12m跨度輕型屋面三角形鋼屋架設計說明書

1、輕型屋面三角形鋼屋架設計說明書1 簡介三角形屋架多用于屋面坡度較大的有檁條屋蓋，屋面材料為波形石棉瓦、鋼板或鋁板等，坡度一般在。按腹桿布置又分為芬克式，單向斜桿式及人字式。芬克式屋架的特點是將上弦分為等距離節(jié)間，短腹桿受壓，長腹桿受拉，受力合理，是三角形屋架中常用的經濟形式。單向斜桿式屋架的腹桿總長度較大，節(jié)點數量較多，斜腹桿受拉，豎桿受壓， 受力不夠合理，下弦節(jié)點距離相等適于吊頂，但桿件交角較小，構造上不宜處理，制作不夠經濟，人字形屋架上、下弦桿可任意分割布置節(jié)點，但斜桿有受拉和受壓的可能，受力不確定，但腹桿數量少，較為經濟。2 設計資料及說明：設計一位于鄭州市的單跨屋架結構（封閉式），要求

2、結構合理，制作方便，安全經濟。1、單跨屋架，平面尺寸分別為：96m12m，柱距S=6m。2、屋面材料：壓型鋼板。3、屋面坡度1：2.5。4、 屋架支承在鋼筋混凝土柱頂，混凝土標號C30，柱為混凝土柱尺寸為450mm*450mm。5、鋼材標號：Q235-B。設計強度f=215kN/m26、焊條型號：E43型。7、屋架承受的荷載：（1）恒載：0.45KN/m；（2）活（雪）載：0.5KN/m。 8、荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載（不包括風荷載）考慮，荷載分項系數?。篏 =1.2，Q =1.4 。3 屋架桿件幾何尺寸的計算基于三角形屋架各腹桿布置的特點和設計的要求，選用芬克式八節(jié)三角形屋架。3

3、.1 屋架尺寸屋架的計算跨度：=120002150=11700mm；屋面傾角：，屋架跨中高度：h=11700/(22.5)=23400mm上弦長度：L=/(2cos)=6300mm.節(jié)間長度：a=6300/4=1575mm根據已知幾何關系，求得屋架各桿件的幾何長度如圖所示：圖、屋架桿件幾何尺寸（mm）上弦節(jié)間水平投影長度： 3.2 屋蓋支撐布置3.2.1 屋架的支撐在房屋兩端第一個之間和中間各設置一道上弦平面橫向支撐和下弦平面橫向支撐。在與橫向支撐同一柱間的屋架長壓桿處各設置一道垂直支撐，以保證常壓桿出平面的計算長度符合規(guī)范要求。在各屋架的下弦節(jié)點各設置一道通長柔性水平系桿，水平系桿的始、終端

4、連于屋架垂直支撐的下端節(jié)點處。上弦橫向支撐節(jié)點處的水平系桿均有該處的檁條代替（設計）3.2.2 屋面檁條及其支撐.（1）檁條波形石棉瓦長1820mm,要求搭接長度150mm,且每張瓦至少要有三個支撐點，因此最大檁條間距：半跨屋面所需檁條數：根考慮到上弦平面橫向支撐節(jié)點處必須設置檁條，且節(jié)點處最好設置檁條，以免發(fā)生實際取半跨屋面檁條數np=9根，檁條間距，滿足要求。（2）檁條的支撐檁條跨度（即屋架間距），需在檁間布置一道拉條。為改善屋脊檁條受力情況、使整個屋面上的檁條采用同一截面，在屋脊兩側檁間用斜拉條和撐桿將坡向分力傳至屋架上。3.3 檁條設計選用8槽鋼截面，由型鋼表查得： Wx=25.3cm

5、3,Wy=5.8cm3,Ix=101cm4 。a荷載計算恒載：=0.9kN/m活載：qk=0.6 kN/m 檁條均布荷載設計值：q=(Ggk+Qqk)ap =（1.20.9+1.40.6）70010-3=1.344KN/m，則有： qx=qsin=1.3440.3714=0.50KN/m； qy=qcos=1.3440.9285=1.25KN/m。b.強度驗算：彎矩設計值（見圖），Mx=1/80.5042=1.0kN/m （圖3）檁條X方向My=1/81.2522=0.625kN/m (因為在跨中設了一道拉條)檁條的最大應力（拉應力）位于槽鋼下翼緣的肢尖處。N/m2f=215N/m2c.剛度驗

