27米三角形屋架设计

三角形角钢屋架设计1、设计资料屋架跨度27m，屋架间距6m，屋面坡度1/2.5，屋面材料为压型钢板。薄壁卷边Z形钢檩条，檩条斜距为0.799m，钢材采用Q235-B，焊条采用E43型。钢屋架简支于钢筋混凝土柱上，柱的混凝土等级为C30，柱截面尺寸为400mm400mm,其中略去檩条设计，不考虑抗震设防2、屋架形式、几何尺寸及支撑布置屋架形式、几何尺寸及支撑布置如图7-35所示，上弦节间长度为三个檩距，有节间荷载。上弦横向水平支撑设置在房屋两端及伸缩缝处的第一开间内，并在相应开间屋架跨中设置垂直支撑，在其余开间屋架下弦跨中设置一道通长的水平系杆。上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连。为此，上弦杆在屋架平面外的计算长度等于其节间几何长度；下弦杆在屋架平面外的计算长度为屋架跨度的一半。图7-35屋架形式、几何尺寸及支撑布置3、荷载（对水平投影面）（1）恒载标准值压型钢板0.35kN/m2檩条 0.05kN/m2屋架及支撑 0.417kN/m2 合计0.817kN/m2（2）活荷载0.5625kN/m2因屋架受荷水平投影面积超过60m2，故屋面均布活荷载可取为（水平投影面）0.5625kN/m2。（3）风荷载：风荷载高度体型变化系数为1.14。 屋面迎风面的体型系数为s=-0.6+（21.8-15）/(30-15)0.6=-0.33, 背风面s=-0.5。基本风压0.55 kN/m2， 对高度小于30m的厂房，风振系数为1.0所以负风压的设计值（垂直于屋面）为背风面=1.41.01.140.550.5=0.439 kN/m2迎风面=1.41.01.140.550.33=0.29 kN/m2和垂直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时的永久荷载，故将拉杆的长细比依然控制在350以内。（4）荷载组合恒载+活荷载恒载+半跨活荷载（5）上弦的集中荷载及节点荷载，见图7-36、7-37及表7-6。图7-36上弦集中荷载图7-37上弦节点荷载表7-6上弦集中荷载及节点荷载表荷载形式荷载分类集中荷载（设计值）P/（kN）节点荷载（设计值）P=2P/（kN）备注恒载4.36413.092kN活荷载3.50510.515kN恒载+活荷载7.86923.607kN4、内力计算（1）内力及内力组合见表7-7。表7-7屋架杆件内力组合表杆件名称杆件编号恒载及活荷载半跨活荷载内力组合（kN）内力系数恒载内力（kN）活荷载内力（kN）内力系数半跨活载内力（kN）恒载+活荷载恒载+半跨活荷载2.00 3.00 45.00 2+32+5上弦杆1-14.81-193.89 -155.73 -10.764-113.18 -349.62 -307.08 2-13.66-178.84 -143.63 -9.631-101.27 -322.47 -280.11 3-14.07-184.20 -147.95 -10.033-105.50 -332.15 -289.70 4-13.7-179.36 -144.06 -9.662-101.60 -323.42 -280.96 5-12.55-164.30 -131.96 -8.516-89.55 -296.27 -253.85 6-12.95-169.54 -136.17 -8.919-93.78 -305.71 -263.32 下弦杆713.75180.02 144.58 10105.15 324.60 285.17 811.25147.29 118.29 7.578.86 265.58 226.15 97.598.19 78.86 3.7539.43 177.05 137.62 斜腹杆10-1.21-15.84 -12.72 -1.209-12.71 -28.56 -28.55 11-2.79-36.53 -29.34 -2.787-29.31 -65.86 -65.83 122.532.73 26.29 2.526.29 59.02 59.02 133.7549.10 39.43 3.7539.43 88.53 88.53 146.2581.83 65.72 6.2565.72 147.54 147.54 竖腹杆1500.00 0.00 00.00 0.00 0.00 注：内力系数由建筑结构静力计算手册查得，内力为相应的节点荷载P或W乘以内力系数；屋架下弦杆及受拉腹杆在恒载及风荷载组合作用下，未出现内力变号，故为恒载+活荷载控制。