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日一、 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、 基本風壓為0.4kn/m,屋面離地面高度為12 m，不上人屋面。雪荷載0.6kn/m二、 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（=21.80）檁條跨度為6m，于跨中設(shè)置一道拉條，水平檁距

2、2396.4cos21.80=2396.40.93=222865mm，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/m，檁條（包括拉條和支撐）自重設(shè)為0.11 kn/m可變荷載：屋面雪荷載=0.6kn/m,基本風壓o=0.40 kn/m4、 內(nèi)力計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=（1.20.21+1.40.6）2.229=2.434 kn/mpx=psin21.80=2.4340.37=0.901 kn/mpy=pcos21.80=2.4340.93=2.264 kn

3、/m彎矩設(shè)計值： mx= py l2/8=2.26462/8=10.188knm my= px l2/32=0.90162/32=1.014knm永久荷載和風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，風荷載體型系數(shù)為：1.5a-2.9=-1.211 a=2.22865m6m=13.72m2垂直于屋面的風荷載標準值k=sz0=-1.2111.0（1.050.4）=-0.509 kn/m檁條線荷載 pxy=（0.509-0.21cos21.80）2.22865=0.3142.22865=0.0

4、70kn/m px =0.212.229sin21.8o=0.174 kn/m py =1.41.2112.229-0.212.229cos21.80=3.344 kn/m彎矩設(shè)計值 mx= pyl2/8=3.34462/8=15.048kn/m my= pxl2/8=0.17462/8=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=0.9152.2=136.98cm3

5、wynmax=0.954.9=49.41 cm3wynmin=0.920.5=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,按公式計算截面a、b點的強度為（見圖） x = mx/(x wnx)+my/(y wynmin)=15.048106/（1.05136.98103）+0. 783106/（1.218.45103）=139.99215n/mm2y = mx/(x wnx)+my/(y wynmax)=15.048106/（1.05136.98103）+0.783106/（1.249.41103）=117.83215n/mm2撓度計算 因為支撐壓型

6、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 當設(shè)置拉條時，只須計算垂直于屋面方向的最大撓度 vy=(5/384)（3.344cos21.8060004）/（2061031522104）=16.7mml/200=30mm 構(gòu)造要求 x=600/8.07=74.35200y=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 =21.80檁距=2.229m 支撐布置 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

7、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檁條自重（不包括拉條支撐） 0.1 kn/m屋架及支撐自重 0.15 kn/m管道條 0.05 kn/m 合計 0.40 kn/m 可變荷載（活荷載）（對水平投影面）雪荷載基本雪壓so=0.6 kn/m，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=2

8、1.8025所以r=1.0 雪荷載標準值sk=rso=0.6 kn/m風荷載基本風壓0=0.4 kn/m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+風荷載 屋架、檁條自重+半跨（屋面板+0.3 kn/m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 具體計算過程如下； 全跨屋面恒荷載作用下，上弦集中恒荷載標準值p1、=0.4062.2293/101/2=5.08kn上弦節(jié)點恒荷載p1=p1、=5.08 kn 全跨雪荷載作用下p2、=0.6062.2293/101/2=7.61

9、 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1.25.08 +1.47.61 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1.355.08+1.47.61=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。 風荷載標準值風荷載體型系數(shù)：背風面s=-0.5迎風面s=-0.47-0.5風壓高度變化系數(shù)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 =21.80風壓高度 變化系數(shù)z=1.021.0 z=1.0計算主要承重結(jié)

10、構(gòu)：k= zsz0 背風面： k=1.0（-0.5）1.00.4=0.2 kn/m（垂直于屋面）迎風面： k=1.0（-0.5）1.00.4=0.2 kn/m（垂直于屋面）由檁條傳給屋架上弦的集中風荷載標準值p3、=1、=-0.22.2296=-2.652 kn 上弦節(jié)點風荷載標準值p3=1=p3、=-2.625 kn 內(nèi)力計算內(nèi)力組合見表桿件名稱桿件編號全跨荷載半跨荷載風荷載內(nèi)力組合最 不 利 內(nèi) 力內(nèi)力系數(shù)恒載標準值1 p1k=5.08（計支撐自重）恒載標 準值2 p1k=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)風荷載

11、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風上 弦1-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.

