算例一：三角形角鋼屋架設(shè)計計算書_xk

1、三角形角鋼屋架設(shè)計1、設(shè)計資料屋架跨度18m，屋架間距6m，屋面坡度1/3，屋面材料為石棉水泥中波或小波瓦、油氈、木望板。薄壁卷邊Z形鋼檁條，檁條斜距為0.778m，基本風壓為0.35kN/m2，雪荷載為0.20kN/m2。鋼材采用Q235-B，焊條采用E43型。2、屋架形式、幾何尺寸及支撐布置屋架形式、幾何尺寸及支撐布置如圖7-35所示，上弦節(jié)間長度為兩個檁距，有節(jié)間荷載。上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端及伸縮縫處的第一開間內(nèi)，并在相應開間屋架跨中設(shè)置垂直支撐，在其余開間屋架下弦跨中設(shè)置一道通長的水平系桿。上弦橫向水平支撐在交叉點處與檁條相連。為此，上弦桿在屋架平面外的計算長度等于其節(jié)間幾何長

2、度；下弦桿在屋架平面外的計算長度為屋架跨度的一半。圖7-35屋架形式、幾何尺寸及支撐布置3、荷載（對水平投影面）（1）恒載標準值石棉瓦0.2 kN/m2/0.949=0.21kN/m2油氈、木望板0.18kN/m2/0.949=0.19kN/m2檁條、屋架及支撐0.20kN/m2 合計0.6kN/m2（2）活荷載活荷載與雪荷載中取大值0.30kN/m2因屋架受荷水平投影面積超過60m2，故屋面均布活荷載可取為（水平投影面）0.30kN/m2。（3）風荷載基本風壓0.35kN/m2計算中未考慮風壓高度變化系數(shù)。（4）荷載組合恒載+活荷載恒載+半跨活荷載恒載+風荷載（5）上弦的集中荷載及節(jié)點荷載，

3、見圖7-36、7-37及表7-6。圖7-36上弦集中荷載圖7-37上弦節(jié)點荷載表7-6上弦集中荷載及節(jié)點荷載表荷載形式荷載分類集中荷載（設(shè)計值）P/（kN）節(jié)點荷載（設(shè)計值）P=2P/（kN）備注恒載 3.1896.378kN活荷載1.8603.270kN恒載+活荷載5.04910.089kN（6）上弦節(jié)點風荷載設(shè)計值，見圖7-38。圖7-38上弦節(jié)點風荷載風荷載體型系數(shù)背風面s=-0.5迎風面s=-0.47-0.5（見建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范）上弦節(jié)點風荷載W=1.4×（-0.5）×0.35kN/m2×1.556m×6m=-2.287kN4、內(nèi)力計算（1）內(nèi)力

4、及內(nèi)力組合見表7-7。表7-7屋架桿件內(nèi)力組合表桿件名稱桿件編號恒載及活荷載半跨活荷載風荷載內(nèi)力組合（kN）內(nèi)力系數(shù)恒載內(nèi)力（kN）活荷載內(nèi)力（kN）內(nèi)力系數(shù)半跨活載內(nèi)力（kN）內(nèi)力系數(shù)風荷載內(nèi)力（kN）恒載+活荷載恒載+半跨活荷載恒載+風荷載12345672+32+52+7上弦桿1-17.39-110.91-64.69-12.65-47.0616.5537.85-175.6-157.97-73.062-16.13-102.88-60.00-11.40-42.4115.5035.45-162.88-145.29-67.433-16.76-106.90-62.35-12.05-44.8316.5

5、537.85-169.25-151.73-69.054-16.44-104.85-61.16-11.70-43.5216.5537.85-166.01-148.37-67.005-15.18-96.82-56.47-10.45-38.8715.5035.45-153.29-135.69-61.376-15.81-100.84-58.81-11.10-41.2916.5537.85-159.65-142.13-62.99下弦桿716.50105.2461.3812.0044.64-17.34-39.66166.62149.8865.58813.5086.1050.229.0033.48-14.3

