完整word版三角形钢屋架计算实例.docx
《完整word版三角形钢屋架计算实例.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《完整word版三角形钢屋架计算实例.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
完整word版三角形钢屋架计算实例
普通钢屋架设计实例
1设计资料
北京地区一单跨厂房屋盖，跨度24m，长度114m，柱距6m。
屋架采用24m芬克式三角形钢屋架，屋架简支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm×400mm，混凝土强度等级为C20级，柱网采用封闭轴线。
厂房内设有一台起重量为Q=30t的中级工作制桥式吊车。
钢材为Q235钢，井具有机械性能四项，抗拉强度、伸长率、屈服点、180°冷弯试验和碳、硫、磷含量的保证；焊条采用E43型，手工焊。
屋面采用波形石棉水泥瓦，自重为0.20kN／m2；木丝板保温层，自重为0.24kN／m2，檩条采用槽钢。
屋面均布活荷载为0.30kN／m2；基本雪荷载为0.30kN／m2。
屋架形式及几何尺寸：
屋面坡度i=1／2.5，屋面倾角，屋架计算跨度为，屋架跨中高度为，上弦长度为，取6节间，节间长度为，节间水平投影长度为mm。
如图9-18示。
图9-18屋架几何尺寸及内力
2支撑布置
根据厂房长度为120m60m，跨度=24m和有桥式吊车的情况，在厂房两端第二柱间和厂房中部设置三道上弦横向水平支撑、下弦横向水平支撑及垂直支撑；并在上弦及下弦各设三道系杆。
上弦因有檩条亦可不设系杆。
如图9—19示。
图9-19屋盖支撑布置
（a）上弦支撑系统、（b）上弦支撑系统、（c）上弦支撑系统
3檩条布置
1．檩条布置檩条采用槽钢檩条，每节间放两根，檩距为2127／3=709mm，檩条跨中设一根拉条。
2．荷载计算屋面坡度，雪荷载按不均匀分布最不利情况考虑，取kN／m2。
雪荷载与活荷载不同时考虑，取较大值，按雪荷载计算。
中波石棉瓦重
本丝板重
攘条和拉条重
合计
雪荷载重
檩条均布荷载设计值
KN/m
KN/m
KN/m
3．内力计算
KN
4．强度计算试选8号槽钢[8，自重0.08KN/m，，，，，，，，，，，，。
截面及受力情况如图9-20所示。
验算点（压）
验算点（拉）
满足强度要求。
5．整体稳定性验算因在檩条跨中设有一道钢拉条，故可不进行该项验算。
6．刚度验算验算与屋面垂直平面的相对挠度，按短期荷载效应组合进行。
荷载标准值
KN/m
KN/m
？
[10槽钢强度和刚度均满足要求。
4屋架设计
1．荷载计算因檩条沿节间布置，先将檩条作为屋架集中荷载计算，再按经验公式计算屋架和支撑自重，最后折算为屋架上弦节点荷载。
因为屋面坡度较小，风荷载为吸力，可不考虑风荷载和积灰荷载影响。
檩条作用在屋架上弦的集中力为
KN
屋架和支撑自重，按轻屋盖估算
KN/m2
节点荷载设计值为
KN
2．屋架杆件内力计算芬克式三角形屋架在半跨雪荷载作用下，腹杆内力不变号，故只需按全跨雪荷载和全跨永久荷载组合计算屋架杆件内力。
根据建筑结构静力计算手册，十二节间芬克式屋架，n=l／h=5，先查得杆件内力系数，再乘以节点荷载KN，即可得出杆件内力（图9—l）最不利内力组合设计值，见表9-3。
表9-3屋架杆件内力组合设计值
杆件
内力系数
内力设计值/Kn
（F=17.748kN）
备注
上弦杆
AB
BC
CD
DE
EF
FG
-14.81
-13.66