6、算：只驗算垂直于屋面方向的撓度。荷載標準值： 0.9+0.6=1.5kN/m 圖4 檁條Y方向因有拉條，不必驗算整體穩(wěn)定性。故選用8槽鋼檁能滿足要求。3.4 荷載計算荷載計算按全跨永久荷載+全跨可變荷載（不包括風荷載）考慮，荷載分項系數取：G =1.2，Q =1.4。屋面水平投影面上的荷載設計值為：求桿件軸力，把荷載化成節(jié)點荷載：3.4.1 屋架桿件的軸力計算由于屋架及荷載的對稱性，只需計算半榀屋架的桿件軸力。對八節(jié)間芬克式屋架外特征：1、上弦節(jié)間等長；2、下列桿件間夾角相等：表1 屋架桿件內力表桿件名稱桿件號節(jié)點荷載(KN)內力系數內力設計值（kN）上弦A-B11. 23-9.42-103.

7、77B-C-9.05-101.63C-D-8.68-97.48D-E-8.31-93.32下弦A-18.7598.261-27.5084.232-35.0056.15腹桿 B-1 D-4-0.93-10.44C-2-1.86-20.89C-1 C-41.2514.042-42.528.08E-43.7542.113.4.2 上弦桿彎矩屋架上弦桿在節(jié)間荷載作用下的彎矩,可如下計算:上弦桿節(jié)間的集中荷載：節(jié)間簡支梁最大彎矩： 端節(jié)間最大正彎矩：；其他節(jié)間最大正彎矩，節(jié)點負彎矩：3.5 屋架桿件截面設計首先確定所用節(jié)點厚度。在三角形屋架中，節(jié)點板厚度與弦桿的最大內力有關。根據弦桿最大內力查表11.1

8、，采用支座節(jié)點板厚8mm，其他節(jié)點板厚6mm。表11.1 屋架節(jié)點板厚度（mm）三角形屋架弦桿最大內力設計值17017129029151051168068191091112901291177017713090中間節(jié)點板厚支座節(jié)點板厚688101012121414161618182020223.5.1 上弦桿（壓彎構件） 整個上弦桿采用等截面通長桿，以避免采用不同截面時桿件拼接。 彎矩作用平面計算長度：； 側向無支撐長度：。設=100，查軸心受力穩(wěn)定系數表，=0.555需要截面積A =869.6需要回轉半徑ix=1.58cm，iy=3.15cm由上式粗略估計,試選用由兩個角鋼組成的T形截面壓彎桿

9、件，選上弦桿截面為 2L755組成的T形截面。主要參數有：A=27.38=14.76cm2，R=9mm，ix=2.33cm，iy=3.30cm，Zo=20.4cm2；Wxmax=219.6=39.2cm3，Wxmin=27.32=14.64cm3，Ix=40.00cm4；截面塑性發(fā)展系數x1=1.05， x2=1.20 1、 強度校核（截面無削弱）取AB段上弦桿（最大內力桿段）驗算：軸心壓力：；最大正彎矩（節(jié)間）：；最大負彎矩（節(jié)點）：正彎矩截面：負彎矩截面：所以，上弦桿強度滿足要求。2、 彎矩作用平面內的穩(wěn)定性校核參照圖，可知上弦桿段AB內力最大，最大正彎矩在節(jié)間，最大負彎矩在節(jié)點處。在節(jié)間

10、，正彎矩是角鋼水平受壓，W1x=Wxmax；在節(jié)點處，負彎矩使角鋼水平肢受拉 ，W1x =Wxmin。因所考慮桿段相當于兩端支承的構件、桿上同時作用有端彎矩和橫向荷載并使構件產生反向曲率的情況，取等效彎矩系數：，屬于b截面。查軸心受力穩(wěn)定系數表,鋼結構（上冊）附表17-2，=0.766歐拉臨界力：桿段AB軸心壓力：用最大正彎矩進行驗算：；滿足要求。滿足要求。用最大負彎矩進行驗算：，；滿足要求。3、 彎矩作用平面外穩(wěn)定性驗算：因側向無支撐長度為3150mm，故應驗算A-B-C段在彎矩作用平面外的穩(wěn)定性。等效彎矩系數：軸心壓力：計算長度：，按b類截面查鋼結構（上冊）附表17-2可知：y=0.588