6、2-32.75136.32119.5853.3599.0057.4033.484.5016.74-9.48-21.6890.8874.1435.72腹桿10-1.34-8.55-4.99-1.34-4.991.413.23-13.54-13.54-5.3211-2.85-18.18-10.60-2.85-10.603.006.86-28.78-28.78-11.32123.0019.1311.163.0011.16-3.16-7.2330.2930.2911.90134.5028.7016.744.5016.74-4.47-10.8445.4445.4417.86147.5047.8427.9

7、7.5027.90-7.9-18.0775.7475.7429.77150.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00注：內(nèi)力系數(shù)由建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊查得，內(nèi)力為相應的節(jié)點荷載P或W乘以內(nèi)力系數(shù)；屋架下弦桿及受拉腹桿在恒載及風荷載組合作用下，未出現(xiàn)內(nèi)力變號，故為恒載+活荷載控制。（2）上弦桿彎矩計算端節(jié)間跨中正彎矩：kN.m中間節(jié)間跨中正彎矩和中間節(jié)點負彎矩：kN.m5、桿件截面選擇（1）上弦桿整個上弦不改變截面，按最大內(nèi)力計算。桿1內(nèi)力N=-175.6kN，M1x=1.49kN.m，M2x=1.117kN.m。選用270×6，A=16.32cm2

8、，W1x=38.74cm3，W2x=14.96cm3，ix=2.15cm，iy=3.11cm。長細比kN塑性系數(shù)x1=1.05，x2=1.2a、彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定性此端節(jié)間弦桿相當于規(guī)范中兩端支承的桿件，其上作用有端彎矩和橫向荷載并為異號曲率的情況，故取等效彎矩系數(shù)mx=0.85用跨中最大正彎矩Mx1=1.49kN.m驗算，代入公式得： 對于這種組合T形截面壓彎桿，在彎矩的效應較大時，可能在較小的翼緣一側(cè)因受拉塑性區(qū)的發(fā)展而導致構(gòu)件失穩(wěn)，補充驗算見下式：顯然另一側(cè)不控制構(gòu)件平面內(nèi)的失穩(wěn)。故平面內(nèi)的穩(wěn)定性得以保證。b、彎矩作用平面外的穩(wěn)定性由于y=50<120，所以梁的整體穩(wěn)定系數(shù)可由下

9、式計算：等效彎矩系數(shù)tx=0.85用跨中最大正彎矩Mx1=1.49kN.m驗算，代入公式得：根據(jù)支撐布置情況，可知上弦節(jié)點處均有側(cè)向支承以保證其不發(fā)生平面外失穩(wěn)。因此，可不必驗算節(jié)點處的平面外穩(wěn)定，只需驗算其強度。c、強度驗算上弦桿節(jié)點“2”處（見圖7-39）的彎矩較大，且W2x又比較小，因此截面上無翼緣一邊的強度，按下式驗算（An= A）：（2）下弦桿下弦也不改變截面，按最大內(nèi)力計算。桿7的軸心力Nmax=166.62kN。選用256×4，A=8.78cm2，ix=1.73cm，iy=2.52cm。長細比強度驗算N/mm2<f（3）腹桿桿10內(nèi)力N=-13.54kN。選用36

10、×4，A=2.756cm2，iy=0.7cm。長細比其中0.812為單面連接單角鋼的強度折減系數(shù),見附表1-4。上述計算，也可采用表格形式進行，現(xiàn)將上述計算以及其他腹桿的計算一并列于表7-8。圖7-39節(jié)點編號表7-8屋架桿件截面選用表桿件名稱桿 件 編 號內(nèi)力計算長度（cm）截面規(guī)格（mm）長細比穩(wěn)定系數(shù)計算應力（N/mm2）N（kN）M1（kN.m）l0xl0yxy（yz）xybM2（kN.m）上弦桿1-175.61.491.117155.5155.5270×672.350（56.6） 0.7360.8250.915187.4下弦桿7166.62245.8885256&

11、#215;4189.88136.32245.8885990.88393.4885228351腹桿10-13.540.9×110=9936×4141（154）0.3410.294167.111-28.780.8×156=124156230×4138104（105）0.353179.11230.290.8×246=197246230×4219165.166.51345.44246492230×427333099.821475.74246492230×4273330166.4150.000.9×295=2663

