完整版三角型钢屋架人字形

1、钢屋架设计计算书1设计资料及屋架形式与材料某单跨厂房，长度为120m,柱距为6.9m,跨度18m,车间内设有一台200KN 的中级工作制的吊车，计算温度高于-20T。采用三角形钢屋架的屋面，坡度i=1: 3,采用石棉水泥波形瓦屋面（重量 200N/m2）,规格：1820X725X8，轻钢檩条及 拉条（重量100N/m2）.钢屋架简支于钢筋砼柱上，上柱截面为 400X 400,砼强度等级为 C25,基 本风压W=350N/m2,屋面均布活载或雪载为500N/m2,积灰荷载为100500N/m2, 无抗震要求。钢材标号：Q235-B.F,其设计强度为f=215KN/m 2,焊条采用E43型，手工焊

2、接，荷载分项系数去：y=1.2, y=1.4.2屋架形式及几何尺寸根据所用屋面材料的排水需要几跨度参数，采用人字形六节间三角形屋架。1屋架坡度为1: 3,屋面倾角arctan- 18.4。3sin0.3162, cos 0.9487屋架跨中高度:上弦长度：L节间长度：a屋架计算跨度：I。l 300 17700mm.I。h 2655mm6匕一 9240mm 2cosL 2310mm.4节间水平方向尺寸长度：a a cos 2189.4mm .根据几何关系得屋架各杆件的几何尺寸如图 1所示图1杆件的几何尺寸3屋盖支撑设计3.1屋架的支撑（如图1所示） 在房屋两侧第一个柱间各设置一道上弦平面横向支撑

3、和下弦平面横向支 撑。在屋架的下弦节点2处设置一通长柔性水平系杆。1-1图2屋架的支撑3.2屋面檩条及其支撑波形石棉瓦长1820mm,要求搭接长度 150mm且每张瓦至少要有三个支撑 点，因此最大檩条间距为apmax半跨屋面所需檩条数Lnp p 831820 150835mm92408351 12.06 根考虑到上弦平面横向支撑节点处必须设置檩条，为了便于布置，实际取半跨屋面檩条数13根，则檩条间距为：9240a 777 a 835P 131pmax可以满足要求。檩条水平间距：ap apcos738mm.檩条选用槽钢12.6， 查表得相关数据：WX 61.7cm3,Wy 10.3cm3, Ix

4、 389cm4。荷载计算W 11711L117 11 180.315KN恒载：0.2 0.1 W 0.615KN/m2,活载：0.5+0.1=0.6KN/m2.檩条截面受力图如图3所示。檩条线载荷为：Pk =(0.615+0.6) 0；738=0.897KN/mP=(1.2 区615+1.4 (X6)区738=1.165KN/mPx=PX sin a =65 0.32=0.373KN/mPy=P X cos 01 = 65 0.95=1.107KN/m檩条支撑如图4所示。柱间距为丨=6.9m，所以弯矩设计值为:Pyl26.59KN mPel2320.555KN m屋面能阻止檩条侧向失稳和扭转时

5、，可不计算整体稳定性 ，只需计算其强度。檩条的最大应力处:My_60.5550.1017 0.045 147N /mm2 215N /mmYxWnx y y1Wny1.05 61.7 1.2 10.3K777檩条y方向：MPl28檩条x方向：M 艺32刚度验算当檩条间设有拉条时， 时，荷载应取其标准值。荷载标准值：qy (gk檩条只需计算垂直于屋面方向的最大挠度， 计算挠度则2?创2l 384 El x 384sjapcos(0.616 0.6) 0.738 0.897kN/m230.897 6900, ccll “541.005mm46mm2.06 10389 10150能满足刚度要求。4屋

6、架的内力计算4.1杆件的轴力l 17700 厂n6;h 2950为求杆件轴力，把节间荷载转化为节点荷载p：p= (1.2 615+1.4 (X6) 2.95 69=32.12KN由于屋面坡度较小，风荷载为吸力，且远小于屋面永久荷载，故其与永久荷 载组合时不会增大杆件的内力，因此不予考虑。芬克式屋架在半跨活荷载作用下, 腹杆内力不会变号，故只需按全跨永久荷载与全跨可变荷载组合计算屋架杆件的 内力。屋架杆件内力计算可用力学求解器进行。直接由建筑结构设计手册查得各杆件的内力系数，然后乘以节点荷载即为各相应杆件的内力表1 杆件内力系数及内力值杆件内力系数内力设计值3-4-9.26-298.431-3-

