18m鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)之三角形鋼屋架設(shè)計(jì)

1、2、屋面材料為規(guī)格 18207258 的波形石棉瓦。224、屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，混凝土標(biāo)號(hào) C20，柱頂標(biāo)高 26、焊條型號(hào)為 E43 型。GQ2 屋架桿件幾何尺寸的計(jì)算00a=L/6=9329/61555mm節(jié)間水平段投影尺寸長(zhǎng)度根據(jù)幾何關(guān)系，得屋架各桿件的幾何尺寸如圖 1 所示圖1 3 屋架支撐布置3.1 屋架支撐1、在房屋兩端第一個(gè)之間各設(shè)置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支S.2、因?yàn)槲菁苁怯袡_屋架，為了與其他支撐相協(xié)調(diào)，在屋架的下弦節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)三道柔性水平系桿，上弦節(jié)點(diǎn)處的柔性水平系桿均用該處的檁條代替。3、根據(jù)廠房長(zhǎng)度36m,跨度為 4m，在廠房?jī)啥说诙g和廠房中部設(shè)置三道上

2、弦橫向水平支撐，下弦橫向水平支撐及垂直支撐。如圖 2 所示。圖2 波形石棉瓦長(zhǎng) 1820mm,要求搭接長(zhǎng)度150mm，且每瓦至少要有三個(gè)支撐apn pa pp可以滿足要求。S.圖3 試選用普通槽鋼，查表得m =0.08kN/m,I =101cm ,W =25.3cm ,W =5.8cm ; 截面塑性發(fā)展系數(shù)為433xxyxy0.30.778=0.233（kN/m）0.20.778=0.156（kN/m）0.080（kN/m）k可變荷載k檁條的均布荷載設(shè)計(jì)值Q kq =qsin =1.2170.3162=0.379kN/mxq =qcos =1.2170.9487=1.155kN/my3.2.2

3、 強(qiáng)度計(jì)算檁條的跨中彎距11M q l 1.1554 2.310kNm228X 方向：xS. .11M q l 0.3794 0.190kNm223232yxY檁條的最大拉力（拉應(yīng)力）位于槽鋼下翼緣的肢尖處M2.3101060.190106M138f 215N /mm y2xW W 1.0525.310 1.25.791033xxyy滿足要求。3.2.3 強(qiáng)度驗(yàn)算載荷標(biāo)準(zhǔn)值q (g q )a cos=(0.469+0.467)0.7780.9487=0.691kN/mykkp沿屋面方向有拉條，所以只驗(yàn)算垂直于屋面方向的撓度：q l3 0.69140003384 2.0610 10110 361

4、 150V5511yl 384 EI54x能滿足剛度要求。3.2.4 荷載計(jì)算恒載0.30.778=0.233（kN/m）0.20.778=0.156（kN/m）0.080（kN/m）石棉瓦檁條和拉條合計(jì)g =0.469（kN/m）k可變荷載q =0.6000.778=0.467（kN/m）k檁條的均布荷載設(shè)計(jì)值0.469+1.40.467=1.217kN/mq= g + q =1.2G kQ k節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值P=qas=1.2171.4754=7.18kN4 屋架的力計(jì)算4.1 桿件的軸力芬克式三角形桁架在半跨活（雪）荷載作用下，腹桿力不變號(hào)，故只按全跨對(duì)于十二節(jié)間芬克式桁架，n=17700

5、/2950=6。先差得力系數(shù)，再乘以節(jié)點(diǎn)荷載 的力如表 1 所示。S. . . . .表1 力系數(shù)力設(shè)計(jì)值桿件/kN(P=7.18kN)-17.39-16.13-16.76-16.44-15.18-15.81+16.50+13.50+9.00-2.85-1.34CD上弦桿下弦桿DEEFFGDIBH、CHEK、FKHD、DKIK-1.34腹桿+3.00+4.50+7.500+21.54+32.31+53.830KGGJ4.2 上弦桿的彎矩 =0.8M ，其10它節(jié)間最大正彎矩和節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩為 M 0.6M 。20上弦桿節(jié)間集中載荷節(jié)間最大彎矩P=7.18kNM = Pl/4 =7.181.475/