（2）上弦杆弯矩计算端节间跨中正弯矩：kN.m中间节间跨中正弯矩和中间节点负弯矩：kN.m5、杆件截面选择（1）上弦杆整个上弦不改变截面，按最大内力计算。杆1内力N=-349.62kN，M1x=3.5kN.m，M2x=2.63kN.m。选用210010，A=38.52cm2，W1x=126.58cm3，W2x=50.12cm3，ix=3.05cm，iy=4.52cm。长细比kN塑性系数x1=1.05，x2=1.2a、弯矩作用平面内的稳定性此端节间弦杆相当于规X中两端支承的杆件，其上作用有端弯矩和横向荷载并为异号曲率的情况，故取等效弯矩系数mx=0.85用跨中最大正弯矩Mx1=1.49kN.m验算，代入公式得：对于这种组合T形截面压弯杆，在弯矩的效应较大时，可能在较小的翼缘一侧因受拉塑性区的发展而导致构件失稳，补充验算见下式：显然另一侧不控制构件平面内的失稳。故平面内的稳定性得以保证。b、弯矩作用平面外的稳定性由于y=53120，所以梁的整体稳定系数可由下式计算：等效弯矩系数tx=0.85用跨中最大正弯矩Mx1=3.5kN.m验算，代入公式得：根据支撑布置情况，可知上弦节点处均有侧向支承以保证其不发生平面外失稳。因此，可不必验算节点处的平面外稳定，只需验算其强度。c、强度验算上弦杆节点“2”处（见图7-39）的弯矩较大，且W2x又比较小，因此截面上无翼缘一边的强度，按下式验算（An= A）：（2）下弦杆下弦也不改变截面，按最大内力计算。杆7的轴心力Nmax=324.60kN。选用2908，A=27.88cm2，ix=2.76cm，iy=4.09cm。长细比强度验算N/mm2f=（3）腹杆中间竖腹杆mg 对于中间竖腹杆，N=0，=534对连接垂直支撑的桁架，采用2504组成十字形截面，单个角钢504，=0.99cm=0.9=0.9534=480.6cm可满足要求。主斜腹杆jk、kg主斜腹杆jk、kg两杆采用相同截面，lox=387.2cm，loy=774.4cm，内力设计值 N=147.54kN 所需净截面面积 选用2504，T形截面A=23.9=7.8cm26.8 cm2ix=1.54cm1.11cm， iy=2.282.22cm 可以使用腹杆dj Ndj=-65.86kN，lox=0.8 =0.8287.6=230.08cm，loy= =287.6cm 选用564，A=4.39cm2,ix=1.73cm，iy=2.52cm 刚度验算： 按b类截面查表得 N/mm2f=可满足要求。腹杆bh、ch、ek、fk4根杆均为压杆，受力及长度均有小于dj杆，故可按dj杆选用564，只不采用填板。腹杆hd、dk两者均为拉杆。N=59.02kN,l=387.2cm。仍选用504，A=3.9cm2验算如下： N/mm2f=x=lox / ix=0.8387.2/1.54=201.1350可满足要求。填板设置与尺寸选择双角钢杆件的填板设置与尺寸选择如表2表2 填板设置与尺寸选择杆件名称杆件截面节间杆件几何长度（mm)i(mm)40i(压杆）或80i（拉杆）(mm)实际填板间距(mm)每一节间填板数量(块)填板尺寸bth(mm)上弦杆2100102396.445.2362778160670下弦杆ah、hj2908387240.913841229160676jm560613112腹杆mg250453409.9792658560680jk、kg250438729.972011535406506、节点设计节点编号见图7-39。