三角型鋼屋架人字形

1、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100500N/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

2、型，手工焊接，荷載分項系數(shù)去：G=1.2,Q=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。屋架坡度為1：3，屋面傾角。 , 屋架計算跨度：. 屋架跨中高度： 上弦長度： 節(jié)間長度：. 節(jié)間水平方向尺寸長度：. 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

3、支撐點，因此最大檁條間距為 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：可以滿足要求。檁條水平間距：mm.檁條選用槽鋼12.6，查表得相關數(shù)據(jù)：。 荷載計算恒載：KN/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：=(0.615+0.6)×0.738=0.897KN/m =(1.2×0.615+1.4×0.6)×0.738=1.165KN/m =P×sin=1.165×0.32=0.373KN/m =P×co

4、s=1.165×0.95=1.107KN/m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=6.9m，所以彎矩設計值為： 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： 檁條y方向： 檁條x方向：圖 4 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4.1桿件的軸力 ; 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

5、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+334.05 2-6 +7.38 +237.

6、05 2-3 -1.77-56.85 2-4-0.73 -23.452-5+1.87+60.06 5-6-2.01-64.56 6-7+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：M0=P·a/4=8.04×2.189/4=4.45KN·m則：M1=0.8M0=0.

7、8×4.45=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)點板厚的最大內力/kN160160300301500501700>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

8、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。=231cm,=2=2231=462cm圖5 上弦截面設=130，查軸心受力穩(wěn)定系數(shù)表，=0.555需要截面積需要回轉半徑，首先，試選上弦桿截面為2100×10：A=38.52cm2, r=12mm, ix=3.05cm, iy=4.52cm Wxmax=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， =150條件：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

9、矩：Mx=M1=3.56KN·m最大負彎矩：Mx=M2=2.67 KN·m正彎矩截面： 負彎矩截面：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：對角鋼水平肢1：對角鋼水平肢2：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生反向曲率，故按規(guī)范取等效彎矩: 。長細比：該截面屬于b類截面，查表得歐拉臨界應力： 所以：用最大正彎矩進行計算：Mx=M1=3.56KN·m 用最大負彎矩進行驗算：Mx=M2=2.67KN·m， 滿足要求 彎矩作用平面外的穩(wěn)定性計算 驗算條件： 故驗算上弦桿的13457段在彎矩作用平面

10、外的穩(wěn)定性。 等彎系數(shù):tx=mx=0.85.桿3-4的內力為N1=352.36，為壓應力。=231cm,=2×231=462cm. 長細比：屬b類截面，查表得=0.553用最大正彎矩進行計算：Mx=M1=3.56KN·m， ，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)可按下式進行計算： 得用最大負彎矩進行計算：Mx=M2=2.67KN·m， ，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)可按下式進行計算： 得所以平面外長細比和穩(wěn)定性均可滿足要求 局部穩(wěn)定性驗算驗算條件：翼緣自由外伸寬厚比：腹板高厚比：當時： 當時：，為腹板計

11、算高度邊緣的最大壓應力。為腹板計算高度另一邊緣相應的應力。翼緣：腹板：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：=350 圖6 下弦截面下弦桿的計算長度為：=442.5cm. =2=885cm要滿足：， 選用290×10：A=34.34cm2; =2.74cm; =4.13cm 強度驗算 桿段1-2：An=A=34.34cm2 所以： 長細比驗算 ，滿足要求，所以所選下弦桿截面適用。5.

12、3腹板 腹板為軸心受壓構件，=150 2-3桿軸心壓力N=56.85KN, =231cm斜平面計算長度：=0.9l=0.9231=207.9cm需要滿足：選用單角鋼：56×8：A=8.37cm2, =1.68cm 長細比： 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：. 滿足要求，所選截面適用 2-4桿軸心壓力N=23.45KN, =132.8cm斜平面計算長度：=0.9l=119.52cm需要滿足：選用單角鋼：40×4：A=3.09cm2, =1.22cm 長細比： 屬于b類截面，查表得=0.493單面連接的等邊單

13、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：. 滿足要求(3)2-5桿軸心壓力N=60.06KN, =297.7cm斜平面計算長度：=0.9l=267.93cm需要滿足：選用單角鋼：80×10：A=15.13cm2, =2.42cm 長細比： 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：. 滿足要求(4)5-6桿桿軸心壓力N=64.566KN, =297.7cm斜平面計算長度：=0.9l=267.93cm需要滿足：選用單角鋼：80×10：A=15.13cm2, =2.42cm 長細比： 屬于b類截面，查表得

14、=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：. 滿足要求（5）6-7桿桿軸心壓力N=91.54KN, =265.5cm斜平面計算長度：=0.9l=238.95cm需要滿足：選用角鋼：270×8：A=16.74cm2, =2.13cm 長細比： 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：. 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=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 填板設置及尺寸桿

15、件名稱桿件截面桿件幾何長度i(cm)填板間距(cm)受力狀態(tài)每節(jié)填板數(shù)量填板尺寸(b×t×h)上弦桿100×102313.05122壓力180×7×9下弦桿1-290×104502.74219.2拉力180×7×92-690×104502.74219.2拉力180×7×9腹板2-356×82311.6867.2壓力280×7×92-4 40×4132.81.2248.8壓力280×7×92-580×10297.72.

16、42193.6拉力280×7×95-680×10297.72.4296.8壓力280×7×96-770×8265.52.13170.4拉力280×7×96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6.1支座點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(<t=8mm)，角鋼肢尖焊腳尺寸。按焊縫連接強度的要求：肢背：肢尖：實際焊縫長度采用角鋼肢背=180mm,肢尖=90mm。6.1.2取肢尖焊腳

17、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。（1）嚴格按照幾何關系畫出匯交于節(jié)點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。（4）節(jié)點板上縮進上弦桿的角鋼背面長度為。3.上弦桿與節(jié)點之間的連接焊縫計算，節(jié)點荷載： 節(jié)點與角鋼肢背采用塞焊縫連接，取，設僅有肢背受節(jié)點荷載P1，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。其中取肢尖焊腳尺寸，取實際焊縫長度（全長焊滿時遠大于330mm），計算長度：

18、取最大計算。所以 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：（1） 底板面積的確定所需底板面積：，現(xiàn)采用A=200×200=40000mm2, An=40000-2××252=360.75cm2.接觸面上所受的壓應力：可以滿足混凝土軸心抗壓強度要求，底板尺寸為200×200mm適用。 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。矩形板相關數(shù)據(jù)為： ，查表得：=0.05板的最大彎矩為: 按底板抗彎強度設計條件，需要底板厚

19、度：，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：需要：構造要求：取，滿足要求。 加勁肋與底板水平連接焊縫軸心力：N=R/2=48.18KN 需要滿足：取，滿足要求6.1.6 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： 焊縫強度計算長度：需要滿足：構造要求：取，滿足要求由以上計算知，