6、4=2.648kNm0端節(jié)間M =0.8M =0.82.648=2.118kNm10中間節(jié)間及節(jié)點(diǎn)5 屋架桿件截面設(shè)計(jì)M 0.6M 0.62.648=1.589kNm2 0在設(shè)計(jì)屋架桿件截面前，首先要確定所選節(jié)點(diǎn)板的厚度。在三角形屋架中，節(jié)點(diǎn)板厚度與弦桿的最大力有關(guān)。根據(jù)弦桿最大力N =124.86kN,查鋼結(jié)構(gòu)max 頁(yè)表 5-1 單壁式桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表可選擇支座節(jié)點(diǎn)板厚為 8mm,其它節(jié)點(diǎn)板厚為 6mm。5.1 上弦桿 T 采用不同截面時(shí)的桿件拼接。S. . . . .彎矩作用平面的計(jì)算長(zhǎng)度側(cè)向無(wú)支撐長(zhǎng)度l =1555mmoxl =21555=3110mm1A首先試選上弦截面為 2 4

7、3.2cm W70 cm3, 2.14cm3.13cmW17.18cm ii33，,xxmaxxminy截面塑性發(fā)展系數(shù) x =1.05,x =1.2。125.1.1 強(qiáng)度驗(yàn)算取 AB 段上弦桿（最大力桿段）驗(yàn)算：軸心壓力： N=124.86kN M =M =2.118kNm； M =M =1.589kNmxy12截面強(qiáng)度驗(yàn)算由負(fù)彎矩控制。NAM124.861031.589106154N /mm 215N /mm22x18.8410 1.0517.1810 W23nxxmin5.1.2 彎矩作用平面的穩(wěn)定性驗(yàn)算 =l / i =155.5/2.14=72.66150，按GB50017附錄C表C

8、-2查得 =0.734xx0 xx3.14 206 10 18.84 10 2EA32 Ex658.91kN1.121.172.662x0.85mxNM fmx AN1W xExxxmax103106N / 215N /mm22102 13補(bǔ)充驗(yàn)算：NAM fxN1 1.25W xxS. . . . .10310248N / 215N /22 13故平面的穩(wěn)定性得以保證。5.1.3 彎矩作用平面外的穩(wěn)定性驗(yàn)算此穩(wěn)定性由負(fù)彎矩控制，驗(yàn)算上弦桿 ABC 段在彎矩作用下平面外的穩(wěn)定性軸心壓力 N =124.86kN，N =115.81kN。l = l (0.75+0.25N /N )=2155.5(

9、0.75+0.2512oy121115.81/124.86)=305.36 = l / i =305.36 / 3.13=97.56150yoyy0.571查鋼結(jié)構(gòu)附表得y，T bf235235 1 0.0017 1 0.0017 0.571 0.854y235by 0.85。txmx124.86 100.85 1.589 106NM3 210N /mm 215N /mm22txx0.571 18.84 10 0.834 17.18 102 3AWybxmin平面外長(zhǎng)細(xì)比和穩(wěn)定性均滿足要求。5.1.4 局部穩(wěn)定驗(yàn)算對(duì)由 2707 組成的 T 形截面壓彎構(gòu)件翼緣：b btr 70787.8615

10、tt7滿足局部穩(wěn)定要求。腹板：trb b0ttw亦滿足要求。所選上弦桿截面完全滿足各項(xiàng)要求，截面適用。5.2 下弦桿（軸心受拉桿件）整個(gè)下弦鋼不改變截面，采用等截面通長(zhǎng)桿。在下弦節(jié)點(diǎn)I處，下弦桿角鋼水平肢上開(kāi)有直徑為 17.5mm S. . . . .考慮及此。此外，選截面時(shí)還要求角鋼水平肢（開(kāi)孔肢）的邊長(zhǎng)63mm，以便開(kāi) d =17.5mm 的安裝螺栓孔。0首先按段 AH 的軸心拉力 N=118.47kN下弦桿的計(jì)算長(zhǎng)度 l =393.4cm（取下弦桿 IJ段的長(zhǎng)度）oxl =2393.4=786.8cmoy需要N 3A n 22fli x l786.8350i y 2.248cmoy564

11、 的角鋼，其截面相關(guān)參數(shù)為 A=8.78cm ，i =1.73cm，22xi =2.52cm。y5.2.1 長(zhǎng)度驗(yàn)算桿段 AHA =A=8.78cm2nN 118.47103134.93N /mm f 215N /mm22A8.78102n桿段 HI桿段 IJN 96.93103110.40N /mm f 215N /mm22A 8.7810n2N 64.6210373.40N /mm f 215N /mm22A8.78102n5.2.2 長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算li 350 xxloyi786.82.52yy下弦桿長(zhǎng)細(xì)比滿足要求，所以所選下弦桿截面適用。S. . . . .5.3 腹桿5.3.1 中間豎腹

