鋼結構屋蓋課程設計計算書

1、文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.鋼結構屋蓋課程設計計算書姓 名:班 級:學 號: 指導老師:日期：2011年7月15日設計說明1、 設計某一檢修廠房屋蓋，跨度為30ml長度為60ml柱距為7.5m,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,屋架較接于鋼筋混凝土柱頂， 無吊車，外檐口采用自由排水，采用梢鋼楝條，楝條間距為 2665.63mm2、 北京地區(qū)基本風壓為0.45KN/m2,屋面離地面高度為20 m,不上人屋面。雪荷載0.4KN/m2。楝條設計1、 楝條采用輕型梢鋼楝條2、 屋面材料為壓型鋼板，屋面坡度

2、為 1: 2.5 (a =21.80 )楝條跨度為7.5m,于跨中設置一道拉條，水平楝距2665.6 Xcos21.80 =2665.6 x 0.93=2475.0mm 坡向斜距 2665.3mm3、 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0.12 KN/m2,楝條(包括拉條和支撐)自重設為0.11 KN/m2可變荷載：屋面雪荷載3 =0.4KN/m2,基本風壓o=0.45 KN/m24、 內(nèi)力計算永久荷載于屋面活荷載組合楝條線荷載Pk= (0.23+0.4 ) X 2.475=1.559 KN/mp= (1.2 X 0.23+1.4 X0.4) X 2.475=2.06

3、9 KN/mpx=psin21.8 0=2.069 X 0.37=0.766 KN/mpY=pcos21.8 0=2.069 x 0.93=1.924 KN/m彎矩設計值：M x= pY l 2/8=1.924 X7.5 2/8=13.528KN mM y= pX l 2/32=0.766 X7.5 2/32=1.346KN m永久荷載和風荷載的吸力組合按建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001房屋高度為20m取z z=1.25按門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程CECS102 2002附錄A,風荷載體型系數(shù)為：w s=1.5 log A-2.9=-0.997A=2.475m2X 7.5m=18.

4、5625m垂直于屋面的風荷載標準值3k= p s p z 3 0=-0.997 x 1.25 x(1.05 X0.45) =-0.589 KN/m 2楝條線荷載pXY= (0.589-0.23 Xcos21.8°) X 2.475=0.375 X 2.475=0.929KN/mPx =0.23 x2.475 Xsin21.8 o=0.211 KN/mp y =1.4 X 0.997 X 2.475-0.23 乂 2.475 乂 cos21.8 0=2.926KN/m彎矩設計值MX= PyI 2/8=2.926 X 7.5 2/8=20.573KN/mM y= PxI 2/8=0.21

5、1 X 7.5 2/8=1.484KN/m截面選擇選用選用輕型梢鋼20 W=152.2 cm3 WynmaF54.9 cm3 Wynmin=20.53 cmIx=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：3Wx=0.9 Xl52.2=136.98cmWU=0.9 x 54.9=49.41 cm 3WU=0.9 x 20.5=18.45 cm 3屋面能阻止楝條失穩(wěn)和扭轉，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）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

6、者，容許撓度為L/200當設置拉條時，只須計算垂直于屋面方向的最大撓度v y=(5/384) x (1.484 Xcos21.80x 75004) / (206X 103X 1522X104) =18.11mm<L/200=37.5mm構造要求入 x=750/8.07=92.94<200入 y=375/2.20=170.45<200故此楝條在平面內(nèi)外均滿足要求三、屋架設計屋架結構的幾何尺寸如圖楝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 楝品巨=2.229m改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改圖要改支撐布置建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-20

7、01)支撐布置見圖，上弦5文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.橫向水平支撐設置在房屋兩端和伸縮縫處第一開內(nèi)，并在相應開間屋架跨中設置垂直支撐，其余在開間，屋架下弦跨中設置一通長水平柔性系桿，上弦橫向水平支撐在交叉點處與楝條相連，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。改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改圖要改-1 In18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）0.12 KN/m 2楝條自重（不包括拉條支撐）0.11 KN/

8、m 2屋架及支撐自重0.15 KN/m 2管道條0.05 KN/m合計0.43 KN/m2可變荷載（活荷載）（對水平投影面）雪荷載基本雪壓So=0.4 KN/m2 ,按建筑結構荷載規(guī)范（GB50009-2001）表，由于 =21.80 <25 所以區(qū)= 1.0 雪荷載標準值Sk=叱rSo=0.4 KN/m2風荷載基本風壓3 0=0.45 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+風荷載屋架、楝條自重+半跨（屋面板+0.3 KN/m2安裝荷載）上弦的集中恒荷載及節(jié)點荷載由楝條傳給屋架上限的集中恒荷載和上弦節(jié)點恒荷載見圖由楝條傳給屋架上限的集中活荷載和上弦節(jié)點