（1）一般杆件连接焊接设焊缝厚度hf=4mm，焊缝长度可由公式计算列于表7-9。表7-9屋架杆件连接焊缝表杆件名称杆件编号杆件内力（kN）肢背焊缝肢尖焊缝备注lw（mm）hf（mm）lw（mm）hf（mm）下弦杆7324.61506706焊缝长度已考虑施焊时起弧或落弧的影响；杆件10的焊缝，已按规X规定考虑了焊缝强度折减系数0.85腹杆10-28.5645645611-65.864564561259.024564561388.5350645614147.54756456三角形屋架施工图见图7-44和图7-45。图7-44屋架施工详图1材料表重量（kg）合计587606共计259.0118.64.04.429.610.04.64.232.813.64.012.04.410.82.87.25.46.42.64.84.71.83.04.42.928.01.2587.2180.9每个64.759.32.02.23.72.52.32.18.26.82.06.01.15.40.70.92.73.21.32.44.71.83.00.20.11.00.3127同JW 18-0.75-21.50.9数量 反2正422284222222424822221112229284121长度（mm）1009017240810920209014209508704600281030052015524080140380540200330480240320756012060220160截面（mm ）70x656x436x436x430x430x436x436x430x436x490x56x6-185x8-115x8-240x12-80x14-140x6-150x6-125x6-140x6-155x6-210x6-160x6-200x6-50x6-50x6110x70x675x50x6-145x6-115x6零件号1234567891011121314151617181920212223242526272829构件编号JW 18-0.75-2JW 18-0.75-2A说明：1、钢材为Q235-B，焊条为E43型；2、未注明的焊缝厚度为4mm，满焊；3、未注明的螺栓孔为17；4、构件表面应彻底除锈，涂防锈底漆和醇酸磁漆各二度。图7-45屋架施工详图7 屋架节点设计 角焊缝强度设计（E43型焊条）屋架各杆件轴线至各杆件角钢背面的距离Z0如表3，表中Z0为杆件重心线至角钢背面的距离。表3 屋架各杆件轴线至角钢背面的距离Z0杆件名称杆件截面重心距离Z0(mm)轴线距离Z0(mm)备注上弦杆21001028.430下弦杆290825.230腹杆mg250413.815jk、kg250413.815dj256415.320单面连接bh、ch、ek、fk256415.320单面连接dh、dk250413.815单面连接7.1.2 绘制节点详图按以下方法、步骤和要求画节点大样，并确定节点板尺寸（1）严格按几何关系画出汇交于节点A的各杆件轴线（轴线至杆件角钢背面的距离Z0按表3采用）。 （2）下弦杆与支座底板之间的净距取140mm（符合大于130mm和大于下弦杆角钢水平肢宽的要求）。（3）按构造要求预定底板平面尺寸为ab=220220mm，使节点A的垂直轴线通过底板的形心。（4）节点板上部缩进上弦杆角钢背面t1/2+2mm=7mm(式中t1=10mm为节点板厚度），取上、下弦杆端部边缘轮廓线间的距离为20mm和根据下弦杆与节点板间的连接焊缝长度等，确定节点板尺寸如图4所示。图4 支座节点A7.2.1 按一下方法、步骤和要求绘制节点详图 （1）严格按几何关系画出汇交于节点B的各杆件轴线（轴线至杆件角钢背面的距离Z0按表3）； （2）节点板上部缩进上弦杆角钢背面10mm、取上弦杆与短压杆轮廓间距离为15mm和根据短压杆与节点板间的连接焊缝尺寸等，确定节点板尺寸如图5所示； （3）标注节点详图所需各种尺寸。7.3 屋脊拼接节点g N=147.54kN P=23.607kN7.3.1拼接角钢的构造和计算 拼接角钢采用与上弦杆截面相同的210010。