完整版芬克式三角形钢屋架设计

1、芬克式三角形钢屋架设计设计资料某厂房总长度为36m,跨度为18m,纵向柱矩为6m初选芬克式屋架根本形状及尺寸参数如以下图所示：屋面坡度 i 1: 2.5,坡角 arctan i 21.8°, sin 0.3714, cos 0.9285;屋架计算长度I0 18 2 0.15 17.7m ;中间高度h 3.54m；上弦划分为4个区间,每个区间长度2383mm；下弦分为3个区间.区间长度分别为 2566mm, 2566mm, 3718mm；794mm.上弦每节间设置两根橡条,橡条间设有拉条,橡条间距为屋架支撑布置如以下图所示:600545CCC1永久荷载彩色钢板屋面：0.15kN Jm2

2、 ;保温层及灯具：0.55kN/m2 ;橡条重量：0.09 kN,/m2;2可变荷载屋面活载 ：0.7kN/m2 ;雪荷载：0.35kN. m2 ;积灰荷载：1.0kN m2二、荷载计算1. 荷载标准值计算将沿屋面斜面分布的恒荷载换算为沿水平投影面分布的荷载,应乘以系数1.077 cos彩色钢板屋面：保温层及灯具：屋架及支撑白重：恒载合计：屋面活载或雪荷载,两者中取较大值：积灰荷载：1.0770.150.162kNm21.0770.550.592kN m20.120.01118 0.318kN.m21.0770.090.097kNm21.106kN. m20.7kN/m2 ;1.0kN. m2

3、2、荷载组合由?建筑结构静力计算手册?查表可知,三角形芬克式屋架的腹杆在半跨 荷载下内力不变号.只按全跨荷载计算即可.节点荷载F1(1.2 1.016 1.4 0.7 1.4 0.9 1.0) 6 9/4 48.16kNF2 (1.35 1.106 1.4 0.7 0.7 1.4 0.9 1.0) 6 9/4 46.43kN四、屋架设计1. 节点集中荷载计算节点荷载取FF 48.16kN等效荷载示意图如下示：F 2F = 4 b, F 1 "肚Fy/A jFG2. 屋架内力计算各杆件内力系数如以下图示:各杆件内力设计值杆件上弦杆7腹杆下弦杆ABBCCDDEBFCFCGCHDHEHGH

4、AFFGGJ系数-9.42-9.05-8.68-8.31-0.931.25-1.861.25-0.933.752.508.757.505.00内力值-453.67-435.85-418.03-400.21-44.7960.2-89.5860.2-44.8180.6120.4421.4361.2240.8中间节点处集中荷载为楝条作用在屋架上弦杆的集中荷载,本例中根据楝条布置位置应取为 F/3.那么楝条集中荷载作用时1 F1M010 48.16 (0.794 3 cos ) 11.83kN m3 39其他节间的正弯矩和节点负弯矩M20.6Mo 7.10kN m3. 上弦杆截面设计整个上弦杆采用等截

5、面,按最大内力杆Nmax Nab设计Nab453.67kN 压杆杆端 M 9.46kN m , M27.10kN m选用角钢2L100 x 16等肢相拼成T形截面,其中a=12mm ,为节点板厚度,根据钢结构课程设计?P23表2-3选用23An 59.26cm ix 2.98cmiy 4.72cmWx 171.62cm3Wx 75.64cmZ. 3.06cm上弦杆是压弯构件 1强度验算MxxWnx453.67 10359.26 1027.10 1061.2 75.64 103 .2_ . _2155N / mm 215N / mm故强度满足要求2稳定验算a.由正弯矩限制的平面内长细比:1 0x

6、ix794 32.98 1079.93绕X轴屈曲时属于b类截面,查表可得x 0.688Nex2 25EA 3.142.06 10 59.26 1002 w 1712.68kN1.1 x21.1 79.932构件产生反向曲率mx0.85xAmxMx、心 m 0.8N、xW|x(1)Nex453.67 10320.688 59.26 10231.05 171.62 10 (10.85 9.46 1060.8 453.67 103IT3 )1712.68 103较小翼缘受拉区:164.86N/mm2 215N/mm2 满足要求NA0.85 9.46 10631.25 453.67 1031.2 75

