芬克式三角形钢屋架设计

1、芬克式三角形钢屋架设计一、 设计资料某厂房总长度为36m，跨度为18m，纵向柱矩为6m。初选芬克式屋架基本形状及尺寸参数如下图所示：屋面坡度，坡角，；屋架计算长度；中间高度；上弦划分为4个区间，每个区间长度；下弦分为3个区间。区间长度分别为，；上弦每节间设置两根檩条，檩条间设有拉条，檩条间距为。屋架支撑布置如下图所示：1）永久荷载彩色钢板屋面：；保温层及灯具：；屋架及支撑自重按经验公式计算；檩条重量：；2） 可变荷载屋面活载 ： ；雪荷载： ；积灰荷载： 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。彩色钢板屋面： 保温层及灯具： 屋架及支撑自

2、重： 檩条重量： 恒载合计： 屋面活载 （或雪荷载，两者中取较大值）： ；积灰荷载： 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。节点荷载四、屋架设计1.节点集中荷载计算节点荷载取等效荷载示意图如下示：2.屋架内力计算各杆件内力系数如下图示： 各杆件内力设计值杆件上弦杆7腹杆下弦杆ABBCCDDEBFCFCGCHDHEHGHAFFGGJ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-

3、44.7960.2-89.5860.2-44.8180.6120.4421.4361.2240.8 中间节点处集中荷载为檩条作用在屋架上弦杆的集中荷载，本例中根据檩条布置位置应取为F/3。则檩条集中荷载作用时 端节点弯矩 其他节间的正弯矩和节点负弯矩 3.上弦杆截面设计整个上弦杆采用等截面，按最大内力杆设计（压杆） 杆端，选用角钢2L10016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） 上弦杆是压弯构件1）强度验算故强度满足要求2）稳定验算a. 由正弯矩控制的平面内长细比：，绕X轴屈曲时属于b类截面，查表可得 构件产生反向曲率 满足要求较小翼缘

4、受拉区： 满足要求b. 由负弯矩控制的平面外 由于受压弦杆侧向支撑点间距为节间长度的2倍，且 （钢结构设计规范P51（5.3.1）式） 则 换算长细比 （钢结构设计规范P41（5.1.2-6a）式）绕y轴屈曲时处于b类截面 由查表可得 构件产生反向曲率翼缘受拉且腹板 故 满足要求3）上弦填板的设置（钢结构设计规范P43 5.1.5条）查型钢表，一个角钢对于平行于填板的自身形心轴的回转半径i=2.98cm，则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=119.15cm119.2cm.填板尺寸。(钢结构课程设计P23)4.下弦杆截面设计整个下弦杆采

5、用等截面，故按最大内力设计 所需杆件截面积 选用角钢2L70455短肢相拼成T形截面查表可得： 对于拉杆 均满足要求，故下弦杆所选钢材满足设计要求 3）下弦填板的设置（钢结构设计规范P43 5.1.5条）查型钢表，一个角钢对于平行于填板的自身形心轴的回转半径i=2.33cm，则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=128.3cm186.4cm.下弦节间GJ长度为371.8cm。每节间设两块填板，间距为371.8/3=123.9cm186.4cm.填板尺寸。(钢结构课程设计P23)5.腹杆截面设计1) 腹杆EG在节点H处不断开，采

6、用通长杆件 所需杆件截面积选用角钢2L455相拼组成T形截面查表可得： 对于拉杆 均满足要求，故腹杆EG所选钢材满足设计要求 填板设置 按 GH、HE各设置两块，256.6/3=85.5cm109.6cm填板尺寸。2) 腹杆CF和CH选用单角钢L455，所需杆件截面积查表可得： 对于拉杆 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DH（压杆），初选单角钢L568 ，换算长细比 由于，所以只求，由查表可得： 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 按 CF、CH各设置一块，95.3/2=47.7cm54.8cm。应设3块填板，但考虑腹杆受力不大，且两端

