最新三角型钢屋架人字形.docx

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最新三角型钢屋架人字形

三角型钢屋架人字形

钢屋架设计计算书

1设计资料及屋架形式与材料

某单跨厂房，长度为120m，柱距为6.9m，跨度18m，车间内设有一台200KN的中级工作制的吊车，计算温度高于-20℃。

采用三角形钢屋架的屋面,坡度i=1：

3，采用石棉水泥波形瓦屋面（重量200N/m2），规格：

1820×725×8,轻钢檩条及拉条（重量100N/m2）.

钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为400×400，砼强度等级为C25，基本风压W0=350N/m2，屋面均布活载或雪载为500N/m2，积灰荷载为100~500N/m2，无抗震要求。

钢材标号：

Q235-B.F，其设计强度为f=215KN/m2,焊条采用E43型，手工焊接，荷载分项系数去：

γG=1.2,γQ=1.4.

2屋架形式及几何尺寸

根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架。

屋架坡度为1：

3，屋面倾角。

屋架计算跨度：

.

屋架跨中高度：

上弦长度：

节间长度：

.

节间水平方向尺寸长度：

.

根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图1所示。

图1杆件的几何尺寸

3屋盖支撑设计

3.1屋架的支撑（如图1所示）

⑴在房屋两侧第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。

⑵在屋架的下弦节点2处设置一通长柔性水平系杆。

图2屋架的支撑

3.2屋面檩条及其支撑

波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度≥150mm，且每张瓦至少要有三个支撑点，因此最大檩条间距为

半跨屋面所需檩条数

根

考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为：

可以满足要求。

檩条水平间距：

mm.

檩条选用槽钢[12.6，查表得相关数据：

。

⑴荷载计算

恒载：

KN/m2,活载：

0.5+0.1=0.6KN/m2.

檩条截面受力图如图3所示。

檩条线载荷为：

=（0.615+0.6）×0.738=0.897KN/m

=（1.2×0.615+1.4×0.6）×0.738=1.165KN/m

=P×sinα=1.165×0.32=0.373KN/m

=P×cosα=1.165×0.95=1.107KN/m

图3檩条截面力系图

⑵强度验算

檩条支撑如图4所示。

柱间距为=6.9m，所以弯矩设计值为：

屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时，可不计算整体稳定性,只需计算其强度。

檩条的最大应力处：

檩条y方向：

檩条x方向：

图4

⑶刚度验算

当檩条间设有拉条时，檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度，计算挠度时，荷载应取其标准值。

荷载标准值：

则

能满足刚度要求。

4屋架的内力计算

4.1杆件的轴力

;

为求杆件轴力，把节间荷载转化为节点荷载p：

p=（1.2×0.615+1.4×0.6）×2.95×6.9=32.12KN

由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。

芬克式屋架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的内力。

屋架杆件内力计算可用力学求解器进行。

直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力。

表1杆件内力系数及内力值

杆件

内力系数

内力设计值

全跨

屋面

荷载

P的

内力

系数

3-4

-9.26

-298.43

1-3

-10.97

-352.36

4-5

-9.16

-294.22

5-7

-6.27

-201.39

1-2

+10.40

+334.05

2-6

+7.38

+237.05

2-3

-1.77

-56.85

2-4

-0.73

-23.45

2-5

+1.87

+60.06

5-6

-2.01

-64.56

6-7

+2.85

+91.54

注：

负为受压，正为受拉

全跨荷载布置图

全跨荷载内力图

4.2上弦杆弯矩

上弦杆端节间的最大正弯矩：

M1=0.8M0；

其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩为:

M2=±0.6M0；

上弦杆集中荷载：

P′=（1.2×0.615+1.4×0.6）×0.738×6.9=8.04KN;

节间最大弯矩：

M0=P′·a/4=8.04×2.189/4=4.45KN·m

则：

M1=0.8M0=0.8×4.45=3.56KN·m,M2=±0.6M0=±0.6×4.45=±2.67KN·m

5屋架杆件截面设计

在三角形屋架中，根据杆件最大内力N=Nmax=352.36KN,查焊接屋架节点板厚参考选用表，选择端支座节点板厚为12mm，其他节点板厚为10mm。

节点板厚的选择如表2所示

表2钢屋架节点板厚度参考选用表

确定节点板厚的最大内力/kN

≤

160

160~

300

301~

500

501~

700

>

701

节点板厚

6mm

8mm

10mm

12mm

14mm

端支座节点板厚

8mm

10mm

12mm

14mm

16mm

5.1上弦杆（图5）

整个上弦杆采用等截面通长杆，以避免采用不同的截面时的杆件拼接。

杆3-4的内力为N1=352.36，为压应力。

=231cm,=2=2231=462cm

图5上弦截面

设=130，查轴心受力稳定系数表，=0.555

需要截面积

需要回转半径

，

首先，试选上弦杆截面为2∟100×10：

A=38.52cm2,r=12mm,ix=3.05cm,iy=4.52cm

Wxmax=126.58cm3,Wxmin=25.06cm3

⑴强度检验

杆件单向受弯，按拉弯和压弯构件的强度计算公式计算：

查表知:

=1.05,=1.2，[λ]=150

条件：

取1-3段上弦杆（最大内力杆段）验算：

轴心压力N=352.36KN.