7、.64 103(13 )1712.68 103215N/mm2满足要求b.由负弯矩限制的平面外由于受压弦杆侧向支撑点间距1i为节间长度l的2倍,且那么l0y1i(0.75 0.252N；794 32 (0.75 0.25营 4717mm453.67l0yy !y471747.299.9100166.25 站0.58 717 27.3100换算长细比钢结构设计标准?P41(5.1.2-6a )式)_40.475byzy(1 2 2 )l0y t99.9 (124717240.475 100苻)100.69150绕y轴屈曲时处于b类截面由yz110.41查表可得y 0.553构件产生反向曲率tx

8、0.85Nab Nbc 钢结构设计标准?P51 5.3.1 式翼缘受拉且腹板:6.25 18. 18t. fy故 b 1 0.0005 y235 0.950N txMx 453.67 1 030.85 7.10 1065 入49 I3yA ML 0.553 59.26 1020.947 171.62 103175.57N/mm2 215N/mm2 满足要求3上弦填板的设置钢结构设计标准?P43 5.1.5条查型钢表,一个角钢对于平行于填板的白身形心轴的回转半径 i=2.98cm,贝U 40i=119.2cm .上弦节间长度为238.3cm.每节间设一块填板,间距为238.3/2=119.15c

9、m<119.2cm.填板尺寸 70 12 110.钢结构课程设计?P234. 下弦杆截面设计整个下弦杆采用等截面,故按最大内力NmaxNaf设计Naf 421.4kNl0x 2566mml°y 2566 2 5132mm3所需杆件截面积 A . 1960mm2 19.6cm2f215选用角钢2L70 X45 X5短肢相拼成T形截面查表可得：An 23.2cm2 ix 1.38cm iy 3.95cm对于拉杆 x 屋萼6 185.9350L 1.38l0yiy513.23.95129.9350N421.4 1032An23.2 10222181.6N/mm2 215N/mm2均满

10、足要求,故下弦杆所选钢材满足设计要求3下弦填板的设置钢结构设计标准?P43 5.1.5条查型钢表,一个角钢对于平行于填板的白身形心轴的回转 半径 i=2.33cm,贝U 80i=186.4cm .下弦节间AF、FG长度为256.6cm.每节间设一块填板, 间距为 238.3/2=128.3cm<186.4cm.下弦节间GJ长度为371.8cm.每节间设两块填板,间距 为 371.8/3=123.9cm<186.4cm.填板尺寸 70 12 80.钢结构课程设计?P235. 腹杆截面设计1腹杆EG在节点H处不断开,采用通长杆件Nmax Neh 180.6kN Ngh 120.4kNl

11、0x l 2566mml°y l 2l 2 2566mm 5132mm3所需杆件截面积A . 840mm2 840cm2f215选用角钢2L45 X5相拼组成T形截面查表可得：An8.58cm2ix 1.37cm iy 2.34cm对于拉杆l0x 256.6ix 1.37187.3350l0yiy513.22.34219.3350查表可得：An4.29cm2ix 1.37cmiy 0.881cm对于拉杆 xl0x20531.37149.9350l0yiy25668.81291.25350N 180° 1?210N/mm2 215N/mm2A 8.58 102均满足要求,故腹

12、杆EG所选钢材满足设计要求填板设置 按 80i 80 1.37 109.6cmGH、HE 各设置两块,256.6/3=85.5cm<109.6cm填板尺寸 70 12 60.2腹杆CF和CH选用单角钢L45 X5N 60.2kN , l0x 0.8l0.8 2566 2053mm , |°y l 2566mm3215所需杆件截面积A 280mm2 2.8cm2N60.210322-2140.32N / mm2215N/mm2An4.29102均满足要求,故腹杆CF和CH所选钢材满足设计要求 3对于腹杆BF和DHN 44.79kN 压杆,W初选单角钢L56 X8 An0.8l0.