-14.07
-13.70
-12.55
-12.95
-262.85
-242.44
-249.71
-243.15
-222.74
--229.84
负为压杆
下弦杆
AH
HI
IJ
+13.75
+11.25
+7.50
+244.04
+199.67
+133.11
正为拉杆
腹杆
DI
BH、GH
EK、FK
HD、DK
IK
KG
GJ
-2.79
-1.21
-1.21
+2.50
+3.75
+6.25
0.00
-49.52
-21.48
-21.48
+44.37
+66.56
+110.93
0.00
符号同上
上弦杆局部弯矩计算。
按两跨连续梁计算，如图9-21示
图9-21节点荷载上弦杆局部弯矩图
端节间：
中间节间及节点：
3．杆件截面选择先将各杆件内力设计值、几何长度、计算长度入表9-4
内，分别计算各杆件需要的截面及填板，然后，填入表中。
按弦杆最大内力-262.85kN，由表9—4选出中间节点板厚度为l0mm，支座节点板厚度为12mm。
（1）上弦杆。
上弦杆内力计有：
，，，；故该杆应按压弯杆计算。
1）强度验算。
截面强度验算由负弯矩控制。
2）弯矩作用平面内的稳定性验算。
，按b类截面查附录（轴心受压稳定系数表），
按有端弯矩和横向荷载同时作用使弦杆产生反向曲率，故取等效弯矩系数采用正弯矩验算：
=125.64+26.483=152.123N/mm2N/mm2
补充验算：
3）弯矩作用平面外的稳定性验算。
由负弯矩控制：
，查附录（轴心受压稳定系数表），，（弯矩使翼缘受拉）。
在计算长度范围内弯矩和曲率多次改变向号，为偏于安全，取。
4）上弦填板的设置。
一个角钢对于平行于填板的自身形心轴的回转半径，。
上弦为压杆，节间长度为212.7cm，每节间设一块填板，则间距为。
填板尺寸为。
（2）下弦杆。
下弦杆均为拉杆，整个下弦采用等截面，按最大内力计算。
屋架平面内计算长度按最大节间，即；屋架平面外计算长度因跨中有一道系杆，故。
下弦杆所需截面积为
选用2L，，采用短肢相并，，。
强度验算：
下弦填板设置：
一个角钢对于平行于填板的自身形心轴的回转半径，拉杆按
节间设两块填板：
填板尺寸为
（3）中间竖腹杆。
中间竖腹杆，cm。
对连接垂直支撑的屋架，采用2L564组成的十字形截面，cm，单个角钢L56，。
按支撑压杆验算容许长细比。
填板设置按压杆考虑：
，设置4块，
，填板尺寸为
（4）主斜腹杆、。
主斜腹杆、两杆采用相同截面，，，内力设计值为。
所需净截面面积，选用2L454，，，
考虑桁架分为两小榀运输时，主斜腹杆需用螺栓在工地拼接，安装螺栓直径取16mm，螺孔直径17.5mm，则实际。
强度验算：
容许长细比验算：
填板设置按，、各设置两块，343.7/3=114.57cm110.4cm。
填板尺寸为。
（5）腹杆。
，，
选用2L504，，，
若选用2L454，，，
若按2L454：
按b类截面查附录（轴心受压稳定系数表）
若按2L504：
故腹杆截面选用2L504。
填板按，应设3块垫板，因腹杆受力不大，且两端焊于节点板上，为减小焊缝起见，采用3块腹板。
填板尺寸为。
（6）腹杆、、、。
4根杆均为压杆、受力及长度均小于杆，故可均按杆选用2L504，只采用2块填板。
（7）腹杆、。
两者均为拉杆。
，，仍选用2L504，验算如下：
填板设置：
按，各设两块，则
，满足条件。
桁架杆件计算列表，见表9-4。
表9-4桁架杆件计算
5.节点设计
（1）下弦中间节点（图7-22）。
下弦中间节点用作拼接节点。