12、52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186.66-113.91-237.695-6-15.18-77.11-48.12-115.52-10.40-79.1415.55-41.60-219.47-168.54-106.36-219.476-7-15.8-80.26-50.09-120.24-11.05-84.0916.30-43.60-228.44-177.83-111.13-228.44 下 弦 1-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.578-9

13、13.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20147.7896.35195.209-109.0045.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.12腹 桿2-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.11

14、8.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2.85-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.

15、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（）長細比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力f=215n/lx/ix=xly/iy=y

16、上 弦n1-2-251.43100623.86239.6/3.1=77479.2/4.37=110=0.523251.4310/0.52323.8610=207.73下 弦n1-8238.5775823.01387.2/2.28=169.82774.4/3.42=226.43 238.5710/23.0110=103.68腹 桿n7-11108.4570821.33387.2/2.13=181.78774.4/3.22=240.50 108.4510/21.3310=50.84桿件名稱桿件編號截面規(guī)格（）桿件內(nèi)力（）肢背焊腳尺寸hf1（）肢背焊縫長度lw()肢尖焊腳尺寸hf2 ()肢尖焊縫長度

17、lw()下弦桿1-8758238.574160475斜 腹 桿2-8708-19.374454453-8708-19.374454454-870843.374454454-9708-41.204454454-1170843.374454455-11708-19.374454456-11708-19.374454457-11708108.454804459-1170865.07455445豎腹桿7-107080445445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125mm，錨栓用2m20，栓孔位置見圖在節(jié)點中心線上設(shè)

18、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 kn 設(shè)a=b=120mm a1=21/2120=169.7mm b1a1/2=84.4mm 支座底板承壓面積為： an=240200-202-24050=52300mm2 由公式驗算柱頂混凝土的抗壓強度 r/an=76.14103/52300=1.46n/mm2cfc=(ab/ ac)1/2fc=(240240/52300)1/29.6=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算，有公式得： m=q a12式中 q=r/ an= r/ a0- an=7

19、6140/52300=1.46 n/mm2 b1/ a1=84.8/169.7=0.5 查表得 =0.06 m=q a12=0.061.46169.72=2522.71 n/mm2 支座底板厚度由公式得 t=( 6m/f)1/2=( 62522.71/215)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： 1/476.14=19.035 kn焊縫受剪力 v=19.035 kn 彎矩m=19.035（120-20）/2=952 knmm 設(shè)焊縫hf=6 lw =160-40-26=108mm焊縫應(yīng)力由公式得：v/(20.7hflw)2+6

20、m /(20.7fhflw2)21/2 =19.035103/(20.76108)2+6952103/(20.71.2261082)21/2=（13445.32+2283.51）1/2=125160 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度為lw=2（240-2hf）+4（120-4-10-2hf）=2（240-28）+4（120-4-10-28）=808mm由公式得：f=r/0.7fhflw= 76.14103/0.71.228808=13.8 fwf =0.95160=152 n/mm2 滿足要求。d、 上

21、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)點“1”槽焊縫hf1=0.5t1=4mm 其中t1為節(jié)點板厚度。lw=500-2hf=520-24=512mm 由公式得： f=p/（20.7hflw）=12.69103/20.74512=4.43n/mm2fwf=0.95160=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lw=520-25=5

22、10mm上弦內(nèi)力差n= -251.43 kn 偏心彎矩m=ne ，e=55mm由公式得：f=6m/（20.7 hf2lw2）=（6251.43103）55/（20.755102）=45.57 n/mm2f=n/（20.7 hf2lw）=251.43103/（20.75510）=70.43 n/mm2 （f/f）2+f21/2=（45.57/1.22）2+70.4321/2=79.72n/mm2fwf=0.95160=152 n/mm2 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=12.96kn。節(jié)點板

23、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lw=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：f=6m/（20.7 hf2lw2）=（618.22103）55/（20.751202）=59.65 n/mm2f=n/（20.7 hf2lw）=18.22103/（20.75120）=21.69 n/mm2 （f/f）2+f21/2=（59

24、.65/1.22）2+21.6921/2=53.79n/mm2fwf=0.95160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全 上弦節(jié)點“4”（見圖）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lw=n/(40.7hffwf)+2hf=228.44103/（40.740.95160）+24=142.2mm,取140mm采用拼接角鋼長l=2140+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=t+hf+5=12+8+5=25mm