7、10.97-352.36全跨4-5-9.16-294.22屋面5-7-6.27-201.39何载1-2+10.40+334.05P的2-6+7.38+237.05内力2-3-1.77-56.85系数2-4-0.73-23.452-5+1.87+60.065-6-2.01-64.566-7+2.85+91.54注：负为受压，正为受拉全跨荷载布置图全跨荷载内力图4.2上弦杆弯矩上弦杆端节间的最大正弯矩：Mi=O.8Mo；其他节间的最大正弯矩和节点负弯矩为：M2=0.6Mo；上弦杆集中荷载：P =(1.如.615+1.4 0.6) Q.7380.9=8.O4KN;节间最大弯矩：Mo=p a8404x

8、2.i89/4=4.45KN m则：M仁O.8Mo=O.8x4.45=3.56KN m, M2 = ).6Mo=0.6 .45= .67KN m5屋架杆件截面设计在三角形屋架中，根据杆件最大内力 N=N max=352.36KN,查焊接屋架节点板 厚参考选用表，选择端支座节点板厚为 12m m,其他节点板厚为10m m。节点板 厚的选择如表2所示表2钢屋架节点板厚度参考选用表确定节点板厚160301501的最大内力/kN160300500700701节点板厚6mm8mm10mm12mm14mm端支座节点板8mm10mm12mm14mm16mm厚5.1上弦杆（图5）整个上弦杆采用等截面通长杆，以

9、避免采用不同的截面时的杆件拼接 杆3-4的内力为 2=352.36,为压应力。lox =231cm,loy =2h =2 231=462cm图5上弦截面设=130,查轴心受力稳定系数表,=0.5553N 352.36 102需耍截面积A2952.9mmf 0.555 215需要回转半径lox 2311301.791cm , iyloy 4621303.583cm首先，试选上弦杆截面为2L100X 10 A=38.52cm2, r=12mm, ix=3.05cm,iy=4.52cmWxmax=126.58cm3, Wxmin=25.06cm3强度检验杆件单向受弯，按拉弯和压弯构件的强度计算公式计

10、算：查表知：X1=1.05, X2=1.2,刀=1502215N /mm取1-3段上弦杆（最大内力杆段）验算：轴心压力N=352.36KN.最大节间正弯矩：Mx=M1=3.56KNm最大负弯矩: 正弯矩截面：Mx=M 2=2.67 KN mNMxNMx352.231033.56 106-91.4 26.78Anx1nxAx1xmax38.521021.05 126.58 10118.18 f2215N / mm负弯矩截面：NMxNM252.921032.67 10655.1 88.78Anx2WnxA2W .x2 xmin9.611021.2 25.06 103143.88 f215N / m

11、m2所以上弦杆的强度满足要求弯矩作用平面内的稳定性计算应按下列规定计算：对角钢水平肢1:2mxMxnxWx(10.8)Nexf 215N/mm2对角钢水平肢2:xW2x(1mxM x125 nNx)2215N / mm因杆段相当于两端支撑的构件,杆上同时作用有端弯矩和横向荷载并使构件产生反向曲率，故按规范取等效弯矩mx 0.85。n_Ta长细比:xlox 空 76.4ix 3.05该截面属于b类截面,欧拉临界应力：Nex所以：洛查表得2ea1.1 x2352.36121.851500.713206 103 38.52 1021.1 76.4210 3121.85KN2.8917用最大正弯矩进行

12、计算：M x=M 1=3.56KN m3Wx Wxmax 126.58cm3W?X Wxmin25.06 cmmxMxx% 1吩352.36 1030.713 38.52 1020.85 3.56 1061.05 126.58 103 (1 0.8 2.8917)110.97N mm2f 215N mm2ExmxM xxW2x 11.25 NNex3352.36 1038.52 100.85 3.56 10631.2 25.06 10 (1 1.25 2.8917)129.95N mm2f 215N mm2用最大负弯矩进行验算:3Wx Wxmin25.06cm ,mxMxxWx 1。瓷Mx=M

13、2=2.67KN m352.36 1030.713 38.52 102x2 1.200.85 2.67 1061.2 25.06 1 03 (1 0.8 2.8917)70.9 N mm215N mm2满足要求 弯矩作用平面外的稳定性计算验算条件:txMxbW1x2215N / mm2故验算上弦杆的13457段在弯矩作用平面外的稳定性。等弯系数：弘=仲x=0.85.杆3-4的内力为Ni=352.36,为压应力。lx=231cm,loy =2x 23l=462cm.长细比:oyloy 462i? 452103150属b类截面，查表得y =0.553用最大正弯矩进行计算：Mx=M 1=3.56KN

