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(5)檩条自重
0.25kN/m
(6)屋架及支撑自重
0.12+0.011/kN/m2
8、运输单元最大尺寸长度为15m,高度为4.0m。
1、屋架几何尺寸
屋架上弦节点用大写字母A,B,C……连续编号,下弦节点以及再分式腹杆节点用小
写字母a,b,c连续编号。
由于梯形屋架跨度L=30m>
24m,为避免影响使用和外观,
制造时应拱起/=Z/500=60mm„屋架计算跨度k=L-2x0.15=30-2x0.15=29.7m。
拱起后屋架杆件几何尺寸和节点编号如图2所示(其中虚线为原屋架,实现为拱起后屋
架)。
/-/
图2屋架几何尺寸
运输单元的最大尺寸为长度15m,高度4m。
此屋架跨度30m,高度3.15m,所以可将屋架从屋脊处断开,取一半屋架作为运输单元,长度为15m,高为3.15m。
两个运输单元分别在工厂里面制作完成后,再运输至施工现场进行拼接。
2、檩条布置
f立条
屋面采用长尺复合屋面板单坡内不需要搭接,在屋架上弦节点设置檩条,水平檩距为1.5m。
檩条跨度/=12m>
6m,在跨中三分点处设置两道拉条,为檩条提供两个侧向支撑点。
由于风荷载较大,故在屋檐和屋脊处都设置斜拉条和刚性撑杆,以将拉条的拉力直接传递给屋架。
檩条、拉条和撑杆的设置如图3所示。
/
\
1
y
\丨
拉条—
檩条
撑杆
图3拉条和撑杆的布置
三、支撑布置
1、上弦横向水平支撑
上弦横向水平支撑应设置在厂房两端的第一个柱间,且间距不宜超过60m。
本车间长度为144m,因此需要布置四道横向水平支撑,如图4所示。
12X12=14%!
图4上弦横向水平支撑
2、下弦横向和纵向水平支撑
屋架跨度Z=30m>
24m,且车间内有两台15t/3t中级工作制软钩桥式吊车,故应设置下弦横向和纵向水平支撑。
下弦横向水平支撑与上弦横向水平支撑布置在同一柱间,如图5所示。
下弦馳水平支撑
下錄向水平支撑
柔性系杆
3、垂直支撑
垂直支撑必须设置。
对于本屋架结构,在跨度中央设置一道中间垂直支撑,在屋架两端各设置一道垂直支撑。
垂直支撑只设置在有横向水平支撑的同一柱间的屋架上,如图6所示。
I
工
DKIXI
CXDx]
lov
1)跨中垂直支撑
(2)端部垂直支撑
12X12=144m
图6垂直支撑
4、系杆
没有设置横向水平支撑的屋架,其上下弦的侧向支撑点由系杆来充当。
上弦平面内,屋脊和屋檐处需要设置刚性系杆,其支撑点处设置柔性系杆。
本屋盖结构中,檩条长细比入=
=(1200cm/3)/2.23cm=179.4<
200,故可兼充上弦平面的刚性和柔性系杆。
下弦平面设置
两道柔性系杆(图5),可采用Z45X5的单角钢。
四、荷载与内力计算
1、荷载计算
(1)永久荷载
0.30kN/m20.167kN/m20.45kN/m20.917kN/m2
复合屋面板自重檩条自重屋架及支撑自重永久荷载总和
(2)可变荷载
(a)活荷载:
雪荷载为OkN/m2,屋面活荷载0.50kN/m2,取0.50kN/m2。
(b)风荷载:
Wk=fhfhfhWo。
/^=1.0,/4=1.0,=0.75kN/m2,迎风坡面/6=-0.6(crarctan1/10=5.7。
),背风坡面/6=-0.5。
故迎风面从尸-0.45kN/m2,背风面的=-
0.375kN/m2。
2、荷载组合
设计屋架时,考虑以下四种荷载组合:
(1)组合一:
全跨永久荷载+全跨可变荷载永久荷载0.9171^/1112小于可变荷载0.501^/1112的2.8倍,故由活载起控制作用,荷载设
计值为
q=1.2x0.917+1.4x0.5=1.80kN/m2则屋架的上弦节点荷载为
P=qA=1.80x12x1.5=32.40kN
(2)组合二:
全跨永久荷载+半跨可变荷载
全跨永久荷载:
^/=1.2x0.917=1.10kN/m2Pi=qiA=1.10x12x1.5=19.80kN半跨可变荷载:
^=1.4x0.5=0.70kN/m2/^=^=0.70x12x1.5=12.60kN
(3)组合三:
全跨屋架及支撑自重+半跨屋面结构材料+半跨施工荷载
全跨屋架及支撑自重:
^=1.0x0.45=0.45kN/m2/^=^=0.45x12x1.5=8.10kN半跨屋面结构材料+半跨施工荷载(屋面活荷载):
q4=1.2x(0.30+0.167)+1.4x0.5=1.26kN/m2P4=qA=1.26x12x1.5=22.68kN
(4)组合四:
全跨永久荷载+风荷载
迎风面:
q5=1.2x0.917-1.4x0.45=0.470kN/nr>
背风面:
q6=1.2x0.917-1.4x0.375=0.575kN/m2>
可见,风荷载吸力不会引起屋架杆件内力由拉力变为压力,不需要考虑该组合。
上述各荷载组合中,端部节点荷载取跨中节点荷载的一半。
3、内力计算
本设计采用数值法计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数(单位节点力分别作用于全跨、左半跨和右半跨),内力计算结果如表1所示。
表1屋架杆件内力组合表
内力系数(P=l)
