鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計(jì)計(jì)算.doc

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 ）檁條跨度為6m，于跨中設(shè)置一道拉條，

2、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/m 2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/mp=（1.2 0.21+1.4 0.6 ） 2.229=2.434 KN/mpX=psin21.8 0=2.434 0.37=0.901 KN/mpY=pcos21.8

3、0=2.434 0.93=2.264 KN/m彎矩設(shè)計(jì)值：M X= p Y l 2 /8=2.264 62/8=10.188KNmM y= p X l 2 /32=0.901 62/32=1.014KNm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：1.5 A-2.9=-1.211A=2.22865m26m=13.72m垂直于屋面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 k = S z 0=-1.211 1.0 （1.05 0.4 ） =-0.509 KN/m 2檁條線荷載p XY=

4、（0.509-0.21 cos21.8 0） 2.22865=0.314 2.22865=0.070KN/mp X =0.21 2.229 sin21.8 o=0.174 KN/mp Y =1.4 1.211 2.229-0.21 2.229 cos21.8 0=3.344 KN/m彎矩設(shè)計(jì)值M X= p Yl 2/8=3.344 62/8=15.048KN/mM y= p Xl 2/8=0.174 62/8=0.783KN/m截面選擇選用選用輕型槽鋼【 20 W=152.2 cm W=54.9 cm Wynmin=20.53ynmax33cmI X=152.20 cm 4 i x=8.07

5、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 cm 3Wynmin =0.9 20.5=18.45 cm 3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=1.05y=1.20, 按公式計(jì)算截面a、b 點(diǎn)的強(qiáng)度為（見(jiàn)圖）Pyy P abxx22yx = Mx/(NX)+My/( y Wynmin )=15.048 106/ （ 1.05x W3618.4532136.98 10）+0. 78310 /（1.210）=139.99215N/mm y = Mx/( x

6、 W )+My/( y W )=15.048 10 / （ 1.05NXynmax63649.4132136.98 10）+0.783 10 /（1.210）=117.83215N/mm撓度計(jì)算因?yàn)橹螇盒弯摪褰饘侔澹蟹e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v y=(5/384) （3.344 cos21.8 060004）/ （2061031522 104）=16.7mmL/200=30mm構(gòu)造要求 x=600/8.07=74.35200 y=300/2.20=136.36200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

7、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 =2.229m6 2396. 415015017700支撐布置建筑抗震設(shè)計(jì)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。上下弦弦豎系豎豎系豎向桿向向桿向支支支支撐撐撐撐00072600600600600600060006000n600060007

8、060006000n60006000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（活荷載）（對(duì)水平投影面）雪荷載基 本 雪 壓SO=0.6KN/m2 ， 按 建 筑 結(jié) 構(gòu) 荷 載 規(guī) 范 （GB50009-2001）表 6.2.1 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=r SO=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

9、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P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1/2P1/215015017700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P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2/2P2/215017700150具體計(jì)算過(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 P、=0.4062.229 13/10 1/2 =5.08KN上弦節(jié)點(diǎn)恒荷載P1 =P1、=5.08 KN 全跨雪荷載作用下、=

10、0.60 62.229 3/101/2=7.61 KNP2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=17.512KN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.

11、80 風(fēng)壓高度變化系數(shù) z=1.02 1.0?z=1.0計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)：k= ? zsz0W1W1 W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1/217700W1/2150150背風(fēng)面：k=1.0 （ -0.5 ） 1.0 0.4=0.2 KN/m 2（垂直于屋面）迎風(fēng)面：k=1.0 （ -0.5 ） 1.0 0.4=0.2 KN/m 2（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)表屋架桿件內(nèi)力組合表全跨荷載半跨荷載風(fēng)荷載內(nèi)力組合恒載標(biāo)恒載標(biāo)半跨活（或風(fēng)

12、荷最桿桿準(zhǔn)準(zhǔn)活載不雪）荷載內(nèi)1.2 恒件件值 1值 2標(biāo)準(zhǔn)1.21.0 恒利名編內(nèi)力內(nèi)力載內(nèi)內(nèi)力力標(biāo)2+1.4PP值恒 2+2+內(nèi)稱號(hào)系數(shù)1K=1K=系數(shù)力標(biāo)系數(shù)準(zhǔn)值半跨5.08（計(jì)3.17（不P2K1.4 活1.4 風(fēng)力準(zhǔn)值P3K =活支撐自計(jì) 支 撐=7.61SK=-2.675重）自重）7.611-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.3

13、7-233.21上3-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.31弦4-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186.66-113.91-237.695-6-15.18-77.11-48.12-115.52-10.40-79.1415.55-41.60-219.47-168.54-106.36-219.476-7-15.8-80.26-50.09-120.24-11.05-84.0916.30-43.60-22

14、8.44-177.83-111.13-228.441-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.57下8-913.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20147.7896.35195.20弦9-109.0045.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.122-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.

15、34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2.85-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.20腹4-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.37桿5-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.

