1、芬克式三角形钢屋架设计、 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 ， ， ；5.2:1i 08.21arctni3714.sin9285.0cos屋架计算长度 ；中间高度 ；ml7.080mh5上弦划分为 4 个区间，每个区间长度 ；3下弦分为 3 个区间。区间长度分别为 ， ， ；2563718上弦每节间设置两根檩条，檩条间设有拉条， 檩条间距为 。m94屋架支撑布置如下图所示：1）永久荷载彩色钢板屋面： ；215.0mkN保温层及灯具： ；屋架及支撑自重按经验公式 计算；20.12wP度K/檩条重量：
2、；209.mkN2、 可变荷载屋面活载 ： ；27.0mkN雪荷载： ；35积灰荷载： 2.1k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 。07.1cos彩色钢板屋面： 216.05.7.1mkN保温层及灯具： 9屋架及支撑自重： 2382.0k檩条重量： 0771mN恒载合计： 216.k屋面活载 （或雪荷载，两者中取较大值）： ；积灰荷载： 20.mkN2、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 kN16.48/960.14.70.16.2F1 ）（ 335
3、）（四、屋架设计1.节点集中荷载计算节点荷载取 kNF16.48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 mkNlFM83.1)cos3794.0(16.893100 端节点弯矩 kM其他节间的正弯矩和节点负弯矩 kM10.76.023.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ABNmax（压杆） 杆端 ，kNAB67.453kM46.91 mk10.72选用角钢 2L10016 等肢相拼成 T 形截面， （其中 a=12mm，为节点
4、板厚度，根据钢结构课程设计P23 表 2-3 选用）26.59cmAncix98.cmiy72.43162.7cWx3264.75cmxZ03上弦杆是压弯构件上弦杆 7 腹杆 下弦杆杆件 AB BC CD DE BF CF CG CH DH EH GH AF FG GJ系数-9.42 -9.05 -8.68 -8.31 -0.93 1.25 -1.86 1.25 -0.93 3.75 2.50 8.75 7.50 5.00内力值-453.67 -435.85 -418.03 -400.21 -44.79 60.2 -89.58 60.2 -44.8 180.6 120.4 421.4 361.
5、2 240.81）强度验算 223623 /15/1504.75106.5974 mNWMANnx 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： ，15093.7108.240 xil绕 X 轴屈曲时属于 b 类截面，查表可得 68.xkNEANxx .17293.7102656.4.31.22 构件产生反向曲率 80mx )1068.7245301(62.705.1.9826.598.0743).1( 3363 ExxmxNWMA满足要求2/.4mN较小翼缘受拉区： )1068.724531(064.7521.9806.59743)2.1( 33632 ExxmNWMA满足要
6、求2/. mNb. 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 1ll（钢结构设计规范P51（5.3.1）式）BCAN则 mNly 471)6.5382.07(3794)25.07(110 40yil 3.205.600bltby换算长细比 （钢结构设计规范P41（5.1.2-6a）式） 15069.10)475.01(9.)75.01( 2424 tlbyyz绕 y 轴屈曲时处于 b 类截面 由 查表可得 .yz3.y构件产生反向曲率 85.0tx翼缘受拉且腹板 1823.6yft故 950.2305.1ybf36231 102.794.851674xbtyW
7、MAN满足要求2/5mN3）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=119.15cm54.8cm。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 601275）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2L705，组 成十字形截面。查型钢表知 。min2.73;1.9uicc（2）容许长细比按支撑压杆考虑 0.
8、9354/2.716.0（3）填板设置按压杆考虑min.6c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 10275、节点设计由于采用 E43 型手工焊，Q235 级钢材、角焊缝，查表知 2/160mNfw1、下弦节点 F对于 CF 杆和 BF 杆 取 kN2.60max杆件厚度 ， 故可取t5t351mhf4肢背 fhNlwe 94607031实际焊缝长度 ，取mhlf129405肢尖 fhlwe 4607.3.032实际焊缝长度 ，取hlf824m40850或fh故杆件 BF、CF 与节点板的角焊缝长度
9、为肢背 105 mm、肢尖均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。mm125021节点板与下弦杆满焊，故焊缝长度 ，取mlw20hf4焊缝承受内力 kNN.6.314.2肢背侧焊缝： 223 /160/9)4250(47.2.665.0 mlhwef 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 kN4.120max杆件厚度 ， 故可取t65t35. mhf4肢背 fhNlwe 94107.20.1 实际焊缝长度 ，取mhlf2
10、945肢尖 fhlwew 40167.023. 32 实际焊缝长度 ，取mhlfw4820m40850或fh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。m10250节点板与下弦杆满焊，故焊缝长度 ，取mlw250hf4焊缝承受内力 kNN4.18.2.36肢背侧焊缝 223 /160/58)420(47.2.156.0 mlhwef 故焊缝强度满足要求。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