最大节间正弯矩：

Mx=M1=3.56KN·m

最大负弯矩：

Mx=M2=2.67KN·m

正弯矩截面：

负弯矩截面：

所以上弦杆的强度满足要求。

⑵弯矩作用平面内的稳定性计算

应按下列规定计算：

对角钢水平肢1：

对角钢水平肢2：

因杆段相当于两端支撑的构件，杆上同时作用有端弯矩和横向荷载并使构件产生反向曲率，故按规范取等效弯矩:

。

长细比：

该截面属于b类截面，查表得

欧拉临界应力：

所以：

用最大正弯矩进行计算：

Mx=M1=3.56KN·m

用最大负弯矩进行验算：

Mx=M2=2.67KN·m

，

满足要求

⑶弯矩作用平面外的稳定性计算

验算条件：

故验算上弦杆的13457段在弯矩作用平面外的稳定性。

等弯系数:

βtx=βmx=0.85.

杆3-4的内力为N1=352.36，为压应力。

=231cm,=2×231=462cm.

长细比：

属b类截面，查表得=0.553

用最大正弯矩进行计算：

Mx=M1=3.56KN·m，，

对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数可按下式进行计算：

得

用最大负弯矩进行计算：

Mx=M2=2.67KN·m，，

对弯矩使用角钢水平肢受拉的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数可按下式进行计算：

得

所以平面外长细比和稳定性均可满足要求

⑷局部稳定性验算

验算条件：

翼缘自由外伸宽厚比：

腹板高厚比：

当时：

当时：

，为腹板计算高度边缘的最大压应力。

为腹板计算高度另一边缘相应的应力。

翼缘：

腹板：

因此满足要求。

所以，上弦杆截面完全满足各项要求，截面适用。

5.2下弦杆（图6）

下弦杆为轴心受压构件，整个下弦杆不改变截面，采用等截面通常杆。

首先按杆段1-2的强度条件和下弦杆的长细比条件选择截面。

轴心拉力为N=334.05KN。

长细比容许值：

[λ]=350

图6下弦截面

下弦杆的计算长度为：

=442.5cm.=2=885cm

要满足：

，

选用2∟90×10：

A=34.34cm2;=2.74cm;=4.13cm

⑴强度验算

杆段1-2：

An=A=34.34cm2

所以：

⑵长细比验算

，

满足要求，所以所选下弦杆截面适用。

5.3腹板

腹板为轴心受压构件，[λ]=150

⑴2-3杆

轴心压力N=56.85KN,=231cm

斜平面计算长度：

=0.9l=0.9231=207.9cm

需要满足：

选用单角钢：

∟56×8：

A=8.37cm2,=1.68cm

长细比：

属于b类截面，查表得=0.412

单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：

.

满足要求，所选截面适用

⑵2-4杆

轴心压力N=23.45KN,=132.8cm

斜平面计算长度：

=0.9l=119.52cm

需要满足：

选用单角钢：

∟40×4：

A=3.09cm2,=1.22cm

长细比：

属于b类截面，查表得=0.493

单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：

.

满足要求

（3）2-5

杆轴心压力N=60.06KN,=297.7cm

斜平面计算长度：

=0.9l=267.93cm

需要满足：

选用单角钢：

∟80×10：

A=15.13cm2,=2.42cm

长细比：

属于b类截面，查表得=0.447

单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：

.

满足要求

（4）5-6杆

杆轴心压力N=64.566KN,=297.7cm

斜平面计算长度：

=0.9l=267.93cm

需要满足：

选用单角钢：

∟80×10：

A=15.13cm2,=2.42cm

长细比：

属于b类截面，查表得=0.458

单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：

.

满足要求

（5）6-7杆

杆轴心压力N=91.54KN,=265.5cm

斜平面计算长度：

=0.9l=238.95cm

需要满足：

选用角钢：

2∟70×8：

A=16.74cm2,=2.13cm

长细比：

属于b类截面，查表得=0.411

单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：

.

满足要求

5.5填板设置与尺寸选择

填板的间距与杆件的受力形式有关，对压杆填板间距=40i,对拉杆填板间距l=80i。

填板厚度与节点板厚相同。

双角钢杆件的填板设置与尺寸选择见表2：

表2填板设置及尺寸

杆件

名称

杆件

截面

杆件几

何长度

i

（cm）

填板间距（cm）

受力

状态

每节填板数量

填板尺寸

（b×t×h）

上弦杆

∟100×10

231

3.05

122

压力

1

80×7×9

下

弦杆

1-2

∟90×10

450

2.74

219.2

拉力

1

80×7×9

2-6

∟90×10

450

2.74

219.2

拉力

1

80×7×9

腹

板

2-3

∟56×8

231

1.68

67.2

压力

2

80×7×9

2-4

∟40×4

132.8

1.22

48.8

压力

2

80×7