21米三角形钢屋架设计

钢屋架课程设计计算说明书一、 屋架杆件几何尺寸的计算 根据所用屋面材料的排水要求及跨度参数，采用芬克式三角形屋架。屋面坡度为，屋面倾角为，。屋架计算跨度： 屋架跨中高度： 上弦长度： 节间长度： 节间水平段投影尺寸长度： 根据几何关系，得屋架各杆件的几何尺寸如下图所示。图1 屋架形式及几何尺寸二、 屋架支撑布置1. 屋架支撑 （1）在房屋两端第一个之间各设置一道上弦平面横向支撑和下弦平面横向支撑。 （2）因为屋架是有檩屋架，为了与其他支撑相协调，在屋架的下弦节点设计三道柔性水平系杆，上弦节点处的柔性水平系杆均用该处的檩条代替。 （3）根据厂房长度为120m，跨度为21m，有中级工作制软钩桥式吊车等因素，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，如下图所示。图2 屋盖支撑布置2. 檩条设计根据屋面材料的最大容许檩距，可将檩条布置育上弦节点上，檩条间距为节间长度。在檩条的跨中设置一道拉条。见图1。选用20a槽钢截面，由型钢表可查得，自重，。 （1）荷载计算（对轻屋面，可只考虑可变荷载效应控制的组合）永久荷载：（坡面）板荷载： 檩条和拉条： 可变荷载：（檩条受荷水平投影面积为，未超过，故屋面均布活荷载取，大于雪荷载，故不考虑雪荷载。） 檩条均布荷载设计值： （2）强度验算弯矩设计值（见图3）：X方向：Y方向： （在跨中设置了一道拉条） 檩条的最大拉力（拉应力）位于槽钢下翼缘的肢尖处：满足要求。图3 弯矩计算图（2）刚度验算只需验算垂直于屋面方向的挠度即可。荷载标准值：因有拉条，不必验算整体稳定性。故选用20a能满足要求。三、 屋架内力计算1. 屋架节点荷载计算永久荷载（水平投影面）：屋面板： 檩条和拉条： 屋架和支撑自重： 屋面活荷载（因活荷载大于雪荷载，故不考虑雪荷载）： 屋架上弦在檩条处的集中荷载：屋架上弦在檩条处的集中荷载设计值由可变荷载效应控制的组合为 2. 屋架杆件内力计算芬克式三角形桁架在半跨活荷载作用下，腹杆内力不变号，故只按全跨活荷载和全跨永久荷载组合计算桁架杆件内力。这里采用清华大学研发的结构力学求解器进行求解计算。计算结果如下图。图4 杆件内力图（单位：kN）四、 屋架杆件设计在设计屋架杆件截面前，首先要确定所选节点板的厚度。在三角形屋架中，节点板厚度与弦杆的最大内力有关。根据弦杆最大内力,查钢结构设计及实用计算P83页表5-1单壁式桁架节点板厚度选用表可选择支座节点板厚为12mm,其它节点板厚为10mm。1. 上弦杆整个上弦杆采用等截面通长杆，由两个角钢组成T形截面压弯构件，以避免采用不同截面时的杆件拼接。 弯矩作用平面内的计算长度： 侧向无支撑长度： 首先试选上弦截面为210010，节点板厚10mm，查钢结构得其主要参数：，。如下所示。图5 上弦截面根据，查表可得，故选择截面合适。2. 下弦杆下弦杆也不改变截面，按最大内力计算。，屋架平面内的计算长度取最大节间IJ长度，即：。选用2564的角钢，其截面相关参数为，。如下所示。图6 下弦截面选择截面合适。3. 腹杆（1）DI杆，选用2504，其截面相关参数为，。根据，查表可得，故所选截面合适。（2）BH、CH、EK、FK杆，选用706单角钢截面，其截面相关参数为，。由，查表可得。单角钢单面连接计算构件稳定性时强度设计值折减系数为： 故所选截面满足要求。（3）HD、DK杆，选用504单角钢截面，其截面相关参数为，。单角钢单面连接计算构件强度时的强度设计值折减系数取0.85，则所选截面合适。（4）IK、KG杆两根杆件采用相同截面，并按最大内力计算，。选用2504，其截面相关参数为， 故所选截面满足要求。（5）GJ杆 ，。对于有连接垂直支撑的屋架WJ-2，采用2506组成的十字形截面，并按受压支撑验算其长细比。