芬克式三角形鋼屋架設計

1、芬克式三角形鋼屋架設計一、 設計資料某廠房總長度為36m，跨度為18m，縱向柱矩為6m。初選芬克式屋架基本形狀及尺寸參數如下圖所示：屋面坡度，坡角，；屋架計算長度；中間高度；上弦劃分為4個區(qū)間，每個區(qū)間長度；下弦分為3個區(qū)間。區(qū)間長度分別為，；上弦每節(jié)間設置兩根檁條，檁條間設有拉條，檁條間距為。屋架支撐布置如下圖所示：1）永久荷載彩色鋼板屋面：；保溫層及燈具：；屋架及支撐自重按經驗公式計算；檁條重量：；2） 可變荷載屋面活載 ： ；雪荷載： ；積灰荷載： 二、荷載計算1.荷載標準值計算將沿屋面斜面分布的恒荷載換算為沿水平投影面分布的荷載，應乘以系數。彩色鋼板屋面： 保溫層及燈具： 屋架及支撐自

2、重： 檁條重量： 恒載合計： 屋面活載 （或雪荷載，兩者中取較大值）： ；積灰荷載： 2、荷載組合由建筑結構靜力計算手冊查表可知，三角形芬克式屋架的腹桿在半跨荷載下內力不變號。只按全跨荷載計算即可。節(jié)點荷載四、屋架設計1.節(jié)點集中荷載計算節(jié)點荷載取等效荷載示意圖如下示：2.屋架內力計算各桿件內力系數如下圖示： 各桿件內力設計值桿件上弦桿7腹桿下弦桿ABBCCDDEBFCFCGCHDHEHGHAFFGGJ系數-9.42-9.05-8.68-8.31-0.931.25-1.861.25-0.933.752.508.757.505.00內力值-453.67-435.85-418.03-400.21-

3、44.7960.2-89.5860.2-44.8180.6120.4421.4361.2240.8 中間節(jié)點處集中荷載為檁條作用在屋架上弦桿的集中荷載，本例中根據檁條布置位置應取為F/3。則檁條集中荷載作用時 端節(jié)點彎矩 其他節(jié)間的正彎矩和節(jié)點負彎矩 3.上弦桿截面設計整個上弦桿采用等截面，按最大內力桿設計（壓桿） 桿端，選用角鋼2L10016等肢相拼成T形截面，（其中a=12mm，為節(jié)點板厚度，根據鋼結構課程設計P23表2-3選用） 上弦桿是壓彎構件1）強度驗算故強度滿足要求2）穩(wěn)定驗算a. 由正彎矩控制的平面內長細比：，繞X軸屈曲時屬于b類截面，查表可得 構件產生反向曲率 滿足要求較小翼緣

4、受拉區(qū)： 滿足要求b. 由負彎矩控制的平面外 由于受壓弦桿側向支撐點間距為節(jié)間長度的2倍，且 （鋼結構設計規(guī)范P51（5.3.1）式） 則 換算長細比 （鋼結構設計規(guī)范P41（5.1.2-6a）式）繞y軸屈曲時處于b類截面 由查表可得 構件產生反向曲率翼緣受拉且腹板 故 滿足要求3）上弦填板的設置（鋼結構設計規(guī)范P43 5.1.5條）查型鋼表，一個角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉半徑i=2.98cm，則40i=119.2cm。上弦節(jié)間長度為238.3cm。每節(jié)間設一塊填板，間距為238.3/2=119.15cm119.2cm.填板尺寸。(鋼結構課程設計P23)4.下弦桿截面設計整個下弦桿采

5、用等截面，故按最大內力設計 所需桿件截面積 選用角鋼2L70455短肢相拼成T形截面查表可得： 對于拉桿 均滿足要求，故下弦桿所選鋼材滿足設計要求 3）下弦填板的設置（鋼結構設計規(guī)范P43 5.1.5條）查型鋼表，一個角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉半徑i=2.33cm，則80i=186.4cm。下弦節(jié)間AF、FG長度為256.6cm。每節(jié)間設一塊填板，間距為238.3/2=128.3cm186.4cm.下弦節(jié)間GJ長度為371.8cm。每節(jié)間設兩塊填板，間距為371.8/3=123.9cm186.4cm.填板尺寸。(鋼結構課程設計P23)5.腹桿截面設計1) 腹桿EG在節(jié)點H處不斷開，采

6、用通長桿件 所需桿件截面積選用角鋼2L455相拼組成T形截面查表可得： 對于拉桿 均滿足要求，故腹桿EG所選鋼材滿足設計要求 填板設置 按 GH、HE各設置兩塊，256.6/3=85.5cm109.6cm填板尺寸。2) 腹桿CF和CH選用單角鋼L455，所需桿件截面積查表可得： 對于拉桿 均滿足要求，故腹桿CF和CH所選鋼材滿足設計要求3) 對于腹桿BF和DH（壓桿），初選單角鋼L568 ，換算長細比 由于，所以只求，由查表可得： 強度、穩(wěn)定性均滿足要求，故所選鋼材滿足設計要求。填板設置 按 CF、CH各設置一塊，95.3/2=47.7cm54.8cm。應設3塊填板，但考慮腹桿受力不大，且兩端