12、桿 JG對(duì)于中間豎腹桿，N=0，l=295cm 2504 組成十字形截面，i i 1.94cm單個(gè)角鋼504， =0.99cmiminl =0.9 l =0.9295=265.5cm0lo0i可滿足要求。5.3.2 主斜腹桿 IK、KG主斜腹桿 兩桿采用相同截面 l =2245.8=491.6cm，x力設(shè)計(jì)值N=+53.85kN所需凈截面面積N 3A 22fli x l491.6350i y1.40cmoy選用 2304，T 形截面A=22.76=5.52cm 2.5cm ，22i =0.90cm0.7cm， i =1.491.40cm 可以使用xy5.3.3 腹桿 DIN =-23.19kN

13、，l =0.8 l=0.8155.5=124.4cm，l =l =155.5cmDIoxoy選用404，A=3.09cm ,i =1.22cm，i =1.96cm2xy剛度驗(yàn)算：li 79150 xxl155.51.96oyiyy0.542按bxS. . . . .N23.19100.5423.091023138N /mm f 215N /mm22 Ax5.3.4 腹桿 BH、CH、EK、FK4 根桿均為壓桿，受力及長(zhǎng)度均有小于 DI 桿，故可按 DI 桿選用404，只不采用填板。5.3.5 腹桿 HD、DK兩者均為拉桿。N=+212.54kN,l=24.58cm。仍選用304，A=2.76c

14、m2驗(yàn)算如下：N 378N / f N /22A 2 =l / i =0.8245.8/0.9=218.49350oxxx可滿足要求。5.4 填板設(shè)置與尺寸選擇雙角鋼桿件的填板設(shè)置與尺寸選擇如表 2表2 ib下2955腹桿 3046 屋架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)角焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)（E43 型焊條） fw160N/mm2f屋架各桿件軸線至各桿件角鋼背面的距離 Z 如表 3，表中 Z 為桿件重心00線至角鋼背面的距離。S. . . . .表3 Z 000腹4043046.1 支座節(jié)點(diǎn) A6.1.1 下弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算N=118.47kN k 0.7 k 取角鋼北部焊腳尺寸h mm0.3125h 5mm f1

15、f 2強(qiáng)度要求得背部k N10.7118.47103l 74mm32mm20.7h f20.751601wf1f趾部k N220.7h f0.3118.4710320.75160l w2wf 2f實(shí)際焊縫長(zhǎng)度采用角鋼背部 l=90mm 趾部 l =50mm126.1.2 繪制節(jié)點(diǎn)詳圖按以下方法、步驟和要求畫(huà)節(jié)點(diǎn)大樣，并確定節(jié)點(diǎn)板尺寸S. . . .011圖4 AN=124.86kN， P=P/2=7.18/2=3.59kN1節(jié)點(diǎn)板與角鋼背部采用塞焊縫連接（取 h = t/2=4mmf111 0取焊腳尺寸=4mm，由節(jié)點(diǎn)圖中量得實(shí)際焊縫長(zhǎng)度 l=474mm(全長(zhǎng)焊hf 2 l =l2-8mm=4

16、74-8=466mm60h =240mm，f2S. .取最小 l =60，h =240mm 計(jì)算，f26M20.7h l66.243106116.1N /mm292.9N /mm2f220.742402f 2 w2N124.8610320.7h l20.74240ff 2 w2 2116.11.22292.9 133.0N /mm f N mm160 / f222w2 ff f焊縫強(qiáng)度可滿足要求。6.1.4 底板計(jì)算支座反力R=6P=67.18=43.08kN，采用 C20 混凝土柱 =10 N/mm2。fc錨栓直徑采用 220，錨栓套板用-401040，孔徑 22。（1）底板面積 A底板與鋼