16、37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.8614.2734.254.5034.25-4.4211.8265.0765.0730.8265.077-117.5038.123.7857.087.5057.08-7.8521.00108.45108.4553.18108.457-10000000000000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

17、，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)桿面 積長(zhǎng)細(xì)比應(yīng)力 件內(nèi)力規(guī)穩(wěn)定件（名（KN ）格xxxyyy系數(shù)f=215N/號(hào)2）稱l/i=l /i =2251.43 上N-251.4323.86239.6/3.1=77479.2/4.37=103/=0.5230.523弦1001-2 611023.86102=207.73238.57 下N1-8387.2 2.28=774.4/3.42=103/弦238.577523.01/23.01169.82226.43 8102=103.68387.2/2.13= 774.4/3.22=108.45 103/腹

18、181.78240.50N7-11108.457021.33桿21.33 8102=50.84桿件名桿件稱編號(hào)下弦桿1-82-83-84-84-9斜4-11腹桿5-116-117-119-11豎腹桿7-10截面規(guī)格（）758708708708708708708708708708708桿件內(nèi)肢背焊肢背焊肢尖焊肢尖焊縫腳尺寸縫長(zhǎng)度腳尺寸長(zhǎng)度 lw力（）hf1（）lw()hf2 ( )( )238.574160475-19.37445445-19.3744544543.37445445-41.2044544543.37445445-19.37445445-19.37445445108.4548044

19、565.074554450445445注：表中焊縫計(jì)算長(zhǎng)度lw,l w=l w+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N=251.43KNP=12.69KNN=238.57KNP1=6.345KN22R=76.14KN40a105a02ab1bb2-2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=169.7mmb1a1/2=84.4mm支座底板承壓面積為：22A n=240200- 20 -2 4050=5

20、2300mm由公式驗(yàn)算柱頂混凝土的抗壓強(qiáng)度R/An=76.14 103/52300=1.46n/mm2cf c1/21/2 9.6=102=(Ab/ Ac) f c=(240 240/52300)n/mm（ C20混凝土 f c=9.6 n/mm 2）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：2M=q a 1式中q=R/ An= R/ A 0- A n=76140/52300=1.46 n/mm2b1/ a 1=84.8/169.7=0.5查表 得 =0.06 M= q a12=0.06 1.46 169.7 2=2522.71 n/mm2支座底板厚度由公式得t=(6M/f) 1/2

21、 =(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：1/476.14=19.035 kn焊縫受剪力V=19.035kn彎矩 M=19.035（ 120-20 ）/2=952 knmm 設(shè)焊縫 hf =6 l w =160-40-2 6=108mm焊縫應(yīng)力由公式得：22)21/2v/(2 0.7h f l w) +6M /(20.7 f hf l w=19.035 103/(2 0.76 108) 2+6 952103/(2 0.7 1.22 61082) 2 1/2 =（13445.32+2283.51 ）

22、1/22=125160 n/mmC、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l w=2（240-2h f ）+4（120-4-10-2h f ）=2（240-2 8）+4（120-4-10-28）=808mm由公式得： f =R/0.7 f hf l w= 76.14 103/0.7 1.22 8808=13.8 fw2滿足要求。f =0.95160=152 n/mmD、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

23、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 =0.5t 1=4mm 其中 t 1 為節(jié)點(diǎn)板厚度。 l w=500-2h f =520-2 4=512mm 由公式得： f =P/ （ 2 0.7h f l w） =12.69 103/2 0.7 4 2w2可見(jiàn)塞焊縫一512=4.43n/mmff =0.95160=152 n/mm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l w=520-25=510mm上弦內(nèi)力差 N= -251.43 kn偏心彎矩 M=Ne，e=55mm由公式得：23）55/f

24、 =6M/（20.7 hf2 l w）=（6251.43 10（20.7 55102）=45.57 n/mm2 f =N/（20.7 h f2 l w） =251.43 103/ （ 2 0.7 5510）=70.43 n/mm2（ f / f ）2+f2 1/2 = （45.57/1.22）2+70.43 2 1/22w2可見(jiàn)肢尖焊縫安=79.72n/mmff =0.95160=152 n/mm全 上弦節(jié)點(diǎn)“ 2”（見(jiàn)圖）1001KN50P=233. 230 7051. 43KNP=19. 37KN=2P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

25、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 l w=130-2hf =130-2hf =130-25=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：23）55/f =6M/（20.7 h f2 l w ）=（618.2210（20.7 51202）=59.65 n/mm2 f =N/（20.7 hf2 l w）=18.22 103/ （20.

26、7 5120）=21.69 n/mm2（f / f ）2+f 2 1/2= （59.65/1.22 ）2+21.69 2 1/22w2可見(jiàn)肢尖焊縫=53.79n/mmff =0.95 160=152 n/mm安全上弦節(jié)點(diǎn)“ 4”（見(jiàn)圖）709KN2. 637240270P=2240P=242. 31KN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）KN5N228. 4491240240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w340.95LW=N/(4 0.7h f f f )+2h f =228.4410 /（40.7160） +24=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+h f +5=12+8+5=25mm,切肢后剩余高度 h- =110