11、；用最大正彎矩進行驗算：，滿足要求。用最大負彎矩進行驗算：，對彎矩使角鋼水平肢受拉的雙角鋼T型截面，取受彎構件整體穩(wěn)定系數=1.0。得平面外長細比和穩(wěn)定性均滿足要求。4、 局部穩(wěn)定驗算：對由2755組成的T形截面壓彎構件：翼緣：；滿足局部穩(wěn)定要求。腹板：，亦滿足要求。所選上弦桿截面完全滿足各項要求，截面適用。3.5.2 上弦填板的設置 填板厚度同節(jié)點板厚，寬度一般取40-60mm,長度?。篢形截面比角鋼肢寬大10-15mm。填板間距l(xiāng)d，對壓桿取ld40i；對拉桿取ld80i，對T形截面i為一個角鋼對平行于墊板的自身形心軸的回轉半徑。一個角鋼對于平行于填板自身形心軸的回轉半徑：ix=2.33c

12、m，40ix=93.2cm。上弦為壓桿，節(jié)間長度為154.15cm，每節(jié)間設置一塊填板，則間距l(xiāng)d為: ld=157.5/2=78.75cm40ix=93.2cm，故填板間距設置符合要求。 填板尺寸為：706110mm3。3.5.3 下弦桿（軸心受拉構件） 整個下弦桿不改變截面，采用等截面通長桿。 在下弦節(jié)點“2”處，下限桿角鋼水平肢上有直徑為D= 17.5MM的安裝螺栓孔。此外，選截面時還要求角鋼水平肢的邊長63mm，以便開17.5mm的孔。按桿段A1（改短截面上無孔）的強度條件和下限桿的長細比條件選擇截面。 桿段A1軸心拉力： 下弦桿的計算長度為：； 查鋼結構上冊表6-1，取=350，。選

13、用2365，短邊相連：。1、 強度驗算 桿段A1：；，滿足要求。桿12 的軸力：N=84.225，；，滿足要求。所以下弦桿強度滿足要求。2、長細比驗算，；下弦桿長細比滿足要求。所選下弦桿截面適用。 下弦填板設置 一個角鋼對于平行于填板的自身形心軸的回轉半徑ix=1.08cm，拉桿按80ix=86.4cm。A-1和1-2節(jié)間間各設一塊填板：169.7/2=84.85cm86.4cm,填板設置合格；2-3間設置兩塊填板：245.6/3=81.87cm86.4cm,符合要求。填板尺寸為：5063.5.5 腹桿（軸心受力構件） 1、中間豎腹桿E-3中間豎腹桿：N=0，l=234cm。對連接垂直支撐的屋

14、架，采用2L405組成的T形截面，iox=1.21cm，單個角鋼L40，imin=0.78cm。按支撐壓桿驗算容許長細比。l0=0.9l=0.9234=210.6cm填板設置按壓桿考慮：80imin=800.78=62.4cm，設置3塊填板，則有：ld=234/4=58.5cm62.4cm。設置符合要求，填板尺寸為：506 。 2、主斜腹桿E-4、2-4主斜腹桿E-4、2-4兩桿采用相同的截面，lox=169.7cm,loy=2169.7=339.4cm。內力設計值為N=42.11KN。所需凈截面面積：N/f=42.11103/215=195.86mm2=1.96cm2,選用2L405。主要參

15、數：A=23.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm?？紤]桁架分為兩小榀運輸時，主斜腹桿需用螺栓在工地拼裝，安裝螺栓直徑取16mm，螺孔直徑取17mm，則實際An0.5=7.09cm2。（1）強度驗算 N/An=42.11103/7.09102=59.4N/mm2215 N/mm2 故強度符合要求。（2） 容許長細比驗算： 滿足要求。（3）填板設置 按80i=801.21=96.8cm，E-4、2-4之間各設置一塊填板，則有： ld=169.7/2=84.85cm96.8cm，設置符合要求。填板尺寸為：5063、腹桿C-2N=-20.89KN，lox=0.8l=0.812