14、 - m,W,X Wxmax 126.58cm3,对弯矩使用角钢水平肢受压的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数按下式进行计算:1 0.0017 103 1 0.8249 得NtxMx352.36 1030.85 3.56 106A QA QQyAbW1x20.553 38.52 103194.390.8249 126.58 102215N / mm用最大负弯矩进行计算：Mx=M2=2.67KN m,WX Wxmax 126.58cm ,对弯矩使用角钢水平肢受拉的双角钢T形截面，规范规定整体稳定系数b可按下式进行计算：b 1 0.0005 yJ丄 1 0.0005 103 1 0.9485 得

15、 byY235N txMx 352.36 1030.85 2.67 106215N / mmtx x2亍 184.31yAbWx0.553 38.52 102 0.9485 126.58 103所以平面外长细比和稳定性均可满足要求局部稳定性验算验算条件：翼缘自由外伸宽厚比：b 15 23515ho腹板高厚比：当ao当aoh1.0 时：twy18235 18max mina0maxmax为腹板计算高度边缘的最大压应力。min为腹板计算高度另一边缘相应的应力翼缘：80 7 128.714157腹板：80 7 128.7141571.0 时：二 15 23515twV fy因此满足要求。所以，上弦杆

16、截面完全满足各项要求，截面适用。5.2下弦杆（图6）下弦杆为轴心受压构件，整个下弦杆不改变截面，采用等截面通常杆。首先按杆段1-2的强度条件和下弦杆的长细比条件选择截面。轴心拉力为N=334.05KN。长细比容许值：刀=350图6下弦截面下弦杆的计算长度为：I ox =442.5cm. loy =2匚=885cm要满足：3厲 N 334.5 1010 215.5cm2f215il oxlx442.5 , _.loy8851.24cm，iy2.49cm350350选用 2L90X10: A=34.34cm2； ix=2.74cm; iy=4.13cm强度验算杆段 1-2: An=A=34.34c

17、m2所以:NAn334.05 10334.34 10297.2N/mm2f 215N /mm2长细比验算lox 442.5 匸T7?158.8350 ,oyy _ly8854.13210.7350满足要求，所以所选下弦杆截面适用5.3腹板腹板为轴心受压构件，/=1502-3杆轴心压力 N=56.85KN,l =231cm斜平面计算长度：l。=0.91=0.9 231=207.9cm需要满足：bn 上田空 1.3974cm 150选用单角钢：L56X3: A=8.37cm2, ix=1.68cm长细比：lo207.9124.81501 min1.68属于b类截面，查表得=0.412单面连接的等边

18、单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：R 0.6 0.00150.6 0.0015 124.8 0.7872.Rf 0.7872 215169N / mm2N56.85 1027164.9N /mmRf 169N /mmA 0.412 8.37 10满足要求，所选截面适用2-4杆轴心压力 N=23.45KN, l =132.8cm长细比:Ioi min空no1.22150斜平面计算长度：I。=0.9l=119.52cm需要满足：lo119.52 cac/imin-0.894cm150选用单角钢:L40X4： A=3.09cm2, ix=1.22cm2属于b类截面，查表得=0.

19、493单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：R 0.6 0.00150.6 0.0015 110 0.765.0.765 215164.5N / mm2323.45 1030.493 3.09 102154N / mm2R f 174.5 N / mm2满足要求(3) 2-5杆轴心压力 N=60.06KN, l =297.7cm斜平面计算长度：l0 =0.9l=267.93cm需要满足：iminlo267.31501.9cm选用单角钢：L80X10： A=15.13cm2, ix=2.42cmlo 267.93长细比：118150imin242属于b类截面，查表

20、得=0.447单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：R 0.6 0.00150.6 0.0015 118 0.7767.Rf 0.7767 215 167N / mm60.06 10320.447 15.13 10288.8N / mm167 N / mm2满足要求(4) 5-6 杆杆轴心压力 N=64.566KN, l =297.7cm长细比:Ioi min267.932.42116150斜平面计算长度：I。=0.9l=267.93cm需要满足：Io 267.93 彳 QVimin1.87 cm150选用单角钢:L80X10： A=15.13cm2, ix=2

21、.42cm属于b类截面，查表得 =0.458单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：R 0.6 0.00150.6 0.0015 116 0.774.0.774 215166.4N / mm2364.56 1020.458 15.13 102293.2N / mm2166.4N / mm满足要求(5) 6-7 杆杆轴心压力 N=91.54KN, I =265.5cm斜平面计算长度：I。=0.9I=238.95cm需要满足：Io238.95imin1.77cm150选用角钢：2L70X8： A=16.74cm2, ix=2.13cm长细比：Io23895 12515

