完整word版三角形钢屋架计算实例.docx
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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
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