鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

1、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū) 姓 名： 班 級(jí)：土木工程 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 2011年6月11日一、 設(shè)計(jì)說(shuō)明1、 設(shè)計(jì)某一檢修廠房屋蓋，跨度為27m，長(zhǎng)度為80m，柱距為6m，三角形屋架，鋼材為Q235B，焊條采用E43型，屋面為壓型鋼板，屋面坡度i=1：2.5，屋架鉸接于鋼筋混凝土柱頂，無(wú)吊車，外檐口采用自由排水，采用槽鋼檁條，檁條間距為2827.25mm。2、 基本風(fēng)壓為0.4KN/m²,屋面離地面高度為12 m，不上人屋面。雪荷載0.6KN/m²二、 檁條設(shè)計(jì)1、 檁條采用輕型槽鋼檁條2、 屋面材料為壓型鋼板，屋面坡度為1：2.5（=21.80°）檁條跨度

2、為6m，于跨中設(shè)置一道拉條，水平檁距2396.4×cos21.80°=2396.4×0.93=222865mm，坡向斜距2396.4mm3、 荷載標(biāo)準(zhǔn)值（對(duì)水平投影面）永久荷載：壓型鋼板（不保溫）自重為0.1 KN/m²，檁條（包括拉條和支撐）自重設(shè)為0.11 KN/m²可變荷載：屋面雪荷載=0.6KN/m²,基本風(fēng)壓o=0.40 KN/m²4、 內(nèi)力計(jì)算永久荷載于屋面活荷載組合 檁條線荷載pK=（0.21+0.6）×2.229=1.805 KN/m p=（1.2×0.21+1.4×0.6）&#

3、215;2.229=2.434 KN/mpX=psin21.80=2.434×0.37=0.901 KN/mpY=pcos21.80=2.434×0.93=2.264 KN/m彎矩設(shè)計(jì)值： MX= pY l2/8=2.264×62/8=10.188KN·m My= pX l2/32=0.901×62/32=1.014KN·m永久荷載和風(fēng)荷載的吸力組合按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB500092001房屋高度為12m 取z=1.0按門(mén)式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002附錄A，風(fēng)荷載體型系數(shù)為：1.5A-2.9=-1.211 A=

4、2.22865m×6m=13.72m2垂直于屋面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值k=Sz0=-1.211×1.0×（1.05×0.4）=-0.509 KN/m²檁條線荷載 pXY×cos21.80）×2.22865=0.314×2.22865=0.070KN/m pX =0.21×2.229×sin21.8o=0.174 KN/m pY =1.4×1.211××2.229×cos21.80=3.344 KN/m彎矩設(shè)計(jì)值 MX= pYl2/8=3.344×62/8

5、=15.048KN/m My= pXl2/8=0.174×62/8=0.783KN/m截面選擇選用 選用輕型槽鋼【20 W=152.2 cm3 Wynmax=54.9 cm3 Wynmin=20.5 cm3IX=152.20 cm4 ix=8.07 cm iy=2.20 cm計(jì)算截面有孔洞削弱，考慮0.9的折減系數(shù)，則凈截面模量為：WNX=0.9×152.2=136.98cm3Wynmax=0.9×54.9=49.41 cm3Wynmin=0.9×20.5=18.45 cm3屋面能阻止檁條失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，截面的塑性發(fā)展系數(shù)x=1.05 y=1.20,按公式計(jì)

6、算截面a、b點(diǎn)的強(qiáng)度為（見(jiàn)圖） x = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmin)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0. 783×106/（1.2×18.45×103）=139.99<215N/mm2y = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmax)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0.783×106/（1.2×49.41×103）=117.83<215N/mm2撓度計(jì)算 因?yàn)橹螇盒弯摪褰饘侔澹蟹e

7、灰的瓦楞鐵和石棉等金屬面者，容許撓度為L(zhǎng)/200 當(dāng)設(shè)置拉條時(shí)，只須計(jì)算垂直于屋面方向的最大撓度 vy=(5/384)×（3.344×cos21.80×60004）/（206×103×1522×104）=16.7mm<L/200=30mm 構(gòu)造要求 x=600/8.07=74.35<200y=300/2.20=136.36<200故此檁條在平面內(nèi)外均滿足要求三、 屋架設(shè)計(jì)屋架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸如圖檁條支撐于屋架上弦節(jié)點(diǎn)。屋架坡角（上弦與下弦之間的夾角）為 =21.80°檁距=2.229m 支撐布置 建筑抗震設(shè)計(jì)

