芬克式钢屋架课程设计

芬克式三角形钢屋架设计一、设计资料某厂房总长度为49m，跨度为18m，纵向柱矩为7m。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5.2:1i，坡角08.21arctani，3714.0sin，9285.0cos；屋架计算长度ml7.1715.02180；中间高度mh54.3；上弦划分为4个区间，每个区间长度mm2383；下弦分为3个区间。区间长度分别为mm2566，mm2566，mm3718；上弦每节间设置两根檩条，檩条间设有拉条，檩条间距为mm794。屋架支撑布置如下图所示：荷载标准值（水平投影面计）1）永久荷载彩色钢板屋面：20.15/kNm；保温层及灯具：20.55/kNm；屋架及支撑自重按经验公式20.120.011wP（跨度）KN/m计算；檩条重量：20.09/KNm；70007000×5700070007000×570002）可变荷载屋面活载：20.7/kNm；雪荷载：20.25/kNm；积灰荷载：20.8/kNm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077.1cos1。彩色钢板屋面：21.0770.150.162/kNm保温层及灯具：21.0770.550.592/kNm屋架及支撑自重：20.120.011180.318/kNm檩条重量：21.0770.090.097/KNm恒载合计：21.169/kNm屋面活载（或雪荷载，两者中取较大值）：20.7/kNm；积灰荷载：20.8/kNm2、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1(1.21.1691.40.71.40.90.8)79/453.41FKN2(1.351.1691.40.70.71.40.90.8)79/451.54FKN四、屋架设计1.节点集中荷载计算节点荷载取153.41FFKN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：53.41各杆件内力设计值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001153.41(0.7943cos)13.13339FMlkNm端节点弯矩100.810.50MMkNm其他节间的正弯矩和节点负弯矩200.67.88MMkNm3.上弦杆截面设计整个上弦杆采用等截面，按最大内力杆ABNNmax设计503.12ABNkN（压杆）杆端110.50MkNm，27.88MkNm选用角钢2L140×14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）275.14nAcm4.28xicm6.27yicm31346xWcm32137.5xWcm03.98Zcm上弦杆是压弯构件1）强度验算杆件上弦杆腹杆下弦杆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-503.12-483.36-463.60-443.84-49.6766.76-99.3466.76-49.67200.29133.53467.34400.58267.05362223503.121010.510130.59/215/75.14101.2137.510xnxnxMNNmmNmmAW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：0794355.651504.2810xxxli，绕X轴屈曲时属于b类截面，查表可得0.826x225223.142.061075.141004480.11.11.155.65ExxEANkN构件产生反向曲率85.0mx3632313503.12100.8510.5100.80.8503.12100.82675.1410(1)1.0534610(1)4480.110mxxxxxExMNNAWN22103.23/215/NmmNmm满足要求较小翼缘受拉区：3632323503.12100.8510.5101.251.25503.121075.1410(1)1.2137.510(1)4480.110mxxxxExMNNAWN224.03/215/NmmNmm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1l为节间长度l的2倍，且BCABNN（《钢结构设计规范》P51（5.3.1）式）则2011483.36(0.750.25)79432(0.750.25)4717503.12yNllmmN0471775.2362.7yyyli01404717100.580.5819.5414140ylbtb换算长细比（《钢结构设计规范》P41（5.1.2-6a）式）44222200.4750.475140(1)105.8(1)78.38150471714yzyyblt绕y轴屈曲时处于b类截面由41.110yz查表可得0.698y构件产生反向曲率85.0tx翼缘受拉且腹板18235183.14yftb故23510.00050.962byyf36231503.12100.857.881010.69875.14100.96234610txxybxMNAW22116.05/215/NmmNmm满足要求3）上弦填板的设置（《钢结构设计规范》P435.1.5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4.28icm，则40i=171.2cm。上弦节间长度为238.3cm。每节间设一块填板，间距为238.3/2=119.15cm171.2cm.填板尺寸7012150。(《钢结构课程设计》P23)4.下弦杆截面设计整个下弦杆采用等截面，故按最大内力AFNNmax设计467.34AFNkNmmlx256600256625132ylmm所需杆件截面积322467.3410217421.74215NAmmcmf选用角钢2L75×50×10短肢相拼成T形截面查表可得：223.2nAcm1.38xicm3.87yicm对于拉杆0256.6185.93501.38xxxli0371.8269.43501.38xxxli0513.2132.63503.87yyyli3222467.3410201.4/215/23.210nNNmmNmmA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》P435.1.5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2.33icm，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701280。(《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，采用通长杆件max200.29EHNNkN133.53GHNkNmmllx25660mmmmllly513225662210所需杆件截面积322200.2910931.69.316215NAmmcmf选用角钢2L50×6相拼组成T形截面查表可得：211.38nAcm1.51xicm2.56yicm对于拉杆0256.6169.93501.51xxxli0513.2200.53502.56yyyli3222200.2910176/215/11.3810nNNmmNmmA均满足要求，故腹杆EG所选钢材满足设计要求填板设置按80801.51120.8icmGH、HE各设置两块，256.6/3=85.5cm109.6cm填板尺寸701260。2)腹杆CF和CH66.76NkN，00.80.825662053mmxll，mmlly25660所需杆件截面积32266.76103113.11215NAmmcmf查表可得：25.69nAcm1.51xicm0.98yicm对于拉杆0205313635015.1xxxli02566261.843509.8yyyli322266.7610117.3/215/5.6910nNNmmNmmA均满足要求，故腹杆EG所选钢材满足设计要求选用单角钢L50×6可满足设计要求3)对于腹杆BF和DH49.67NkN（压杆），786.4mm9538.08.00llx，mmlly9530初选单角钢L50×625.69nAcm，1.51xicm，0.98yicm，0786.452.120015.1xxxli095.397.22000.98yyyli509538.330.5410.29650bt换算长细比42200.85(1)113.2200yzyyblt由于yyz，所以只求y，由yz查表可得：0.475y32249.6710183.78/215/0.475569ynNNmmNmmA强度、稳定性均满足要求，故所选钢材满足设计要求。4)对于腹杆CG99.34CGNkN（压杆），1524.8mm19068.08.00llxmmlly19060初选用角钢2L50×6相拼组成T形截面211.38nAcm，1.51xicm，2.56yicm对于压杆0152.48100.982001.51xxxli0190.674.452002.56yyyli5019068.330.5822.1650bt换算长细比42200.475(1)76.1200yzyyblt由yz查表可得：0.711b32299.3410122.8/215/0.7111138bnNNmmNmmA强度、稳定性均满足要求，故腹杆CG所选钢材满足设计要求。填板设置按40401.5160.4icm设置两块，190.6/3=63.6cm60.4cm。应设3块填板，但考虑腹杆受力不大，且两端焊于节点板上，为减小焊缝起见，可采用两块填板。填板尺寸7012605）中间竖腹杆EJ0EJN（1）按构造考虑，为安装垂直支撑，采用螺栓直径d=18mm，选用2L70×5，组成十字形截面。查型钢表知min2.73;1.39uicmicm。（2）容许长细比按支撑压杆考虑0.9354/2.73116.7200（3）填板设置按压杆考虑min4055.6icm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7012110。五、节点设计由于采用E43型手工焊，Q235级钢材、角焊缝，查表知2/160mmNfwf1．下弦节点F对于CF杆和BF杆取max66.76NkN杆件厚度66tmmmm，1.53.67tmm故可取mmhf4肢背310.70.766.76101040.74160wwefNlmmhf