17、筋混凝土柱面間的接觸面面積A=2222-2（45+0.5 52/4）=424.4 2；cm接觸面壓應(yīng)力：R 32q A N /f 10N /22c ab=220mm220mm 適用。（2）底板厚度 t寬計(jì)算） M q1 a21（j）122a 1 22斜邊221 221.22214.8b 7.4cm1b /a 0.5，查表得 =0.06，代入（j）11 2M q1 a 0.06 1.021 14.810 Nmm21S. . . . .6M61341t mmf215所需底板厚度，取 t=12mm。底板選用-22012220。6.1.5 節(jié)點(diǎn)板、加勁肋與底板間的水平連接焊縫的計(jì)算（1）節(jié)點(diǎn)板與底板間

18、水平連接焊縫承受軸心力N=R/2=43.08/2=21.54kN l 2 2208 424mm焊縫計(jì)算長(zhǎng)度wN21.54103h f w0.37mm0.7 lf0.7424 1.22160需要wffh 1.5 t 1.5 12 5.2mmf構(gòu)造要求max采用 h=6mm，滿足要求。f（2）加勁肋與底板間水平連接焊縫N=R/2=43.08/2=21.54kN l 4 548 184mmw21.54103h f0.86mm0.7184 1.22160需要采用 h=6mm，滿足要求。f6.1.6 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板間豎向連接焊縫計(jì)算加勁肋厚度采用 6mm，與中間節(jié)點(diǎn)板等厚。每塊加勁肋與節(jié)點(diǎn)板間豎向連接焊

19、縫受力：1 R 1 V 10.77 2 22 b2204M V 10.7710 0.59kNmm34焊縫計(jì)算長(zhǎng)度需要l =(40+63)-10=93mmw22121h V2w20.7l220.7l20.7l fwffwfwfwwff32126 1.582h 1.5 t 1.5 12 5.2mmf構(gòu)造要求maxS. . . .f6.2.1 按一下方法、步驟和要求繪制節(jié)點(diǎn)詳圖（1）嚴(yán)格按幾何關(guān)系畫(huà)出匯交于節(jié)點(diǎn) B 的各桿件軸線（軸線至桿件角鋼背面的距離 Z 按表 306.2.2 上弦桿與節(jié)點(diǎn)板間連接焊縫計(jì)算P=7.18kN12節(jié)點(diǎn)荷載 P 假定全部由上弦桿角鋼背部塞焊承受，取焊腳尺寸 =3 mm，

20、f（ P 值很小，焊縫強(qiáng)度不必計(jì)算。t212 12M N 70Z 103 9.05 7020 103 0.45kNm0圖5 由圖中量得實(shí)際焊縫長(zhǎng)度 l =141mm,計(jì)算長(zhǎng)度 l =l -8mm=141-8=133mm22S. .21 h N2w220.7l ff 2w需要w2ff 2126 0.6432h 1.5 t 1.5 12 5.2mm構(gòu)造要求采用 h=6mm，滿足要求。fmaxf其他上弦一般節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn) C、D、E 和 F）的設(shè)計(jì)方法、步驟等與節(jié)點(diǎn)B 相同，節(jié)點(diǎn)詳圖見(jiàn)圖 5 所示。因節(jié)點(diǎn) E 和節(jié)點(diǎn) B 的幾何關(guān)系、受力等完全相同，故節(jié)點(diǎn)詳圖也完全相同。節(jié)點(diǎn) C 和節(jié)點(diǎn) F 的詳圖也完

21、全相同。6.3 屋脊拼接節(jié)點(diǎn) GN=113.5kNP=7.18kN6.3.1 拼接角鋼的構(gòu)造和計(jì)算拼接角鋼采用與上弦桿截面相同的 707。拼接角鋼與上弦桿間連接焊2縫的焊腳尺寸取 h=6mm。fN113.5103l w 42mm40.7h f40.76160wff拼接處左右弦桿端部空隙 40mm，需要拼接角鋼長(zhǎng)度707 40 1 24210 25.221.1 196.6mmL 2 l 102.52 cos aw為了保證拼接處的剛度，實(shí)際采用拼接角鋼長(zhǎng)度 L =350mm。a此外，因屋面坡度較大，應(yīng)將拼接接角鋼的豎肢剖口 = 采用 40mm，如圖6 所示，先鉆孔在切3割，然后冷彎對(duì)齊焊接。6.3.2 繪制節(jié)點(diǎn)詳圖 B 縫尺寸按表 4 拉主斜桿與跨中吊環(huán)桿上分別設(shè)置直徑為 17.5mm 和 13mm 的安裝螺栓孔，節(jié)點(diǎn)詳圖如圖