13、8 953 786.4mm , l0y l 953mm 8.37cm2, ix 1.68cm , iy 0.881cm,x 屋 地 46.8ix 16.8鱼穿90.1 iy 1.0920056 7 0.54953"569.19换算长细比yzy10.85b4、*103.1 l0y200由于yzy,所以只求y,由yz查表可得：y 0.536N 44 79 1032299.83N/mm2 215N/mm2A 0.536 837强度、稳定性均满足要求,故所选钢材满足设计要求.填板设置CF、按 40i 40 1.37 54.8cmCH 各设置一块,95.3/2=47.7cm<54.8cm

14、填板尺寸70 12 60.4对于腹杆CGl0y l 1906mmNcg 89.58kN 压杆,l0x 0.8l0.8 1906 1524.8mm初选用角钢2L45 X5相拼组成T形截面2An 8.58cmix1.37cm , iy2.34cm对于压杆l0x152.481.37111.3200l0y iy190.62.3481.5200换算长细比455yz1906454.0.475b、y1 孕-83.24l0y t9 0.5824.5由yz查表可得:0.667Nb An89.58 1030.667 858 22156.53N / mm 215N / mm强度、稳定性均满足要求,故腹杆CG所选钢材

15、满足设计要求.填板设置按 40i 40 1.37 54.8cm设置两块,190.6/3=63.6cm>54.8cm .应设3块填板,但考虑腹杆受力不大,且两端焊于节点板上,为减小焊缝起见, 可采用两块填板.填板尺寸 70 12 605)中间竖腹杆EJNej 0(1)按构造考虑,为安装垂直支撑,采用螺栓直径d=18mm ,选用2L70 X5 ,组成十字形截面.查型钢表知iu 2.73cm;imin 1.39cm.(2)容许长细比按支撑压杆考虑0.9 354/2.73 116.7200(3)填板设置按压杆考虑40imin 55.6cm设置 4 块,354/5=70.8>55.6cm但考

16、虑中竖杆两端有节点板,且本身亦非完全压杆,为预防焊缝过密,只设置4块.填板尺寸70 12 110五、节点设计由于采用E43型手工焊,Q235级钢材、角焊缝,查表知2ffw 160N / mm1 .下弦节点F对于CF杆和BF杆 取Nmax 60.2kN杆件厚度 t 5mm 6mm , 1./t 3.35mm 故可取 hf 4mm肢背iwi与4 iVf0.7 60.2 103 94mm0.7 4 160实际焊缝长度lw 94 2hf 102mm,取 105mm肢尖lw2丝4 heff0.3 60.2 103 s40mm0.7 4 160实际焊缝长度lw 40 2hf 48mm,取 50mm 8hf

17、或40mm故杆件BF、CF与节点板的角焊缝长度为肢背105 mm、肢尖均50mm ,焊脚尺寸4mm根据所求焊缝长度,并考虑杆件之间应有间隙以及装配等误差,按实际比例绘节点详图如上图示,从而可确定节点板尺寸为210mm 250 mm 12mm.节点板与下弦杆满焊,故焊缝长度lw 220mm,取hf 4mm焊缝承受内力 N 421.4 361.2 60.2kN肢背侧焊缝：0.65Nf2helw3 0.65 60.2 102229N / mm 160N / mm2 0.7 4 (250 2 4)故焊缝强度满足要求.120.4kN2 .下弦节点G 考虑运输和施工方便,下弦杆在节点 G处断开对于CG杆和

