鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計計算書

1、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計計算書姓 名：班 級：土木工程學(xué) 號：指導(dǎo)老師：2011年 6 月 11 日設(shè)計說明1、設(shè)計某一檢修廠房屋蓋，跨度為27m長度為80m柱距為 6m,三角形屋架，鋼材為 Q235-B,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檁條設(shè)計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 （ a =21.80 ° ）檁條跨度為6m,于跨

2、中設(shè)置一道拉條，水平檁距2396.4 XCOS21.80 ° =2396.4 X 0.93=2228. 65mrp 坡向斜距 2396.4mm3、荷載標準值（對水平投影面）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 3 =0.6KN/m2,基本風(fēng)壓3 o=0.40 KN/m24、內(nèi)力計算永久荷載于屋面活荷載組合檁條線荷載Pk二(0.21+0.6 ) X 2.229=1.805 KN/mp= (1.2 X0.21 + 1.4 X 0.6 ) X 2.229=2.434 KN/mPX=Psin2 1

3、. 8 0=2.434X 0.37=0.901 KN/m0PY=Pcos2 1 .8 =2.434X 0.93=2.264 KN/m彎矩設(shè)計值：M x= Py l 2/8=2.264 X62/8=10.188KN mM y= px l 2/32=0.901 X62/32=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 GB50009 2001 房屋高度為 12m 取 a z=1.0按門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 CECS1 0：2 2002 附錄A, 風(fēng)荷載體型系數(shù)為：1.5 log A-2.9=-1.211A=2.22865m2X 6m=13.72m2垂直于屋面的風(fēng)荷載標

4、準值3 k= a s a z 3 0=-1.211 x 1.0 X(1.05X0.4)=-0.509 KN/m2檁條線荷載PXY= (0.509-0.21 Xcos21.80)X 2.22865=0.314X 2.22865=0.070KN/mPX =0.21 X2.229Xsin21.8 o=0.174 KN/mPY =1.4 X1.211 X2.229-0.21 X2.229Xcos21.80=3.344 KN/m 彎矩設(shè)計值MX= PYl2/8=3.344 X62/8=15.048KN/mMy= pxl2/8=0.174 x62/8=0.783KN/m截面選擇選用選用輕型槽鋼【20 W=

5、152.2 cm WynmaX=54.9 cm Wynmin=20.53cmI x=152.20 cm4 i x=8.07 cm i y=2.20 cm 計算截面有孔洞削弱,考慮0.9的折減系數(shù)，則凈截面模量為:WN)=0.9 x 152.2=136.98cm3Vnmax=0.9 x 54.9=49.41 cm 33皿山=0.9 x 20.5=18.45 cm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)丫 x=1.05丫 y=1.20,按公式計算截面a、b點的強度為（見圖）136.98 x 103) +0.783 x 106/ (1.2 x 49.41 x 103) =117.83<21

6、5N/mrn撓度計算因為支撐壓型鋼板金屬板，有積灰的瓦楞鐵和石棉等金屬面者，容許撓度為L/200當(dāng)設(shè)置拉條時，只須計算垂直于屋面方向的最大撓度v y=(5/384) x(3.344 x cos21.8°x60004) / (206x 103x 1522x 104) =16.7mm<L/200=30mm構(gòu)造要求入 x=600/8.07=74.35<200入 y=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。屋架坡角(上弦與下弦之間的夾角)為 a =21.80。檁距=2.229m17700支撐

7、布置建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB50011-2001）支撐布置見圖，上弦 橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端和伸縮縫處第一開內(nèi)，并在相應(yīng)開間屋架跨中設(shè)置垂直支撐，其余在開間，屋架下弦跨中設(shè)置一通長水平柔 性系桿，上弦橫向水平支撐在交叉點處與檁條相連，故上弦桿在屋架平面外的計算長度等于其節(jié)間幾何長度， 下弦桿在屋架平面外的計 算長度為屋架跨度的一半。荷載標準值 永久荷載（恒荷載）（對水平投影面）壓型鋼板（不保溫）0.1 KN/m 2檁條自重（不包括拉條支撐）0.1 KN/m 2屋架及支撐自重0.15 KN/m2管道條0.05 KN/m2合計0.40 KN/m2 可變荷載（活荷載）（對水平投影面）雪荷載基本雪壓

8、So=0.6 KN/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a =21.80 ° <25° 所以卩 r=1.0 雪荷載標準值 Sk二口 rSo=0.6 KN/n2風(fēng)荷載基本風(fēng)壓3 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)點荷載由檁條傳給屋架上限的集中恒荷載和上弦節(jié)點恒荷載見圖由檁條傳給屋架上限的集中活荷載和上弦節(jié)點活荷載見圖P2P2P2具體計算過程如下； 全跨屋面恒荷載作用下