9、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 Pi =0.43 X 7,5 X 2.475 X3/101/2=7.57KN上弦節(jié)點恒荷載R=P'=7.57 KN全跨雪荷載作用下 P2 =0.40 X 7,5 X 2.475 X 3/101/2=7.044 KN上弦節(jié)點雪荷載：P2= P2 =7.044 KN假定基本組合由可變荷載效應控制，則上弦節(jié)點荷載設計值為1.2 X7.57 +1.4 X 7,044 KN=18.95 KN若基本荷載組合由永久荷載效應控制，則上弦節(jié)點荷載設計值為1.35 X 7.57+1.4 X7.044=20.08KN綜上可知，本工程屋

10、面荷載組合效應由可變荷載效應控 制。風荷載標準值風荷載體型系數(shù)：背風面w s=-0.5迎風面 s s=-0.47 =-0.5風壓高度變化系數(shù)w z（本設計地面粗糙度為 B類）屋架下弦標高 20.0m H=20+7.57/2=23.785m坡度 i=1/2.5% =21.80 ° 風壓高度 變化系數(shù) w z=1.02 = 1.0 ? z=1.0計算主要承重結構：3 k= ?zHSpZ30背風面：3 k=1.0 X (-0.5 ) X 1.0 X 0.45=0.225 KN/m 2(垂直于屋面)迎風面：3 k=1.0 X (-0.5 ) X 1.0 X 0.45=0.225 KN/m 2

11、(垂直于屋面)由楝條傳給屋架上弦的集中風荷載標準值P3、= 3 1 =-0.225X 2.475 X 7.5=-4.177 KN上弦節(jié)點風荷載標準值 P3= wi=R =-4.177 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 = 7.57 （計支 撐自 重）恒載標 準值2P1K = 4.93（不計 支撐自 重）活載標 準值P2K=7.044內(nèi)力系數(shù)半跨 活（或 雪）荷 載內(nèi) 力標 準值Sk = 7.044內(nèi)力系數(shù)風荷 載內(nèi) 力標準值P3K = 4.1771.2恒2+1.4活1.2恒 2+1

12、.4 半跨 活1.0恒2+1.4風1-2-14.81-121.1-73.01-104.32-10.8-76.08-9.4-39.26-233.66-194.12-142.58-233.662-3-13.66-103.4-67.34-96.22-9.6-67.62-8.57-35.80-215.52-175.48-130.93-215.52上3-4-14.07-106.5-69.37-99.11-10.0-70.44-9.4-39.26-222.0-181.86-138.2-222.0弦4-5-13.70-98.94-64.44-96.50-9.63-67.83-9.4-39.26-212.43

13、-172.29-132.29-212.435-6-12.55-95.0-61.87-88.4-8.49-59.8-8.57-35.80-198.0-157.96-124.36-198.06-7-12.95-98.03-63.84-91.22-8.89-62.62-9.4-39.26-204.32-164.28-131.57-204.321-813.75104.167.7996.8610.0070.4410.845.11216.95179.96144.5216.95下8-911.2585.1655.4679.257.552.838.133.83177.5140.51113.91177.5弦9-1

14、07.5056.7836.9852.833.7526.424.0516.92118.3481.3668.06118.342-8-1.21-9.16-5.97-8.52-1.2-8.45-1.3-5.43-19.09-18.99-14.77-19.093-8-1.21-9.16-5.97-8.52-1.2-8.45-1.3-5.43-19.09-18.99-14.77-19.094-82.5018.9312.3317.612.517.612.711.2839.4539.4530.5939.454-9-2.79-21.12-13.75-19.65-2.78-19.58-3-12.53-44.01-

15、43.91-32.64-44.01腹4-112.5018.9312.3317.612.517.612.711.2839.4539.4530.5939.45桿5-11-1.21-9.16-5.97-8.52-1.2-8.45-1.3-5.43-19.09-18.99-14.77-19.096-11-1.21-9.16-5.97-8.52-1.2-8.45-1.3-5.43-19.09-18.99-14.77-19.099-113.7528.418.4926.4153.7526.424.0516.9259.1759.1845.8859.187-116.2547.330.844.036.2544.0

16、256.7528.1998.698.6076.4398.607-10000000000000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N-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桿 件 號長細比穩(wěn)應力(Tf=215N/ mm 2件 名 稱內(nèi)力(KN)規(guī)格面積(cm 2)lx/ix=友ly/iy=卜止 系 數(shù)上 弦N1-2-233.669取621.27266.6/2.79=95.6533.2/3.91=136.370.523233.66 X 103/0.523 X21.27X 102

17、=210.05下 弦N1-8216.957淤718.85430.6/2.14=201.22861.2/3.17=271.67216.95X 103/18.85X 102 =115.09腹 桿N7-1198.6070-X 411.14430.6/2.18=197.52861.2/3.07= 280.5298.60 X 103/11.14X 102 =88.51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 (mm)肢背焊 縫長度 lw( mm)肢尖焊 腳尺寸 hf2 (mm)肢尖焊縫長度lw'(mm)下弦桿1-8701% 7216.954160475斜 腹