18、CH杆,取Nmax肢背1wi也42heff30.7 120.4 1094mm2 0.7 4 160实际焊缝长度lw94 2hf 102mm,取 105mm肢尖lw2巴2heff0.3 120.4 103 s 40mm2 0.7 4 160实际焊缝长度lw40 2hf 48mm,取 50mm 8hf或40mm杆件厚度t 5mm 6mm , 1 .Wt 3.35mm 故可取hf4mm故杆件CG、CH与节点板的角焊缝长度为肢背105 mm、肢尖50mm,焊脚尺寸4mm根据所求焊缝长度,并考虑杆件之间应有间隙以及装配等误差,按实际比例绘节点详图如上图示,从而可确定节点板尺寸为220mm 250mm 1

19、0mm.节点板与下弦杆满焊,故焊缝长度lw 250mm,取hf 4mm焊缝承受内力 N 361.2 240.8 120.4kN肢背侧焊缝0.65Nf2helw0.65 120.4 1032258N / mm 160N / mm2 0.7 4 (250 2 4)故焊缝强度满足要求.下弦杆断开处采用同型号角钢 L75 X50 X10进行拼接,为使拼接 角钢与弦杆之间能够紧密结合,并便于施工,需将拼接角钢的尖 角去除,且截去垂直肢的宽度15mm.考虑两弦杆间的空隙,拼接角钢的长度为l 2(4 0.7hf3. 上弦节点日吁方日肢背lw1岩以0.7 60.2 103 94mm0.7 4 160对于杆件

20、CF、CH, N 60.2kN 取 hf 4mm肢尖lw2四4 heff0.3 60.2 103 40mm0.7 4 160实际焊缝长度lw 94 2hf 102mm,取105mm对于杆件CG,N 89.58kN 取 hf 4mm肢日lw1 210.7 89.58 10370mm2 0.7 4 160实际焊缝长度lw 40 2hf 48mm,取50mm 8hf或40mm23.2 102 2152hf) 20 2 ( 2 4) 20 592.6mm4 0.7 4 160实际焊缝长度lw70 2hf 78mm,取 80mm肢尖lw2也2heff30.3 89.58 100mm2 0.7 4 160

21、实际焊缝长度lw30 2hf 38mm,取 50mm 8hf或40mm焊脚尺寸4mm根据所求焊缝长度,并考虑杆件之间应有间隙以及装配等误差,按实际比例绘节点详图如上图示,从而可确定节点板尺寸为760mm 190mm 12mm.上弦杆与节点板间焊缝,承受上弦杆内力差与楝条传来的集中荷 载作用.为了便于在上弦杆上安置楝条,节点板的上边缘可缩进 上弦肢背8mm.用槽焊缝把上弦杆与节点板焊接起来.集中荷载F 48.16kN , F对槽焊缝长度中央偏心距很小,故可认 为弯矩M 0.槽焊缝hf 0.5 10 5mm,与上弦杆满焊,故lw 660mm (赵风华主编钢结构设计原理?P269 (7.20 )式)

22、节点板与上弦杆肢尖hf4mm 1.5 7 3.97mm满焊焊缝长度lw 760mm.17.82 103f 2 0.7hflw2 0.7 4 (760 2 4) .24.20N/mm6 1.30 1036 Mf2 Z22 0.7hflw2 2 0.7 4 (760 2 4)20.93N /mm222 f 0.93 222, w2()4.874.93N/mm ff 160N/mm 1.22满足要求4.上弦节点B、D由于上弦杆节点B、D处腹杆内力F和相邻弦杆节间内力差 N均很小,可按构造要求确定焊缝尺寸,取 hf 4mm,肢背、肢 尖焊缝长度lw 50mm 8hf或40mm5.屋脊节点E屋脊节点处弦

23、杆有断开,采用同型号角钢 L100 X7进行拼接,尖角削除,且截去垂直肢的宽度17mm.对于杆件EH ,N 180.6kN 取 hf 4mm肢背lwi V2hf0.7 180.6 103141.2mm2 0.7 4 160实际焊缝长度lw58.3 2hf 149mm,取 150mm肢尖lw2华2heff0.3 180.6 10360mm2 0.7 4 160实际焊缝长度lw60 2hf 68mm,取 70mm 8hf或40mm根据所求焊缝长度,并考虑杆件之间应有间隙以及装配等误 差,按实际比例绘节点详图如上图示,从而可确定节点板尺寸 如图示.节点板与上弦杆肢尖的连接焊缝承受的内力按 15%N计