9、，上弦集中 恒荷載標準值 Pi、=0.40 X 6 X 2.229 X 1/23/10=5.08KN上弦節(jié)點恒荷載 P二P'=5.08 KN 全跨雪荷載作用下 R、=0.60 X6X 2.229 X 3/101/2=7.61 KN上弦節(jié)點雪荷載：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)點荷載設(shè)計值為1.2 X 5.08 +1.4 X 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)點荷載設(shè)計值為1.35 X 5.08+1.4 X7.61 = 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

10、標準值風(fēng)荷載體型系數(shù)：背風(fēng)面卩s=-0.5迎風(fēng)面匕s=-0.47-0.5風(fēng)壓高度變化系數(shù)卩z（本設(shè)計地面粗糙度為 B類）屋架下弦標高 12.0m H=12+5.08/2=14.54m 坡度 i=1/2.5 a=21.80 °風(fēng)壓高度 變化系數(shù)卩z=1.021.0 ? z=1.0計算主要承重結(jié)構(gòu)：3 k= ?z卩s卩z® o背風(fēng)面：3 k=1.0 x（ -0.5 ） x 1.0 x 0.4=0.2 KN/m 2 （垂直于屋面）迎風(fēng)面：3 k=1.0 x（ -0.5 ） x 1.0 x 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)荷載標準值P3、= 3

11、 1、=-0.2x 2.229 x 6=-2.652 KN 上弦節(jié)點風(fēng)荷載標準值 R=3 1二P3 =-2.625 KN內(nèi)力計算 內(nèi)力組合見表屋架桿件內(nèi)力組合表桿 件 名 稱桿件 編 號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 準 值1P1K= 5.08（計 支撐自重）恒載標 準值2P1K=3.17 （不計支撐自重）活載標準 值P2K=7.61內(nèi)力 系數(shù)半跨 活（或 雪）荷載內(nèi) 力標 準值Sk=7.61內(nèi)力 系數(shù)風(fēng)荷 載內(nèi) 力標 準值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1-2-17.39-88.34-55.1

12、3-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186.66-113.91-237.695-6-

13、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1-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.578-913.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20147.7896.35195.209-109.004

14、5.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.12腹桿2-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2.85-21.693.05-8.16-41.2

15、0-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.8614.2734.254.5034.25-4.4211.8265.0765.0730.8265.077-117.5038.123.7857.087

16、.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Nl-2來選擇, 下弦以節(jié)間1-8的最大軸力N1-8來選擇，腹桿以節(jié)間7-11的最大軸 力N7-11來選擇。各桿件的截面尺寸選擇如下表構(gòu) 件 名 稱桿 件 號內(nèi)力 （KN）規(guī) 格面積 (cm2)長細比穩(wěn)定 系數(shù)應(yīng)力f=215Nmm2(T/|x/ix= 2x|y/iy= ?y251.43x上 弦-251.43nrL103/Nl-210023.86239.6/3.仁77479.2/4.37=如0.5230.523x23.8

17、6xx 6110210=207.73238.57x下Nl-823.01387.2/2.28=774.4/3.42=103/弦238.5775x 8169.82226.4323.01x210=103.68387.2/2.13=774.4/3.22=108.45x腹N7-11181.78240.50103/108.457021.3321.33桿xx 810 =50.842桿件名 稱桿件 編號截面規(guī)格 (mm)桿件內(nèi) 力(mm)肢背焊 腳尺寸 hf1 (m)肢背焊 縫長度 lw( mm)肢尖焊 腳尺寸hf2 (m)肢尖焊縫 長度lw'(m)下弦桿1-875 8238.574160475斜 腹

18、 桿2-8700 8-19.374454453-8700 8-19.374454454-8700 843.374454454-9700 8-41.204454454-11700 843.374454455-11700 8-19.374454456-11700 8-19.374454457-11700 8108.454804459-11700 865.07455445豎腹桿7-10700 80445445注：表中焊縫計算長度lw,lw=lw / +2hf上弦接點連接計算 支座節(jié)點“ 1”為了便于施焊下弦桿肢背與支座板頂面的距離取125mn，錨栓用2M20栓孔位置見圖N=251.43KNP1=6.