8、規(guī)范（GB50011-2001）支撐布置見(jiàn)圖，上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端和伸縮縫處第一開(kāi)內(nèi)，并在相應(yīng)開(kāi)間屋架跨中設(shè)置垂直支撐，其余在開(kāi)間，屋架下弦跨中設(shè)置一通長(zhǎng)水平柔性系桿，上弦橫向水平支撐在交叉點(diǎn)處與檁條相連，故上弦桿在 屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度等于其節(jié)間幾何長(zhǎng)度，下弦桿在屋架平面外的計(jì)算長(zhǎng)度為屋架跨度的一半。荷載標(biāo)準(zhǔn)值 永久荷載（恒荷載）（對(duì)水平投影面）壓型鋼板（不保溫） 0.1 KN/m²檁條自重（不包括拉條支撐） 0.1 KN/m²屋架及支撐自重 0.15 KN/m²管道條 0.05 KN/m² 合計(jì) 0.40 KN/m² 可變荷載（活

9、荷載）（對(duì)水平投影面）雪荷載基本雪壓SO=0.6 KN/m²，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）表考慮積雪全跨均勻分布情況，由于=21.80°<25°所以r=1.0 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值SK=rSO=0.6 KN/m²風(fēng)荷載基本風(fēng)壓0=0.4 KN/m²荷載組合 恒荷載+活（或雪）荷載 恒荷載+半跨活（或雪）荷載 恒荷載+風(fēng)荷載 屋架、檁條自重+半跨（屋面板+0.3 KN/m²安裝荷載）上弦的集中恒荷載及節(jié)點(diǎn)荷載 由檁條傳給屋架上限的集中恒荷載和上弦節(jié)點(diǎn)恒荷載見(jiàn)圖 由檁條傳給屋架上限的集中活荷載和上弦節(jié)點(diǎn)活荷載見(jiàn)圖 具體計(jì)算

10、過(guò)程如下； 全跨屋面恒荷載作用下，上弦集中恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值P1、=0.40×6×2.229×3/101/2=5.08KN上弦節(jié)點(diǎn)恒荷載P1=P1、=5.08 KN 全跨雪荷載作用下P2、=0.60×6×2.229×3/101/2=7.61 KN上弦節(jié)點(diǎn)雪荷載：P2= P2、=7.61 KN 假定基本組合由可變荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為1.2×5.08 +1.4×7.61 KN=16.75 KN 若基本荷載組合由永久荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點(diǎn)荷載設(shè)計(jì)值為1.35×5.08+1.4×7.61=1

11、7.512KN 綜上可知，本工程屋面荷載組合效應(yīng)由可變荷載效應(yīng)控制。 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)荷載體型系數(shù)：背風(fēng)面s=-0.5迎風(fēng)面s=-0.47-0.5風(fēng)壓高度變化系數(shù)z(本設(shè)計(jì)地面粗糙度為B類)屋架下弦標(biāo)高12.0m H=12+5.08/2=14.54m坡度i=1/2.5 =21.80°風(fēng)壓高度 變化系數(shù)z=1.021.0 ßz=1.0計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)：k= ßzsz0 背風(fēng)面： k=1.0×（-0.5）×1.0×0.4=0.2 KN/m²（垂直于屋面）迎風(fēng)面： k=1.0×（-0.5）×1.0×0.

12、4=0.2 KN/m²（垂直于屋面）由檁條傳給屋架上弦的集中風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值P3、=1、=-0.2×2.229×6=-2.652 KN 上弦節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值P3=1=P3、=-2.625 KN 內(nèi)力計(jì)算內(nèi)力組合見(jiàn)表?xiàng)U件名稱桿件編號(hào)全跨荷載半跨荷載風(fēng)荷載內(nèi)力組合最 不 利 內(nèi) 力內(nèi)力系數(shù)恒載標(biāo)準(zhǔn)值1 P1K=5.08（計(jì)支撐自重）恒載標(biāo) 準(zhǔn)值2 P1K=3.17（不計(jì)支撐自重）活載標(biāo)準(zhǔn)值 P2K =7.61內(nèi)力系數(shù)半跨活（或雪）荷載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值SK=7.61內(nèi)力系數(shù)風(fēng)荷載內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值P3K=-2.6751.2恒2+1.4活1.2恒2+1.4半跨活1.0恒2+1.4風(fēng)上 弦1

13、-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186.6

14、6-113.91-237.695-6-15.18-77.11-48.12-115.52-10.40-79.1415.55-41.60-219.47-168.54-106.36-219.476-7-15.8-80.26-50.09-120.24-11.05-84.0916.30-43.60-228.44-177.83-111.13-228.44 下 弦 1-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.578-913.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20147.