12、6×41936、節(jié)點設(shè)計節(jié)點編號見圖7-39。（1）一般桿件連接焊接設(shè)焊縫厚度hf=4mm，焊縫長度可由公式計算列于表7-9。表7-9屋架桿件連接焊縫表桿件名稱桿件編號桿件內(nèi)力（kN）肢背焊縫肢尖焊縫備注lw（mm）hf（mm）lw（mm）hf（mm）下弦桿7166.621504704焊縫長度已考慮施焊時起弧或落弧的影響；桿件10的焊縫，已按規(guī)范規(guī)定考慮了焊縫強度折減系數(shù)0.85腹桿10-13.5445445411-28.784544541230.294544541345.445044541475.74754454（2）節(jié)點“1”支座底板厚度支座底板尺寸，如圖7-40所示。支座反力R

13、=6P+1.15×0.74×6=6×10.098+1.15×0.74×6=65.69kN設(shè)a=b=12cm，a1=×12cm=16.9cm，b1=a1/2=8.45cm底板的承壓面積An=24cm×24cm-3.14×22cm2-2×4cm×5cm=523cm2板下壓應力N/mm2b1/a1=0.5，查表得0.06，則=2159.2N.mm所需底板厚度tmm，取t=12mm圖7-40支座節(jié)點支座節(jié)點板與底板的連接焊縫設(shè)mm，=（240mm-10mm）×2+（120mm-4mm-10mm

14、-10mm）×4=844mm，按下式計算：N/mm2<N/mm2支座節(jié)點板與加勁肋的連接焊縫厚度取mm，計算從略。上弦桿與節(jié)點板的連接焊縫N=175.6kN，設(shè)焊縫厚度mm，焊縫計算長度=160+360-10=510mm，見圖7-40。桿件軸心力N，假定全由角鋼肢尖焊縫傳遞，并考慮傳力的偏心影響，其中偏心矩e=70-20=50mm，按下式計算：=68.3N/mm2<N/mm2（3）節(jié)點“2”、“3”如圖7-41所示，節(jié)點荷載P假定由角鋼肢背的塞焊縫承受，按構(gòu)造要求節(jié)點板較長，故焊縫強度可以滿足，計算從略。圖7-41上弦中間節(jié)點節(jié)點兩側(cè)上弦桿軸心力之差N=N1-N2，假定由

15、角鋼肢尖焊縫承受，并考慮偏心力矩M=Ne的影響，計算結(jié)果見表7-10。表7-10上弦節(jié)點肢尖焊縫表節(jié)點名稱節(jié)點號N2（kN）N1（kN）N（kN）hf（mm）e（mm）lw（mm）f（N/mm2）（N/mm2）上弦節(jié)點2162.88175.612.724501201.2243.21603166.01169.253.244505301.221.21160（4）節(jié)點“4”如圖7-42所示，節(jié)點荷載P，假定由角鋼肢背的塞焊縫承受，同上按構(gòu)造要求考慮，即可滿足，計算從略。圖7-42上弦屋脊節(jié)點上弦桿拼接角鋼的連接焊縫，以該節(jié)間的最大軸力N，設(shè)mm，按下式計算：99mm，取120mm上弦桿角鋼與節(jié)點板的

16、連接焊縫，以上述軸心力的15%按下式計算，設(shè)mm，e=50mm，按構(gòu)造要求為220mm，取lw=220-10=210mm=31.4N/mm2<N/mm2（5）節(jié)點“5”（見圖7-43）圖7-43下弦桿拼接節(jié)點下弦桿拼接角鋼的連接焊縫，以全截面的等強度條件，設(shè)mm，按下式計算：115mm，取125mm拼接角鋼選用56×4切成，長度為2+10=260mm。接頭的位置視材料長度而定，最好設(shè)在跨中節(jié)點處，當接頭不在節(jié)點時，應增設(shè)墊板。下弦桿角鋼與節(jié)點板的連接焊縫，以該節(jié)間的最大軸力N的15%計算，設(shè)mm。17.6mm<8+10=42mm，取55mm三角形屋架施工圖見圖7-44和圖

17、7-45。圖7-44屋架施工詳圖1材料表重量（kg）合計587606共計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每個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數(shù)量 反2正422284222222424822221112229284121長度（mm）1009017240810920209014209508704600281030052015524080140380540200330480240320756012060220160截面（mm ）70x656x436x436x430x430x436x436x430x436x490x56x6-185x8-1