22、0imin213属于b类截面，查表得 =0.411单面连接的等边单角钢构件按轴心受压计算稳定性时的强度设计值拆减系数为：R0.6 0.00150.6 0.0015 125 0.7875.R f0.7875 2152169.3N /mmN391.54 10133.0N /mm2Rf 169.3N /mm2A0.411 16.74102满足要求5.5填板设置与尺寸选择填板的间距与杆件的受力形式有关，对压杆填板间距l=40i,对拉杆填板间距l=80i。填板厚度与节点板厚相同。双角钢杆件的填板设置与尺寸选择见表2:表 2 填板设置及尺寸杆件名称杆件截面杆件几何长度i(cm)填板间距(cm)受力 状态每

23、节填板数量填板尺寸(b X X)上弦杆L 100X102313.05122压力180X7X9下弦杆1-2L 90X04502.74219.2拉力180X7X92-6L 90X04502.74219.2拉力180X7X9腹板2-3L 56X82311.6867.2压力280X7X92-4L 40X4132.81.2248.8压力280X7X92-5L 80X10297.72.42193.6拉力280X7X95-6L 80X10297.72.4296.8压力280X7X96-7L 70X8265.52.13170.4拉力280X7X96屋架节点设计角焊缝强度设计值，采用 E43型焊条，手工电弧焊时

24、为ffw 160N/mm26.1支座点1 6.1.1下弦杆与节点板间连接焊缝计算。N=334.05KN，查表知，等边角钢的角焊缝内力分配系数k1=0.7,k2=0.3.取角钢肢背焊脚尺寸hf1 6mm(200mm 适用。2.67N / mm 360.75可以满足混凝土轴心抗压强度要求，底板尺寸为底板厚度t的确定底板被节点板和加劲肋划分成四块相同的相邻边支撑的小板，底板厚度由两边支撑的矩形板确定。矩形板相关数据为:ai2200 122200 1022133.6mmai66.8mm ,0.5ai查表得：3=0.05板的最大弯矩为：M2qai0.05 2.67 133.622383N mm按底板抗弯

25、强度设计条件，需要底板厚度:8.15mm，215t6M由于考虑到各种不确定因素，可取厚一点的板，所以取t=20mm所以底板选用尺寸为：-200 202006.1.5节点板、加劲肋与底板间水平连接焊缝计算因底板是正方形，故节点板和加劲肋与底板的连接焊缝各承受支座反力的一 半。节点板与底板间水平连接焊缝承受轴心力：N=R/2=96.36/2=48.18KN348.18 10焊缝计算长度：lw 2 (220 10) 420mm聿亜 hfN w0.8mm0.7 lw( f ffw)0.7 420 1.22 160构造要求：hf 1.5tmax 1.520 6.71mm取hf 8mm，满足要求。加劲肋与

26、底板水平连接焊缝需要满足：hfNw 1.08mm0.7lw( ffD轴心力：N=R/2=48.18KN取hf 8mm，满足要求lw 4 (91 10) 324mm6.1.6加劲肋与节点板间竖向连接焊缝计算加劲肋厚度采用10mm,与中间节点板等厚。每一对加劲肋传递总反力的 一半，每块加劲肋与节点板间竖向连接焊缝受力：1 RbV24.09KN MV 1.32KN2 24需要满足：hf2 2V2 0.7lw4.8mm焊缝强度计算长度：lw 145 10 135mm构造要求：hf 1.5 tmax 1.510 4.74mm取hf 6mm，满足要求由以上计算知，底板和加劲肋及其连接焊缝均满足要求。6.2

27、上弦节点3、4、5的计算6.2.1按以下方法和步骤绘制节点详图 画出汇交节点3的各杆件轴线 节点板上部缩进上弦杆的角钢背面为 8mm,标出节点详图所需的各种尺寸 其尺寸如图7所示。图7 节点板3的尺寸622上弦杆与节点板间连接焊缝的计算轴心受力：Ni=352.36KN, N2=298.43KN,P=32.12KN节点载荷P假定全部由上弦杆角钢肢背塞焊缝承受，取焊脚尺寸为5mm,因为P值很小，其强度要求必满足，不必计算。上弦杆肢尖角焊缝假定承受节点两侧弦杆内力差N Ni N2及其偏心弯矩M的共同作用其中： N N1 N253.93kN33M N 80 Z010 3 53.93 (80 30) 102.70kN m取焊缝计算长度：l2170mm，计算长度lw2 170-10160mm所以:6M66 2.70 102 0.7hf2l：22 0.7 5 160290.4N / mm2wff48.15 N / mm