15、7896.35195.209-109.0045.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.12腹 桿2-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2

16、.85-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.8614.2734.254.5034.25-4.4211.8265.0765.0730.8265.07

17、7-117.5038.123.7857.087.5057.08-7.8521.00108.45108.4553.18108.457-10000000000000屋 架 桿 件 內(nèi) 力 組 合 表 截面選擇 上弦桿截面選擇 上弦桿采用相同截面，以節(jié)間1-2的最大軸力N1-2來(lái)選擇,下弦以節(jié)間1-8的最大軸力N1-8來(lái)選擇，腹桿以節(jié)間7-11的最大軸力N7-11來(lái)選擇。 各桿件的截面尺寸選擇如下表構(gòu)件名稱桿件號(hào)內(nèi)力（KN）規(guī) 格面 積（²）長(zhǎng)細(xì)比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力f=215N/²lx/ix=xly/iy=y上 弦N1-2-251.43100×623.86239.6/3.1=

18、77479.2/4.37=110=0.523251.43×10³/0.523×23.86×10²=207.73下 弦N1-8238.5775×823.01387.2/2.28=169.82774.4/3.42=226.43 238.57×10³/23.01×10²=103.68腹 桿N7-11108.4570×821.33387.2/2.13=181.78774.4/3.22=240.50 108.45×10³/21.33×10²=50.84桿件

19、名稱桿件編號(hào)截面規(guī)格（）桿件內(nèi)力（）肢背焊腳尺寸hf1（）肢背焊縫長(zhǎng)度lw()肢尖焊腳尺寸hf2 ()肢尖焊縫長(zhǎng)度lw()下弦桿1-875×8238.574160475斜 腹 桿2-870×8-19.374454453-870×8-19.374454454-870×843.374454454-970×8-41.204454454-1170×843.374454455-1170×8-19.374454456-1170×8-19.374454457-1170×8108.454804459-1170×

20、865.07455445豎腹桿7-1070×80445445注：表中焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw,lw=lw+2hf 上弦接點(diǎn)連接計(jì)算 支座節(jié)點(diǎn)“1”為了便于施焊下弦桿肢背與支座板頂面的距離取125mm，錨栓用2M20，栓孔位置見(jiàn)圖在節(jié)點(diǎn)中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋高度和節(jié)點(diǎn)板高度相同。A、 支座底板計(jì)算 支座反力：R=76.14 kn 設(shè)a=b=120mm a1=21/2×120=169.7mm b1×a1/2=84.4mm 支座底板承壓面積為： An=240×200-×202-2×40×50=52300mm2 由公式驗(yàn)算柱頂混凝土的抗

21、壓強(qiáng)度 R/An=76.14×103/52300=1.46n/mm2<cfc=(Ab/ Ac)1/2fc=(240×240/52300)1/2×9.6=10 n/mm2 （C20混凝土fc=9.6 n/mm2） 支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計(jì)算，有公式得： M=q a12式中 q=R/ An= R/ A0- An=76140/52300=1.46 n/mm2 b1/ a1=84.8/169.7=0.5 查表得 =0.06 M=q a12=0.06×1.46×169.72=2522.71 n/mm2 支座底板厚度由公式得 t=( 6

22、M/f)1/2=( 6×2522.71/215)1/2=8.39取12mmB、 加勁肋與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫假定一塊加勁肋承受的屋架支座反力的四分之一，即： 1/4×76.14=19.035 kn焊縫受剪力 V=19.035 kn 彎矩M=19.035×（120-20）/2=952 kn·mm 設(shè)焊縫hf=6 lw =160-40-2×6=108mm焊縫應(yīng)力由公式得：v/(2×0.7hflw)2+6M /(2×0.7fhflw2)21/2 =19.035×103/(2×0.76×108)2+6