24、算,且考虑偏心距e 100 27 73mm,那么承受弯矩M 15%Ne 0.15400.21 0.073 4.38kN m取 hf 4mm 1.5、t 3.97mm肢尖满焊焊缝长度lw竺cos10 367mm0.15Nf 2 0.7hflw0.15 400.212 0.7 4 (367 2 4)103230N / mm6Mf22 0.7hflw6 4.38 10322 36N /mm 2 0.7 4 (367 2 4)2/ f 22,(f) f(36 )2 1.22302 42.08N/mm2 ffw 160N/mm2屋脊节点处集中荷载F由楝条与上弦杆肢背焊缝承受,验算过程与结果同节点C拼接角

25、钢焊脚尺寸取hf故一条焊缝计算长度为:lw4 0.7hf ffw400.21 1034 0.7 4 160223mm故所需拼接角钢长度l2(lw2hf) 47 2556mm,取 l560mm6、下弦中间节点J(1) 拼接角钢与下弦杆连接焊缝设hf 4mm,按下式计算IAf 9h成w 2hf4 0.7hf ff23.2 102 2152 4 268.3mm, 取4 0.7 4 160290mm .拼接角钢长度为2 290 10 590.考虑拼接螺栓等的需要,实际取长度为 700mm ,截面与下弦角钢相同为2L75 X50 X10,其垂直肢应切去的长度为t hf 5 10 4 5 19mm.(2)

26、 下弦杆与节点板焊缝计算因有节点拼接角钢传力,故认为只承受内力N 15%NgjN 15% 99.45 14.8KN受力很小,节点板按构造绝对即可.(3) 中间竖杆N& 0,节点板尺寸亦按构造决定.7、节点HNhg74.59KN1、腹杆DH , CH所需焊缝已于上述节点D和C中算出,节点板如以下图.2 、GE杆与节点板焊缝验算内力差 N 180.6 120.4 60.2kN节点板长200mm 取hf 4mm肢背-2160N / mm0.7 25.5 103215.9N /mm 2 0.7 4 200完全满足要求8、端支座节点A节点详图可参看钢结构课程设计?P29 图 2-23 )屋架支撑

27、于400mm 400mm的钢筋混凝土柱上采用C20级混凝土,fc 9.6N / mm2对于AF杆,N 421.4kN , 2L75 X50 X10短肢相拼为T形截面,取 hf 5mm.肢背lw10.65Nw2heff0.65 421.4 1032 0.7 5 160240mm实际焊缝长度lw240 2hf 248mm ,取 250mm0.35N月文夫lw2w2heff-一_30.35 421.4 10129mm2 0.7 5 160实际焊缝长度lw129 2hf 139mm,取 140mm对于AB杆,N453.67kN,节点板缩进肢背8mm ,与弦杆肢背用槽焊缝连接肢背lw1 V2heff0.

28、7 453.67 103 354mm 2 0.7 5 160 80%实际焊缝长度lw354 2hf 364mm,取 370mm肢尖lw2、2heff0.3 453.67 103122mm,2 0.7 5 160实际焊缝长度lw122 2hf 132mm,根据所求焊缝长度,并考虑杆件之间应有间隙以及装配等误差,按实际比绘节点详图如上图示,从而可确定节点板尺寸如图示.9. 支座底板尺寸计算支座反力 R 4F 4 48.16 192.64kN3支座底板净面积An £ 192?4 1020067mm2fc9.6c锚栓直径采用d 22mm , U形开口面积A 5000mm2故底板所需面积A入A.25067 mm2根据构造要求选取底板尺寸2a 2b 240 240 57600mm2 A故底板所