7、焊于節(jié)點板上，為減小焊縫起見，可采用兩塊填板。填板尺寸5）中間豎腹桿EJ（1）按構造考慮，為安裝垂直支撐，采用螺栓直徑d=18mm，選用2L705，組成十字形截面。查型鋼表知。（2）容許長細比按支撐壓桿考慮 （3）填板設置按壓桿考慮 設置4塊，354/5=70.855.6cm 但考慮中豎桿兩端有節(jié)點板，且本身亦非完全壓桿，為避免焊縫過密，只設置4塊。 填板尺寸5、 節(jié)點設計 由于采用E43型手工焊，Q235級鋼材、角焊縫，查表知 1 下弦節(jié)點F 對于CF桿和BF桿 取桿件厚度 ， 故可取肢背實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取故桿件BF、CF與節(jié)點板的角焊縫長度為肢背105 mm、肢尖均50m

8、m，焊腳尺寸4mm根據所求焊縫長度，并考慮桿件之間應有間隙以及裝配等誤差，按實際比例繪節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為。節(jié)點板與下弦桿滿焊，故焊縫長度，取焊縫承受內力肢背側焊縫：故焊縫強度滿足要求。2 下弦節(jié)點G（考慮運輸和施工方便，下弦桿在節(jié)點G處斷開） 對于CG桿和CH桿，取桿件厚度 ， 故可取肢背實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取故桿件CG、CH與節(jié)點板的角焊縫長度為肢背105 mm、肢尖50mm，焊腳尺寸4mm根據所求焊縫長度，并考慮桿件之間應有間隙以及裝配等誤差，按實際比例繪節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為。節(jié)點板與下弦桿滿焊，故焊縫長度，取焊縫承受內力肢背側焊縫故

9、焊縫強度滿足要求。下弦桿斷開處采用同型號角鋼L755010進行拼接，為使拼接角鋼與弦桿之間能夠緊密結合，并便于施工，需將拼接角鋼的尖角去除，且截去垂直肢的寬度?？紤]兩弦桿間的空隙，拼接角鋼的長度為3 上弦節(jié)點C 對于桿件CF、CH， 取肢背實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取對于桿件CG， 取肢背實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取焊腳尺寸4mm根據所求焊縫長度，并考慮桿件之間應有間隙以及裝配等誤差，按實際比例繪節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸為 。上弦桿與節(jié)點板間焊縫，承受上弦桿內力差與檁條傳來的集中荷載作用。為了便于在上弦桿上安置檁條，節(jié)點板的上邊緣可縮進上弦肢背。用槽焊縫把上弦桿與

10、節(jié)點板焊接起來。集中荷載，對槽焊縫長度中心偏心距很小，故可認為彎矩。槽焊縫，與上弦桿滿焊，故（趙風華主編鋼結構設計原理P269（7.20）式） 滿足要求實際上因F不大，可按構造滿焊。（鋼結構課程設計P27）內力差 偏心距故節(jié)點板與上弦桿肢尖滿焊焊縫長度。 滿足要求4 上弦節(jié)點B、D由于上弦桿節(jié)點B、D處腹桿內力F和相鄰弦桿節(jié)間內力差均很小，可按構造要求確定焊縫尺寸，取，肢背、肢尖焊縫長度5 屋脊節(jié)點E屋脊節(jié)點處弦桿有斷開，采用同型號角鋼L1007進行拼接，尖角削除，且截去垂直肢的寬度。 對于桿件EH ， 取肢背實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取根據所求焊縫長度，并考慮桿件之間應有間隙以及裝配

11、等誤差，按實際比例繪節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸如圖示。節(jié)點板與上弦桿肢尖的連接焊縫承受的內力按計算，且考慮偏心距，則承受彎矩取肢尖滿焊焊縫長度 屋脊節(jié)點處集中荷載F由檁條與上弦桿肢背焊縫承受，驗算過程與結果同節(jié)點C拼接角鋼焊腳尺寸取，故一條焊縫計算長度為：故所需拼接角鋼長度，取6、下弦中間節(jié)點J（1）拼接角鋼與下弦桿連接焊縫設，按下式計算，取290mm。拼接角鋼長度為?？紤]拼接螺栓等的需要，實際取長度為700mm，截面與下弦角鋼相同為2L755010，其垂直肢應切去的長度為。（2）下弦桿與節(jié)點板焊縫計算因有節(jié)點拼接角鋼傳力，故認為只承受內力 受力很小，節(jié)點板按構造絕對即可。（3）中

12、間豎桿，節(jié)點板尺寸亦按構造決定。7、節(jié)點H1）、腹桿DH，CH所需焊縫已于上述節(jié)點D和C中算出，節(jié)點板如圖所示。2）、GE桿與節(jié)點板焊縫驗算內力差 節(jié)點板長200mm（?。┲?完全滿足要求。8、 端支座節(jié)點A （節(jié)點詳圖可參看鋼結構課程設計P29圖2-23）屋架支撐于的鋼筋混凝土柱上采用C20級混凝土，對于AF桿，2L755010短肢相拼為T形截面，取。肢背 實際焊縫長度，取肢尖實際焊縫長度，取對于AB桿，節(jié)點板縮進肢背，與弦桿肢背用槽焊縫連接肢背實際焊縫長度，取肢尖，實際焊縫長度，根據所求焊縫長度，并考慮桿件之間應有間隙以及裝配等誤差，按實際比繪節(jié)點詳圖如上圖示，從而可確定節(jié)點板尺寸如圖示。9.支座底板尺寸計算支座反力支座底板凈面積錨栓直徑采用，U形開口面積故底板所需面積根據構造要求選取底板尺寸故底板所受均布荷載反力，查表得底板單位寬度彎矩故支座底板厚度由于桁架跨度18m