16、6=100.8cm,loy=l=126cm。選用2L405，主要參數為：A=23.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm。則有：查b類截面表可知:x=0.665，則 N/xA=20.89103/(0.6657.94102)=39.56N/mm2215N/mm2填板按40ix=401.21=48.40cm，但由于該腹桿受力不大，且兩端焊于節(jié)板上，中間可不設置填板。4、腹桿B-1、D-4兩根桿均為壓桿，受力及長度均小于C-2桿，故可均按C-2桿選用2L405。且由于兩桿受力不大（NB1=ND4=-10.44KN）、桿長較短（63.0cm），桿間可不設置填板。5、腹桿C-1、C

17、-4兩者均為拉桿。N=14.04KN，l=169.7cm，選用2L405。主要參數為：A=23.97=7.94cm2,ix=1.21cm,iy=1.90cm。驗算如下： N/A=14.04103/7.94102=17.68N/mm2215N/mm2 填板設置：兩桿所受載荷較小，中間可不設置填板。4. 屋架節(jié)點設計E43型焊條：角焊縫強度設計值。屋架各桿件軸線至桿件角鋼背部的距離一般取5mm的倍數，則根據各角鋼的參數可得桿件軸線至桿件角鋼背部的距離表:桿件軸線至桿件角鋼背部的距離表桿件名稱桿件截面中心距離/mm軸線距離/mm上弦桿2L75519.120下弦桿2L36510.710短壓桿B-1、D

18、-42L40513.010長壓桿C-22L40513.010短拉桿C-2、C-42L40513.010長拉桿E-4-22L40513.010中央吊桿E-32L40513.010屋架各腹桿與節(jié)點板之間連接焊縫的連接角焊縫尺寸hf和焊縫實際長度li（li=lw+10mm）按下面表采用，表中焊腳尺寸hfi按構造要求確定，所需焊縫長度lwi按下列公式算得：腹桿與節(jié)點板之間連接焊縫尺寸桿件名稱桿件截面桿件內力/kN角鋼背部焊縫/mm角鋼趾部焊縫/mmhf1lw1l1hf2lw2l2短壓桿B-1、D-42L40510.443405034050長壓桿C-22L40520.893405034050短拉桿C-1

19、、C-42L40514.043405034050長拉桿E-4-2E端2L40545.1144050440502端28.084405044050中央吊桿E-32L405044050340504.1 支座節(jié)點A4.1.1 下弦桿與節(jié)點板間連接焊縫計算 N=98.26kN 軸力分配系數為k1=0.7,k2=0.3 取角鋼背部焊腳尺寸=6mm，角鋼肢部焊腳尺寸=5mm，按 焊縫連接強度要求得：背部：肢部：實際焊接長度采用角鋼背部=65。趾部=40。4.1.2 上弦桿與節(jié)點間連接焊縫強度 N=103.77kN， 節(jié)點板與角鋼背部采用塞焊縫連接（取=5），設僅承受節(jié)點荷載。因很小，焊縫強度一定能滿足要求。

20、 令角鋼趾部角焊縫承受全部軸心力N及其偏心彎矩M的共同作用： 取焊腳尺寸=4，實際焊縫長度=400，計算長度： 取最大計算長度計算：； 焊縫滿足要求。 底板計算 (1)支座反力 R=6P=611.23=67.38 kN，采用C20混凝土柱=10 N/。錨栓直徑采用20，底板上留矩形帶半圓形孔，尺寸-180180，錨栓套板用-801280，孔徑21.5。底板面積：An=3028-2（42+22/2）=811.44cm2接觸面壓應力：。滿足要求，底板尺寸適用。 (2)底板厚度t底板被節(jié)點板和加勁肋劃分成四塊相同的相鄰支承的小板，板中最大彎矩（取單位板寬計算）M=式中（參閱圖）斜邊 斜邊之上的高 查

21、表得=0.045有M=0.045（0.361）（31.9310）2=1651.63Nm按底板抗彎強度條件，需底板厚度采用t=12mm底板選用-30012280 節(jié)點板、加勁肋與底板間水平焊縫的計算因為板為正方形，故節(jié)點板和加勁肋與底板的連接焊縫各承擔支座反力的50%。（1）節(jié)點板與底板間的水平連接焊縫承受軸心力 N=R/2=29.60/2=14.80kN焊縫計算長度mm需 構造要求可采用hf=6mm能滿足要求（2）加勁肋與底板間的水平焊縫 承受軸心力 N=R/2=29.6/2=14.80kN焊縫計算長度mm需 按構造要求可采用hf=6mm能滿足要求。 加勁肋與節(jié)點板豎向連接焊縫計算 加勁肋厚度