19、345KN .P=12.69KN2-LT fR=76.14KNN=238.57KN2-2在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋高度和節(jié)點板高度相同 A、支座底板計算支座反力：R=76.14 kn1/2設(shè) a=b=120mm a=2 x 120=169.7mmbi x a/2=84.4mm 支座底板承壓面積為:22An=240X 200- n X 20-2 X 40X 50=52300mm由公式驗算柱頂混凝土的抗壓強度R/An=76.14 X 103/52300=1.46n/mm2v B cf c1/2 1/2 2=(Ab/ Ac)1/2fc=(240X 240/52300)1/2X 9.6=10 n

20、/mm22(C20混凝土 fc=9.6 n/mm )支座底板的厚度按屋架反力作用下的彎矩計算，有公式得：M=B q a 12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 B =0.06 M=B q a12=0.06 X 1.46 X22169.72=2522.71 n/mm2支座底板厚度由公式得1/2 1/2t=(6M/f) 1/2=( 6X 2522.71/215) 1/2=8.39 取12mmB、加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫 假定一塊加勁肋承受的屋架支座反力的四分之一，即：1/4 X76.14=

21、19.035 kn焊縫受剪力 V=19.035 kn 彎矩 M=19.035X( 120-20) /2=952 kn mm 設(shè)焊縫 hf=6 mm l w =160-40-2 X 6=108mm 焊縫應(yīng)力由公式得：v/(2 X0.7hflw) 2+6M /(2 X0.7Bfhflw2) 21/2二19.035 x 103/(2 x 0.76 x 108)322 1/2+6 x 952x 103/(2 x0.7x1.22x6x1082) 21/2=(13445.32+2283.51 )1/22=125<160 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

22、設(shè)焊縫的hf=8mm支座底板的連接焊縫長度為刀l w=2 (240-2hf)+4x(120-4-10-2h f)=2 ( 240-2 x 8)+4x ( 1 20-4-1 0-2x 8) =808mm由公式得：t f=R/0.7 B fhf刀l w= 76.14 x 103/0.7 X1.22 x8x 808=13.8< f wf =0.95 x160=152 n/mm2滿足要求。D、上弦桿于節(jié)點板的焊縫計算 節(jié)點板和焊縫的連接計算，節(jié)點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)

23、點“ 1”槽焊縫hf1=0.5t 1=4mm 其中 t 1為節(jié)點板厚度。 l w=500-2hf=520-2x 4=512mm 由公式得：3(T f=P/ ( 2 x 0.7hfl w) =12.69 x 10/2 x 0.7 x 4 x 512=4.43n/mm2<fwf=0.95x160=152 n/mm2 可見塞焊縫一 般不控制，僅需驗算肢尖焊縫。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算長度I w=520-2 X 5=510mm上弦內(nèi)力差N二-251.43 kn偏心彎矩 M=N e ,e=55mn由公式得：(T f=6M/(2X 0.7

24、 hf2l W2) = (6X 251.43 X 103)X 55/ (2X 0.7 X 5X 5102) =45.57 n/mm2t f=N/ (2X 0.7 h f2l w) =251.43 X 103/ (2X 0.7 X 52X 510) =70.43 n/mm2 2 1/2 2 2 1/2(c f/ B f) +t f = (45.57/1.22 ) +70.43 =79.72n/m卅vf,=0.95 X 160=152 n/m用 可見肢尖焊縫安 全 上弦節(jié)點“ 2”(見圖)節(jié)點板與上弦的連接計算， 節(jié)點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=12.9

25、6kn。節(jié)點板于上 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 “2”塞不控制只需驗算肢尖焊縫。上弦采用等邊角鋼，肢角焊縫的焊腳對 hf2 =0. 5mm 則角鋼肢尖角焊縫的計算長度 I w=130-2hf=130-2hf=130-2 x 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=55mn由公式得：23(T f=6M/ (2X 0.7 h f2| w) = (6x 18.22 x 10 )x 55/22(2x0.7x5x120 2 1/2=(59.65/1.22 ) 2+21.6921/2) =5

26、9.65 n/mm2t、= N/ (2x 0.7 hf21 w) =18.22 x 10=53.79n/mm2<fwf=0.95x160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全 上弦節(jié)點“ 4”(見圖)/ (2x 0.7 x 52x 120) =21.69 n/mm22 2 1/2(X f/ B f)+ T f 因上弦桿間內(nèi)力差小，節(jié)點板尺寸大，故不需要再驗算 屋脊節(jié)點“ 7”（見圖）上弦桿節(jié)點荷載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)的焊縫長度為L w=N/(4 X O.7hffwf)+2hf =228.44 X 103/

27、(4X 0.7 X 4X 0.95x 160) +2X4=142.2m m 取 140mm采用拼接角鋼長1=2 X 140+10=290,實際拼接角鋼總長可 取為 300mm。拼接角鋼豎肢需切肢，實際切肢二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)點板的連接焊縫按肢尖焊縫承受上弦桿內(nèi)力的15%計算，角鋼肢尖角焊縫的焊腳尺寸hf2=4mm則角鋼肢尖角焊 縫的計算長度 lw=240X 3.16/3-2 X 4-10=235mm, N=15%X 228.44=34.27kn 偏心彎矩M= N.e e=55mm 則由公式得(T f=6M/(2X 0.7 h f2l wX 235) =26.04 n/mm2(f/ B f ) 2+ T f2 1/2= ( 29.