23、15;952×103/(2×0.7×1.22×6×1082)21/2=（13445.32+2283.51）1/2=125<160 n/mm2C、 支座底板的連接焊縫假定焊縫傳遞全部支座反力 R=76.14 kn設(shè)焊縫的hf=8mm，支座底板的連接焊縫長(zhǎng)度為lw=2（240-2hf）+4×（120-4-10-2hf）=2（240-2×8）+4×（120-4-10-2×8）=808mm由公式得：f=R/0.7fhflw= 76.14×103/0.7×1.22×8×

24、808=13.8< fwf =0.95×160=152 n/mm2 滿足要求。D、 上弦桿于節(jié)點(diǎn)板的焊縫計(jì)算節(jié)點(diǎn)板和焊縫的連接計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板于上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接，假定槽焊縫只承重屋面集中荷載P，P=12.69kn。節(jié)點(diǎn)板于上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連接，承受上弦的內(nèi)力差N 節(jié)點(diǎn)“1”槽焊縫hf1=0.5t1=4mm 其中t1為節(jié)點(diǎn)板厚度。lw=500-2hf=520-2×4=512mm 由公式得： f=P/（2×0.7hflw）=12.69×103/2×0.7×4×512=4.43n/mm2<fwf=0.9

25、5×160=152 n/mm2 可見(jiàn)塞焊縫一般不控制，僅需驗(yàn)算肢尖焊縫。上弦采用不等邊角鋼，短肢相拼，肢尖角焊縫的焊腳尺寸hf2=5mm。則角鋼肢尖焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw=520-2×5=510mm上弦內(nèi)力差N= -251.43 kn 偏心彎矩M=N·e ，e=55mm由公式得：f=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×251.43×103）×55/（2×0.7×5×5102）=45.57 n/mm2f=N/（2×0.7 hf2lw）=251.43×103/（2×0

26、.7×5×510）=70.43 n/mm2 （f/f）2+f21/2=（45.57/1.22）2+70.4321/2=79.72n/mm2<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可見(jiàn)肢尖焊縫安全 上弦節(jié)點(diǎn)“2”（見(jiàn)圖） 節(jié)點(diǎn)板與上弦的連接計(jì)算，節(jié)點(diǎn)板于上弦角鋼肢背采用槽焊縫連接，假定槽焊縫只承重屋面集中荷載P，P=12.96kn。節(jié)點(diǎn)板于上弦角鋼肢尖采用雙面角貼角焊縫連接，承受上弦的內(nèi)力差N 節(jié)點(diǎn)“2”塞不控制只需驗(yàn)算肢尖焊縫。上弦采用等邊角鋼，肢角焊縫的焊腳對(duì)hf2=0.5mm 則角鋼肢尖角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw=130-2hf=130-2hf=130

27、-2×5=120mm ：弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力差N=-251.43-(-233.21)=-18.22 kn 偏心彎矩M=Ne e=55mm由公式得：f=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×18.22×103）×55/（2×0.7×5×1202）=59.65 n/mm2f=N/（2×0.7 hf2lw）=18.22×103/（2×0.7×5×120）=21.69 n/mm2 （f/f）2+f21/2=（59.65/1.22）2+21.6921/2=53.79n/mm2

28、<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可見(jiàn)肢尖焊縫安全 上弦節(jié)點(diǎn)“4”（見(jiàn)圖）因上弦桿間內(nèi)力差小，節(jié)點(diǎn)板尺寸大，故不需要再驗(yàn)算。 屋脊節(jié)點(diǎn)“7”（見(jiàn)圖） 上弦桿節(jié)點(diǎn)荷載P假定角鋼肢背的塞焊縫承受同上，按構(gòu)造要求考慮，都可滿足。 根據(jù)公式，上弦桿件與拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫長(zhǎng)度為L(zhǎng)W=N/(4×0.7hffwf)+2hf=228.44×103/（4×0.7×4×0.95×160）+2×4=142.2mm,取140mm采用拼接角鋼長(zhǎng)l=2×140+10=290,實(shí)際拼接角鋼總長(zhǎng)可取為300mm。拼接角鋼豎肢需切肢，實(shí)際切肢=t+hf+5=12+8+5=25mm,切肢后剩余高度h-=110-25=85mm，水平肢上需要設(shè)置安裝螺栓。上弦桿與節(jié)點(diǎn)板的連接焊縫按肢尖焊縫承受上弦桿內(nèi)力的15%計(jì)算，角鋼肢尖角焊縫的焊腳尺寸hf2=4mm,則角鋼肢尖角焊縫的計(jì)算長(zhǎng)度lw=240×3.16/3-2×4-10=235m