组合一
PX①
组合二
组合三
计算内力_
杆件
名称
全跨
①
左半
跨
②
右半
③
PiX①+
P2x②
P2X③
P3X①+P4x②
P3X①+P4x③
AB
0.00
BC
-13.18
-9.54
-3.64
-427.06
-381.21
-306.83
-323.18
-189.29
CD
■13.18
■381.21
■323.18
上
弦
杆
DE
-20.80
-14.33
-6.47
-674.03
-592.46
-493.46
■493.52
-315.31
EF
■14.33
■315.31
FG
-24.27
-15.63
-8.64
-786.27
-677.40
-589.37
-550.99
-392.53
■786.27
GH
■15.63
■589.37
■392.53
HI
-24.89
■14.54
-10.35
-806.33
-675.90
-623.19
-531.24
-436.36
1J
-25.42
-15.06
■10.35
■823.47
-693.04
-633.66
-547.52
-440.64
JK
■15.06
-823.47
ab
7.13
5.27
1.86
230.85
207.44
164.49
177.17
99.85
下
be
17.54
12.40
5.13
568.16
503.50
411.86
423.37
258.42
cd
22.84
15.26
7.59
740.14
644.55
547.90
531.07
357.10
de
24.75
15.25
9.50
801.90
682.25
609.70
546.43
415.85
ef
23.36
11.68
756.77
609.62
454.06
aB
■11.88
-8.78
■3.10
-384.75
-345.73
-274.14
-295.28
-166.42
■384.75
Bb
9.36
6.60
2.75
303.18
268.48
219.97
225.57
138.24
斜
腹
bD
■7.61
-5.01
-2.60
-246.40
-213.65
-183.33
-175.13
-120.55
Dc
5.44
3.19
2.25
176.39
148.00
136.18
116.47
95.19
cF
-4.04
-1.88
■2.16
-131.05
-103.81
-107.33
-75.47
-81.79
■131.05
Fd
2.46
0.55
1.91
79.67
55.64
72.72
32.43
63.18
dH
■1.24
0.61
-1.85
-40.23
-16.91
-47.90
3.75
-52.02
-52.02/3.75
He
0.03
■1.63
1.66
0.88
-19.98
21.40
■36.71
37.77
■36.71/37.77
Ig
0.69
22.38
13.68
21.26
5.60
eg
2.04
4.04
-2.00
66.05
91.24
15.18
108.08
■28.81
-28.81/108.08
gK
2.80
4.80
90.78
115.96
30.30
131.57
-22.63
-22.63/131.57
Aa
-0.50
■16.20
-9.90
-15.39
-4.05
Cb
-1.00
■32.40
-19.80
■30.78
-8.10
竖
Ec
Gd
1e
-1.50
-48.60
-29.70
-46.17
-12.15
Jg
Kf
五、杆件截面设计
1、节点板厚度
对于梯形屋架,节点板厚度由腹杆最大内力(一般在支座处)来决定,按下表取值:
梯形屋架、平行弦屋架腹杆最大内力三角形屋架端节间弦杆内力(kN)
彡200
201〜320
32卜520
521〜780
781〜1170
支座节点板厚度(mm)
8
12
14
16
本屋架中腹杆最大内力1=-384.75kN,因此支座节点板厚取12mm,中间节点板厚减小2mm,取10mmo
2、杆件计算长度系数及截面形式
(1)上弦杆
面内计算长度系数//x=1.0,根据上弦横向水平支撑的布置图(图4),面外计算长度系数Ay=4.0。
Ay=4Ax,根据等稳定原则,采用两不等肢角钢短肢相并组成的T形截面。
(2)下弦杆
与上弦杆类似,面内计算长度系数//X=1.0,根据下弦横向水平支撑的布置图(图5),面外计算长度/y=6000mm。
下弦杆受拉,不需考虑稳定性,因此下弦杆采用两等肢角钢组成的T形截面。
(3)支座腹杆(Aa、aB)
面内和面外计算长度系数均为1.0,采用两等肢角钢组成的T形截面。
(4)再分式腹杆(eg、gK)
面内计算长度系数//x=1.0,面外计算长度系数
U=0.75+0.25^1=2xf0.75+025'
108081=1.91>
1.0
yII-131.57」
采用两不等肢角钢短肢相并组成的T形截面。
(5)跨中竖腹杆(Kf)
考虑传力时竖杆不致偏心,常采用两个等肢角钢组成的十字形截面,斜截面内计算长度系数为
0.9。
(6)其他腹杆
面内计算长度系数=0.8,面内计算长度系数作=1.0,根据等稳定原则,采用两等肢角钢组成的T形截面。