， 故满足要求。对于无连接垂直支撑的屋架WJ-1，采用504单角钢，并按受压支撑验算其长细比。 故满足要求。屋架各杆件截面选择情况列于下表。杆件名称选用截面内力设计值（kN）杆件受力类型容许长细比计算应力杆件端部的角钢肢背和肢尖焊缝（mm）填板数（每节间）上弦AB、BC、CD、DE、EF、FG210010326.56压杆1501261下弦杆AH、HIIJ256473.58拉杆350844-804-802腹杆DI250461.62压杆1501724-504-502BH、CH、EK、FK70626.89压杆150564-504-50HD、DK50455.45拉杆3501425-804-50GJ5060（压）压杆2004-504-5075040（拉）拉杆400IK、KG2504128.18拉杆3501645-804-502五、 节点设计 本题选择几个有代表性的、重要的节点进行计算，其余节点的计算过程从略，可参见屋架施工图。1. 屋脊节点 腹杆GK与节点板的连接焊缝，查表得（以下同），取肢背和肢尖的焊角尺寸分别为和，则杆端所需的焊缝长度腐分别为肢背：取肢尖：取图7 屋脊节点 拼接角钢采用与上弦杆等截面，肢背处削棱，竖肢切去，取V=20mm，并将竖肢切口后经热弯成型用对接焊缝焊接。拼接接头一侧所需的焊缝计算长度为取拼接角钢的总长度为 上弦杆与节点板的塞焊缝，假定承受节点荷载F2，验算从略。上弦肢尖与节点板的焊缝连接按弦杆内力的15%计算，且考虑由此产生的偏心弯矩作用（偏心距e=65mm）。设肢尖焊缝焊脚尺寸，节点板总长度为660mm，则节点一侧弦杆焊缝的计算长度为焊缝应力为： 由以上计算结果可知，因弦杆与节点板的连接焊缝受力不大，且连接长度较大，故可按照构造进行满焊，不必计算。2. 下弦拼接节点图8 下弦拼节点 屋架跨度21m超过运输界限，故将屋架分为两个运输单元，在屋脊节点G和下弦节点H处设置工地拼接。腹杆杆端与节点板的焊缝连接按ID和IK中最大内力计算。肢尖的焊角尺寸分别为和，则杆端所需的焊缝长度腐分别为肢背：取肢尖：取 弦杆与节点板的连接焊缝按弦杆内力与的内力差计算，因为内力差较小，按构造布置焊缝即可满足要求，不必计算。拼接角钢采用与下弦杆相同截面，肢背处削棱，竖肢切去。按拼接焊缝与杆件等强度原则，接头一侧所需的焊缝计算长度为取拼接角钢的总长度为3. 上弦拼接节点D 取肢背和肢尖的焊角尺寸分别为和，则杆端所需的焊缝长度腐分别为肢背：取肢尖：取图9 上弦节点D各腹杆杆端与节点板的焊缝计算从略，节点板的形状和尺寸如图9所示。上弦肢背塞焊缝承受檩条传来的集中荷载（节点荷载）F，取节点板缩进肢背5mm，则肢尖与节点板的焊缝承受弦杆的内力差极小，偏心距e=65mm，且节点板长度较大，故可不作计算，按构造要求布置焊缝进行满焊即可满足条件。4. 支座节点 屋架支撑与钢筋混凝土柱上，为便于施焊，取下弦轴线至支座底板上表面的距离为160mm，并设置图10所示加劲肋。下弦杆端与节点板的焊缝取肢背和肢尖的焊缝尺寸分别为和，则所需焊缝长度为：肢背：取肢尖：取上弦杆端与节点板的焊缝，由于焊缝长度较大，可不必计算，按构造要求即可。图10 支座节点（1）支座底板计算 支座反力为： 支座底板尺寸取，采用M22锚栓，并用U形缺口。柱顶混凝土的压应力为： 底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算。支座节点板和加劲肋将支座底板分成四块，每块板均为两相邻边固定支撑而另两相邻边自由的板。 两支撑边之间的对角线长度为 两支撑边之间的交点到对角线的垂直距离为 ，查表得，则 底板所需厚度为（按厚度t在1640取值） 取（2）加劲肋与节点板的连接焊缝图11 加劲肋计算简图 加劲肋与