11、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 。m15考虑两弦杆间的空隙，拼接角钢的长度为 mhfAl fw 6.5920)42167.04523()27.04(22 3、上弦节点 C对于杆件 CF、CH， 取kN2.60mhf4肢背 fhNlwe 9417.0. 31实际焊缝长度 ，取hlf029415肢尖 mfhlwe 4167.30. 32实际焊缝长度 ，取hlf824m40850或fh对于杆件 CG， 取kN5.9f4肢背 mfhlwe 70164.027. 31 实际焊缝长度 ，取hlf8肢尖 fhNlwew 301647.02593.2 实际焊缝长度 ，取mhlf
12、w3820m40850或fh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 。m129076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节点板焊接起来。8集中荷载 ， 对槽焊缝长度中心偏心距很小，故可认为kNF16.4弯矩 。槽 焊缝 ，与上弦杆满焊，故0Mmhf 510.60wlm（赵风华主编钢结构设计原理P269（7.20）式） 2.180)76(5.02.488.)2(7.02 3ffwf hlhF2/%/9mN
13、fmNw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 kNN82.1703.485.3偏心距 me2710故 kM节点板与上弦杆肢尖 mhf 97.35.14满焊焊缝长度 。lw76023/0.4)2760(4.2187.02 mNlhNwff 2232 /9.)(6lMff22222 /160/.487.).190()( mNfmNwff 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N mhf4尖焊缝长度 mhlfw40850或5、屋脊节点 E屋脊节点处弦杆有断开，采
14、用同型号角钢 L1007 进行拼接，尖角削除，且截去垂直肢的宽度 。m17对于杆件 EH ， 取kN6.180mhf4肢背 fhlwe 2.147.2.031 实际焊缝长度 ，取hlf9.5850肢尖 mfhNlwew 61047.230. 32 实际焊缝长度 ，取hlf86m4087或fh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，N%15且考虑偏心距 ，me73210则承受弯矩 mkNNM38.407.21.45.%取 tmhf 9.5.4肢尖满焊焊缝长度 mlw36cos
15、02/0)427(4.21.7.021NlhNwff 2232 /6)6(.08.6lMff 2222 /10/0.4).13()( mNfmNwff 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 ，mhf4故一条焊缝计算长度为： mfhNlww 2316047.7.03故所需拼接角钢长度 ，取lf524)(2l56、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4fhm，取mhfAl fww 3.26841607.425327.02 290mm。拼接角钢长度为 。5920考虑拼接螺栓等的需要，实际取长度为 700mm，截面与下
16、弦角钢相同为 2L755010，其垂直肢应切去的长 度为。mhtf 19540（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 15%GJN15%9.41.8NKN受力很小，节点板按构造绝对即可。（3）中间竖杆 ，节点板尺寸亦按构造决定。0EJ7、节点 H 74.59HENK49.73HGNK1）、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 kNN2.604.1.80节点板长 200mm（取 ）fhm肢背 322.7251.9/160/04m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P
17、29 图 2-23）屋架支撑于 的钢筋混凝土柱上m40采用 C20 级混凝土， 2/6.9Nfc对于 AF 杆， ，2L755010 短肢相拼 为 T 形截面，取kN21。mhf5肢背 mfhlwe 2401657.0246.031 实际焊缝长度 ，取mhlfw248050肢尖 fhNlew 19657.325. 3实际焊缝长度 ，取hlfw21940对于 AB 杆， ，节点板缩进肢背 ，与弦杆肢背用槽k.43m8焊缝连接肢背 fhNlwe 354%801657.02.1 实际焊缝长度 ，取mhlf347肢尖 ，fhlwew 126057.2.32 实际焊缝长度 ，hlf1根据所求焊缝长度，并
18、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 kNFR64.192.48支座底板净面积 2307.mfAcn锚栓直径采用 ，U 形开口面积md2205A故底板所需面积 20567n根据构造要求选取底板尺寸 Amba2764故底板所受均布荷载反力2203 /6.9/6.2416.9mNAAFqn ，查表得5.138ab58.底板单位宽度弯矩 mNqaM5.2316.30.21故支座底板厚度 ft .856由于桁架跨度 18m,按构造要求取底板厚度 t16（赵风华主编钢结构设计原理P274）10.节点板与加劲肋连接焊缝计算
19、加劲肋与节点板高度相等，详细尺寸见屋架施工图假定一个加劲肋的受力 ，kNRV16.48mkNM37.0.1648取 ， 焊缝长度mthf 7.45.1lw252723/.02.0682lVwef 2262 /5.97.16NlhMef 2222 /160/3).93()( mNfmwff 11.节点板、加劲肋与底板连接计算设焊缝传递全部支座反力 kNR64.192每个加劲肋各传递 ，节点板传递 。.48kNR32.96a. 节点板与底板焊脚尺寸 ，满焊每条焊缝长度105.mhfmlw23054对于正面角焊缝 23/5.607.20196mNhlNew 2/195mNfwb. 每个加劲肋与底板焊脚尺寸 hf焊缝长度 lw8515对于正面角焊缝 23/.857.08264mNhlNew 2/195mNfw强度均满足要求。