由于屋架跨度为24m，超过运输界限，故将其分为两榀小屋架。
于下弦中间节点处设置工地拼接节点。
拼接角钢设计。
拼接角钢采用与下弦杆相同截面，2L75505，肢背处割棱，竖肢切去mm（余度）。
拼接点一侧每条焊缝长度计算：
拉杆拼接焊缝按等强设计，则
N，取mm
cm
拼接角钢长度mm，取270mm。
下弦杆与节点板焊缝计算：
下弦杆轴拉力通过节点板和拼接角钢两种连接件传递，节点板认为仅承受内力36，6kN，节点板连接焊缝受力甚小，故节点板可按构造确定。
图9-22下弦中间节点I构造
（2）脊节点。
KG斜腹杆与节点板的连接焊缝，取肢背和肢尖的焊脚尺寸为5mm，4mm，则所需的焊缝长度为
肢背mm
肢尖mm
弦杆肢背与节点板的连接焊缝，采用塞焊缝，假定脊节点处檩条传来的力为F/3=17.748／3=5.916kN，此力甚小，且节点板甚长，可满焊，不必计算。
上弦肢尖与节点板连接焊缝，承担两侧弦杆内力差或15％中较大值及其产生的弯矩。
本例中活荷载在全部荷载中所占比例甚小，故由半跨雪载与全部恒载在脊节点两侧上弦杆所产生的内力差甚小，可取15％KN。
按绘制的节点图可知
，取33cm，mm
KN/cm2
KN/cm2
N/mm2
N/mm2
拼接角钢设计。
拼接角钢采用与上弦杆相同截面的角钢，肢背处割棱，垂直肢切去mm，取mm，并将竖肢切口后经热弯成型对焊。
拼接角钢与上弦杆连接焊缝长度，设=5mm，则
mm，取115mm，拼接角钢总长度为
mm
中间竖肢杆与节点板连接焊缝。
因，按构造取mm，实际长度根据绘制施工图确定为=90mm。
脊节点构造如图9-23示。
图9-23脊节点构造
（3）上弦节点。
腹杆与节点板焊缝KN，取mm。
则焊缝长度为
肢背mm，取5cm
取肢间焊缝mm
其余两腹杆内力均小于杆，故按构造决定肢背mm，肢尖
4cm。
上弦杆与节点板焊缝。
节点板尺寸如图7-24示。
节点板缩人深度为6mm，肢背塞焊缝按承受集中荷载进行计算，cm，则
N/mm2<160N/mm2
图9-24上弦节点D构造
肢尖焊缝承受弦杆的内力差KN，偏心距mm，内力较小，且节点板较长，故可按构造布置焊缝，即肢尖满焊，不必计算。
（4）支座节点A。
屋架支承于400mm400mm钢筋混凝土柱上，支座混凝土垫块强度等级为C20级，N／mm2。
支座构造如图9-25示。
为便于施焊，取底板至下弦中心线距离为160mm，下弦截面为2L75505，上弦截面为2L1007。
1）下弦杆与节点板焊缝计算。
KN
肢背cm取150mm
肢尖cm取80mm
图9-25支座节点
2）上弦杆与节点板焊缝计算。
kN。
肢背为塞焊缝，肢背、肢尖均按节点板满焊，=5mm，焊缝长度仅考虑节点中心右边板长的焊缝长度cm，承受荷载为
kN
，取mm
kN/cm2
N/mm2N/mm2N/mm2
3）支座底板计算。
支座反力：
kN
肢座底板需要的受压净面积：
mm2
锚栓直径采用mm，并用U形开口，开孔面积
cm2cm2
则所需面积为cm2
根据构造要求底板尺寸为cm2cm2
底板所受均布荷载反力为N/mm2
N/mm2
4）所需底板厚度t的计算：
按两邻支承边的板计算，查表得
mm，取16mm
底板尺寸为。
5）支座加劲肋设计。
加劲肋厚度取l0mm，焊脚取6mm，焊缝长度仅考虑与支座节点板焊接的焊缝，不考虑与上弦的焊缝，cm。
加劲肋承受的内力为
kN
6）节点板、加劲肋与底板的连接焊缝计算。
取加劲肋切口宽度为15mm，取=6mm，6条焊缝的总计算长度为
其余节点计算从略，构造详见施工图（图9-26）
图9-2624m钢屋架施工图
升级会员 