22、采用6mm，與中間節(jié)點板等厚。 每塊加勁肋與節(jié)點板豎向連接焊縫受力： 焊縫計算長度mm需 構造要求可采用hf=4mm能滿足要求4.2 上弦桿一般節(jié)點 按以下方法、步驟繪制節(jié)點詳圖：（1）嚴格按幾何關系畫出匯交于節(jié)點B的各桿件軸線。（2）節(jié)點板縮進上弦桿背面6mm，取上弦桿和短壓桿的輪廓間距為15mm，和根據短壓桿與節(jié)點板間的連接焊縫尺寸，確定節(jié)點板的尺寸。（3）標注節(jié)點板詳圖和各種尺寸。4.2.2 上弦桿與節(jié)點板連接焊縫的計算 N1=103.77kN，N2=101.63kN,P=11.23 kN節(jié)點載荷P假定全部由上弦桿角鋼背部塞焊縫承受，取焊腳尺寸hf1=t2/2=6/2=3mm(t2為節(jié)點

23、板厚度)，因P值很小，焊縫強度不必計算。上弦桿角鋼趾部角焊縫假定承受節(jié)點兩側弦桿內力查及其偏心彎矩M的共同作用，其中由圖測得實際焊縫長度為l2=150mm，計算長度為lw2=150-10=140mm構造要求，可采用hf2=4mm，能滿足要求。其它上弦桿一般節(jié)點的設計方法步驟等與節(jié)點B相同，見節(jié)點圖示。因節(jié)點D和節(jié)點B的幾何關系、受力情況完全相同，故節(jié)點詳圖也完全相同。節(jié)點C和E也相同。4.3 屋脊拼接點N1=93.32kN，P=11.23kN拼接角鋼的構造和計算拼接角鋼采用與上弦桿截面相同的2L755。拼接角鋼與上弦桿間連接焊縫的焊腳尺寸取hf=6mm，為了便于兩者緊貼和施焊以保證焊縫質量，鏟

24、去拼接角鋼角頂棱角 （r為角鋼內圓弧半徑）切短拼接角鋼豎肢 如圖所示。拼接接頭每側的連接焊縫共有四條，按連接強度條件需要每條焊縫的計算長度為：，取lw=40.拼接處左、右弦桿端部空隙取40mm，如圖示，需要拼接角鋼長度mm為了保證拼接處的強度，實際采用拼接角鋼長度La=400mm。此外，因屋面坡度較大，應將拼接角鋼的豎肢剖口，采用45mm如圖示，先鉆孔再切割，然后冷彎對齊焊接。1. 繪制節(jié)點詳圖繪制方法、步驟和要求與上弦桿一般節(jié)點B基本相同，腹桿與節(jié)點板間連接焊縫尺寸按表采用。為了便于工地拼接，拼接處工地焊接一側的弦桿與拼接角鋼和受拉主斜桿與跨中吊桿上分別設置直徑為17.5mm和13mm安裝螺

25、栓，如圖示。2. 拼接街頭每側上弦桿與節(jié)點板連接焊縫計算弦桿軸力的豎向分力Nsin與節(jié)點荷載P/2的合力V=Nsin-P/2=93.23設角鋼背部塞焊縫承受豎向合力V的一半，取hf1=5mm，需要焊縫計算長度（因P/2很小，不計其偏心影響） 由圖知實際焊縫長度遠大于lw1=13.62mm，因此認為焊縫滿足計算要求。在計算需要的lw1時沒有考慮斜焊縫的強度設計值增大系數。再設角鋼趾部與節(jié)點板間的角焊縫承受余下的V/2以及當屋脊兩側屋面活荷載不對稱作用事可能引起的弦桿內力差引起的彎矩M的共同作用，并取取hf2=5mm，由圖中得趾部實際焊縫長度l2=155mm其計算長度 lw2=l2-10mm=145mm焊縫中的應力焊縫強度滿足要求。4.4 下弦一般節(jié)點14.4.1 繪制節(jié)點