度不必計算，一定能滿足要求。令角鋼趾部角焊縫承受全部軸心力及其偏心彎矩的共同作用，其中取趾部焊腳尺寸，由節(jié)點圖中量得實際焊縫長度(全長焊滿時)，計算長度：取最大計算：可見焊縫強度滿足要求。4.底板計算支座反力混凝土錨3栓直徑采用，底板上留矩形帶半圓形孔；錨栓套板采用—，孔徑。底板面積底板與鋼筋混凝土柱頂面間的接觸面面積觸面上壓應力滿足混凝土軸心抗壓強度要求，預定底板尺寸適合。(2)底板厚度底板被節(jié)點板和加勁肋劃分成四塊相同的相鄰邊支承的小板，板中最大彎矩(取單位板寬計算)：(1)式中(參閱圖)：斜邊斜邊上之高，查表得，代入式(1)：按底板抗彎強度條件(注：當時，按懸伸長度為的懸臂板計算)，需要底板厚度：采用，所以底板選用—。5.節(jié)點板、加勁肋與底板間水平連接焊縫計算因底板為正方形，故節(jié)點板和加勁肋與底板的連接焊縫各承擔支座反力的50%。(1)節(jié)點板與底板間水平連接焊縫承受軸心力焊縫計算長度需要構造要求，采用，滿足要求。(2)加勁肋與底板間水平連接焊縫承受軸心力焊縫計算長度需要按構造要求可采用滿足要求。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，與中間節(jié)點板等厚。每塊加勁肋與節(jié)點板間豎向連接焊縫受力：焊縫計算長度需要構造要求采用，滿足要求。由以上計算可見，底板和加勁肋及其連接焊縫均是構造控制，這是因為本設計屋架荷載較小之故。(二)上弦一般節(jié)點1.按以下方法、步驟和要求繪制節(jié)點的詳圖：(1)嚴格按幾何關系畫出匯交于節(jié)點的各桿件軸線(軸線至各桿件角鋼背面的距離按表采用)；(2)節(jié)點板上部縮進上弦桿角鋼背面、取上弦桿與短壓桿輪廓間距為，和根據短壓桿與節(jié)點板間的連接焊縫尺寸等，確定節(jié)點板尺寸；(3)標注節(jié)點詳圖所需各種尺寸。2.上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算，，節(jié)點荷載假定全部由上弦桿角鋼背部塞焊縫承受，取焊腳尺寸(為節(jié)點板厚度)，因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)點兩側弦桿內力差及其偏心彎矩的共同作用，其中：由圖中量得實際焊縫長度，計算長度需要構造要求，采用，滿足要求。其它上弦一般節(jié)點(節(jié)點和)的設計方法、步驟等與節(jié)點相同，節(jié)點詳圖如圖示。(三)屋脊拼接節(jié)點，1.拼接角鋼的構造和計算拼接角鋼采用與上弦截面相同的2∟80×7。拼接角鋼與上弦桿件連續(xù)焊縫的焊腳尺寸取，為保證兩者緊貼和施焊以保證焊縫質量，鏟去拼接角鋼角頂棱角：(為角鋼內圓弧半徑)切短拼接角鋼豎肢如圖所示。拼接接頭每側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：拼接處左、右弦桿端部空隙取，需要拼接角鋼長度：為保證拼接處的剛度，實際采用拼接角鋼長度。此外，因屋面坡度較大，因將拼接角鋼的豎肢剖口：，采用。如圖示，先鉆孔再切割，然后冷彎對齊焊接。2.繪制節(jié)點詳圖繪制方法、步驟和要求與上弦一般節(jié)點基本相同，腹桿與節(jié)點板間連接焊縫尺寸按表采用。為便于工地拼接，拼接處工地焊一側的弦桿與拼接角鋼和受拉主斜桿與跨中吊桿上分別設置直徑為和的安裝螺栓孔，節(jié)點詳圖如圖所示。3.拼接接頭每側上弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算弦桿軸力的豎向分力與節(jié)點荷載的合力：設角鋼背部的塞焊縫承受豎向合力的一半，取，需要焊縫計算長度(因很小，不計其偏心影響)：由圖中量得實際焊縫長度為，遠大于，因此認為焊縫滿足計算要求。在計算需要的時沒有考慮斜焊縫的強度設計值增大系數(shù)。再設角