7、焊于节点板上，为减小焊缝起见，可采用两块填板。填板尺寸5）中间竖腹杆EJ（1）按构造考虑，为安装垂直支撑，采用螺栓直径d=18mm，选用2L705，组成十字形截面。查型钢表知。（2）容许长细比按支撑压杆考虑 （3）填板设置按压杆考虑 设置4块，354/5=70.855.6cm 但考虑中竖杆两端有节点板，且本身亦非完全压杆，为避免焊缝过密，只设置4块。 填板尺寸5、 节点设计 由于采用E43型手工焊，Q235级钢材、角焊缝，查表知 1 下弦节点F 对于CF杆和BF杆 取杆件厚度 ， 故可取肢背实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取故杆件BF、CF与节点板的角焊缝长度为肢背105 mm、肢尖均50m

8、m，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。节点板与下弦杆满焊，故焊缝长度，取焊缝承受内力肢背侧焊缝：故焊缝强度满足要求。2 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CH杆，取杆件厚度 ， 故可取肢背实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取故杆件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。节点板与下弦杆满焊，故焊缝长度，取焊缝承受内力肢背侧焊缝故

9、焊缝强度满足要求。下弦杆断开处采用同型号角钢L755010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。考虑两弦杆间的空隙，拼接角钢的长度为3 上弦节点C 对于杆件CF、CH， 取肢背实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取对于杆件CG， 取肢背实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取焊脚尺寸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 。上弦杆与节点板间焊缝，承受上弦杆内力差与檩条传来的集中荷载作用。为了便于在上弦杆上安置檩条，节点板的上边缘可缩进上弦肢背。用槽焊缝把上弦杆与

10、节点板焊接起来。集中荷载，对槽焊缝长度中心偏心距很小，故可认为弯矩。槽焊缝，与上弦杆满焊，故（赵风华主编钢结构设计原理P269（7.20）式） 满足要求实际上因F不大，可按构造满焊。（钢结构课程设计P27）内力差 偏心距故节点板与上弦杆肢尖满焊焊缝长度。 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均很小，可按构造要求确定焊缝尺寸，取，肢背、肢尖焊缝长度5 屋脊节点E屋脊节点处弦杆有断开，采用同型号角钢L1007进行拼接，尖角削除，且截去垂直肢的宽度。 对于杆件EH ， 取肢背实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取根据所求焊缝长度，并考虑杆件之间应有间隙以及装配

11、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计算，且考虑偏心距，则承受弯矩取肢尖满焊焊缝长度 屋脊节点处集中荷载F由檩条与上弦杆肢背焊缝承受，验算过程与结果同节点C拼接角钢焊脚尺寸取，故一条焊缝计算长度为：故所需拼接角钢长度，取6、下弦中间节点J（1）拼接角钢与下弦杆连接焊缝设，按下式计算，取290mm。拼接角钢长度为。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2L755010，其垂直肢应切去的长度为。（2）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 受力很小，节点板按构造绝对即可。（3）中

12、间竖杆，节点板尺寸亦按构造决定。7、节点H1）、腹杆DH，CH所需焊缝已于上述节点D和C中算出，节点板如图所示。2）、GE杆与节点板焊缝验算内力差 节点板长200mm（取）肢背 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）屋架支撑于的钢筋混凝土柱上采用C20级混凝土，对于AF杆，2L755010短肢相拼为T形截面，取。肢背 实际焊缝长度，取肢尖实际焊缝长度，取对于AB杆，节点板缩进肢背，与弦杆肢背用槽焊缝连接肢背实际焊缝长度，取肢尖，实际焊缝长度，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支座底板净面积锚栓直径采用，U形开口面积故底板所需面积根据构造要求选取底板尺寸故底板所受均布荷载反力，查表得底板单位宽度弯矩故支座底板厚度由于桁架跨度18m