3、上弦杆
上弦杆需要贯通,各杆截面相同,按IJ、JK杆的最大内力设计,即#=-823.47kN。
计算长度/ix=1508mm,i=4/ix=6032mm。
截面选用2Z160X100X12,短肢相并,肢背间距沒=10mm,截面几何特性为:
A=60.108cm2,ix=2.82cm,iy=7.75cmo
(1)刚度验算
h)x_
150.8
2.82
_
603.2
7.75
:
53.48<
[^]=150
,满足
=77.83<
[A]=150
(2)整体稳定验算
bxli=160/12=13.3彡0.56/0y/h=0.56X6032/160=21.1,因此绕y轴弯扭屈曲的换算长
细比为‘=Ay=77.83,‘>
Ay,则上弦杆绕y轴弯扭屈曲,按b类截面查得稳定系数^=0.702,
贝IJ—=~82347x10~-=195.15N/mm2<
/=215N/mm2,满足
<
pA0.702x60.108xlO2
4、下弦杆
下弦杆需要贯通,各杆截面相同,按IJ、JK杆的最大内力设计,即灰=801.90kN。
计算长度Ax=3000mm,/Sy=2/ix=6000mm。
截面选用2Z100X10,肢背间距10mm,截面几何特性为:
j=38.522cm2,ix=3.05cm,iy=4.52cm。
A=^=^-=98.36<
[A]=35043.05[」
A=^=—=132.74<
[^1=350
少iy4.52l」
(2)强度验算
N801.90xl03—…'
T,22
——=—=208.17N/mm<
215N/mm,細足
A38.522xl02
5、再分式腹杆eg-gK
再分式腹杆在g节点处不断开,采用通常杆件,最大拉力为#gK=131.57kN,最大压力为双g=-28.81kN。
可见,该截面由gK杆的最大拉力确定,即#=131.57kN。
计算长度/0x=2179mm,‘=1.91/ix=4162mm。
截面选用2Z63X5,肢背间距10mm,截面几何特性为:
A=12.286cm2,ix=1.94cm,/少=2.96cm。
(1)刚度验算(按压杆考虑)
A=^=^9=112.32<
[^]=15041.94[」
I=4162=14060<
⑷=150
少iy2.96l」
—=13157x10=i07.09N/mm2<
215N/mm2,满足A12.286xl02
6、竖腹杆Kf
竖腹杆Kf为零力杆,截面只根据刚度条件选择,计算长度/Qu=/ov=0.9X3150=2835mm。
截面选用2Z45X4,十字形截面,肢背间距8mm,截面几何特性为:
d=6.972cm2,/u=1.74cm,/v=2.51cm。
(1)刚度验算(按支撑的受压杆件考虑,容许长细比为200)
又„=^=162.93<
=200
/174
u+,满足
/^=28^5=n295<
r^i200
iv2.51LJ
其余杆件的截面设计过程详见表2所示。
(注:
表2中带*号的截面为两不等肢角钢短肢相并截面)
表2杆件截面验算表
杆件名称
截面特性
杆件特性
设计参数
验算过程
结论
截面规格
^(cm2)
/Xcm)
计算内力(kN)
Z(mm)
jUx
/^y
Ax
Ay
Ayz
(P
应力比
上弦杆
IJ/JK
2Z160xl00xl2*
60.108
1508
1.00
4.00
53.48
77.83
0.702
0.91
满足
下弦杆
2Z100xl0
38.522
3.05
4.52
3000
2.00
98.36
132.74
—
0.97
2Z90x8
27.888
2.76
4.09
2254
81.67
55.11
60.39
0.677
0.95
2Z75x5
14.824
2.33
3.43
2338
0.80
80.27
68.16
一
2Z80x6
18.794
2.47
3.65
2586
83.76
70.85
76.58
0.663
0.92
2Z45x5
8.584
1.37
2.26
2576
150.42
113.98
0.96
斜腹杆
2Z63x6
14.576
1.93
2.99
2830
117.31
94.97
97.43
0.451
0.93
2Z45x4
6.972
1.38
2.24
2825
163.77
126.12
0.53
2Z56x4
8.780
1.73
2.67
■52.02
3094
143.08
115.88
119.41
0.333
0.83
3083
142.57
115.47
119.01
0.335
0.60
lg
1965
113.91
87.72
0.15
eg/gk
2Z63x5
12.286
1.94
2.96
2179
112.32
140.60
0.50
-16.20
1665
120.65
74.33
77.59
0.433
0.25
1950
113.04
87.05
89.84
0.475
0.45
2250
130.43
100.45
102.86
0.385
0.56
竖腹杆
■32
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