拼接角钢与上弦杆间连接焊缝的焊脚尺寸取hf=6mm。 拼接接头每侧的连接焊缝共有四条，按连接强度条件需要每条焊缝的计算长度 拼接处左右弦杆端部空隙40mm，需要拼接角钢长度La=300mm 为了保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度La=350mm。 此外，因屋面坡度较大，应将拼接接角钢的竖肢剖口3= 2C（100-10-18）/2.5=57.6mm 采用60mm，如图6所示，先钻孔在切割，然后冷弯对齐焊接。7.3.2绘制节点详图 绘制方法、步骤和要求与上弦一般节点B基本相同，腹杆与节点板间连接焊缝尺寸按表4采用。为便于工地拼接，拼接处工地焊一侧的弦杆一拼接角钢和受拉主斜杆与跨中吊环杆上分别设置直径为17.5mm和13mm的安装螺栓孔，节点详图如图6所示。图6 屋脊拼接节点g7.3.3 拼接接头每侧上弦杆与节点板间连接焊缝计算 拼接接头每侧上弦轴力的竖向分力Nsina与节点荷载P/2的合力 V=Nsina - P /2=147.540.3714-23.607/2=50kN 设角钢背部的塞焊缝承受竖向合力V的一半，取hf1=5mm，需要焊缝计算长度（因P/2很小，不计其偏心影响） 由图量得实际焊缝长度远大于，因此热内焊缝满足计算要求。在计算需要的时没有考虑斜焊缝的强度设计值增大系数。7.4 下弦一般节点h7.4.1绘制节点详图（如图所示）图7 下弦一般节点h7.4.2下弦杆与节点板间连接焊缝计算 N1=324.6kN N2=265.58kN=59.02kN由节点详图中量得实际焊缝长度,其计算长度需要 构造要求 采用，满足要求。(3)上弦节点d。腹杆与节点板焊缝FN=-65.86KN，取mm。则焊缝长度为肢背 ,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/mm2f=图9-24 上弦节点d构造肢尖焊缝承受弦杆的内力差=8.73kN，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。（5）下弦中间节点m（见图7-43）图7-43下弦杆拼接节点 弦杆拼接角钢的连接焊缝，以全截面的等强度条件，设mm，按下式计算：177mm，取180mm拼接角钢选用908切成，长度为2+10=370mm。接头的位置视材料长度而定，最好设在跨中节点处，当接头不在节点时，应增设垫板。下弦杆角钢与节点板的连接焊缝，以该节间的最大轴力N的15%计算，设mm。23.4mm8+16=80mm，取85mm7.5 下弦拼接节点jN1=265.58kN N2=177.05kN7.5.1 下弦杆与节点板间连接焊缝计算拼接角钢采用与下弦杆截面相同的2564。拼接角钢与下弦杆间连接焊缝的焊脚尺寸取。 拼接头每侧的连接焊缝共有四条，按连接强度条件需要每条焊缝的计算长度 拼接处弦杆端部空隙取为10mm，需要拼接角钢长度为保证拼接处的刚度，实际采用拼接角钢长度。7.5.2 绘制节点详图汇交于节点I的屋架各杆轴线至角钢背面的距离按表采用，腹杆与节点板间的连接焊缝尺寸按表采用。为便于工地拼接，拼接处弦杆和拼接角钢的水平肢上设置直径为17.5mm的安装螺栓孔。节点详图如图8所示。图8 下弦拼接节点I7.5.3拼接接头一侧下弦杆与节点板间连接焊缝计算 取接头两侧弦杆的内力差N和0.15Nmax两者中的较大值进行计算。 取N=45kN进行计算。N由内力较大一侧的下弦杆传给节点板，由图中量得实际焊缝长度，其计算长度 需要 采用，满足要求。7.6 下弦中央节点J均按构造要求确定各杆与节点板间的连接焊缝。节点详图如图9所示。图9 下弦中央节点J7.7 受拉主斜杆中间节点K设计计算与下弦一般节点H相同，节点详图如图10所示。图10 受拉主斜杆中间节点K8 参考资料1. 钢结构设计例题集 （）2. 钢结构设计与计算 （机械工业）3. 钢结构 （）4. 钢结构设计指导与实例精选 （）5. 钢结构设计及实用计算 （中国电力）