18、 桿2-870k 4-19.094454453-870 4-19.094454454-870/ 439.454454454-970/ 4-44.014454454-1170/ 439.454454455-1170/ 4-19.094454456-1170/ 4-19.094454457-1170/ 498.64804459-1170& 459.18455445豎腹桿7-1070k 40445445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2M2Q栓孔位置見圖P=12.69KNN=251.43KN

19、R=76.14KNN=238.57KN在節(jié)點中心線上設置加勁肋，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=76.8 KN設 a=b=120mm a=21/2 x 120=169.7mmbi x ai/2=84.4mm 支座底板承壓面積為：An=240X 200-兀 X 202-2 乂 40x 50=52300mm由公式驗算柱頂混凝土的抗壓強度R/An=76.8 x 103/52300=1.47n/mm2<B cf c=(Ab/ A)"2fc=(240 x 240/52300) 1/2 x 9.6=10 n/mn2(C20混凝土 fc=9.6 N/mm2)支座底板的厚

20、度按屋架反力作用下的彎矩計算，有公式得：2M邛 q a i式中 q=R/ An= R/ A 0- A n=76800/52300=1.47 N/mmb1/ a 1=84.8/169.7=0.5查表得 B =0.06 M=B q a12=0.06 x 1.47 x169.72=2539.99 N/mm2支座底板厚度由公式得t=(6M/f) 1/2=( 6X 2539.99/215) 1/2=8.42 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 X 76.8=19.2 KN焊縫受剪力 V=19.2 KN 彎矩 M=19.2X ( 120-20)/2

21、=960 KN mm 設焊縫 hf=6 mm l w =160-40-2 X6=108mm 焊縫應力由公式得：V/(2 x 0.7hf| w) 2+6M /(2 x 0.7 p hl ；) 21/2=19.2 X 103/(2 X0.7 X6X 108) 2 +6 X 960X 103/(2 X0.7 X 1.22 X 6X 1082) 21/2 =(447.9+2322.05 ) 1/2 2 =52.63<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=76.8 kn設焊縫的hf=8mm支座底板的連接焊縫長度為萬l w=2 (240-2hf) +4X (120-4-10

22、-2h f) =2 (240-2 X8) +4X (120-4-10-2 X8) =808mm 由公式得：j=R/0.7 B h7l w= 76.8 x 103/(0.7 x 1.22 x 8X808) =13.91< f wf =0.95 x 160=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 梢焊縫連接，假定梢焊縫只承重屋面集中荷載P,P=14.614kn。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AN 節(jié)點“1”梢焊縫 hf1=0.5t 1=4mm 其中一為節(jié)點板厚度。l w=500-2hf=520-2 X

23、4=512mm 由公式得： 3(T f=P/ (2X0.7hflw) =14.614 x 10/(2 X0.7X4X 512)=5.097n/mm2<fwf=0.95 x 160=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l w=520-2 x 5=510mm上弦內(nèi)力差N= -233.66 kn 偏心彎矩 M=N e , e=55mmi3公式得：(rf=6M/ (2X0.7 hf21 w2) = (6X233.66 X 103) X55Z(2X0.7 X5X 5102) =42.

24、35 n/mm2r f=NZ (2X0.7 hf21w) =233.66X 103/ (2X 0.7 X 52x 510) =65.45 n/mm(山/Bf) 2+rf2 1/2= (42.35/1.22 ) 2+65.452 1/2=74.09n/mm2<f wf=0.95 x 160=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梢焊縫 連接，假定梢焊縫只承重屋面集中荷載 P, P= P1+ P2= 14.614kn。 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

25、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 l w=130-2hf=130-2hf=130-2X5=120mm :弦桿相鄰節(jié)間內(nèi)力差 N=-233.66-(-215.52)=-18.14 kn 偏心 彎矩M=Ne e=55mmfg公式得：(rf=6M/(2X 0.7 hf2lw2) =(6X18.14 X 103) x 55/ (2X0.7 X5X 1202) =59.39 n/mm2r f=AN/ (2X0.7 hhlw) =18.14X103/ (2X0.7 X52x 120) =21.59 n/mm(皿/ BD 2+ t f21/2=(59.39/1

26、.22 ) 2+21.5921/2=53.25n/mm2<fwf=0.95 x 160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全上弦節(jié)點“ 4”(見圖)24001文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.屋脊節(jié)點“ 7”（見圖）240240上弦桿節(jié)點荷載P假定角鋼肢背的塞焊縫承受同上，按構造要求考慮，都可滿足。18N 228.44KN因上弦桿間內(nèi)力差小，節(jié)點板尺寸大，故不需要再驗算。文檔來源為：從網(wǎng)絡收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.根據(jù)公式，上弦桿件與拼接角鋼之間在接頭一側的焊縫長 度為L w=N/(4 X 0.7h ff wf)+2hf =204.32 X

27、103/ (4X0.7 X4X 0.95X160) +2X4=128.02mm取 128mm采用拼接角鋼長l=2 X 128+10=266,實際拼接角鋼總長可 取為280mm拼接角鋼豎肢需切肢，實際切肢4 =t+hf+5=12+8+5=25mm, 切肢后剩余高度 h- = 110-25=85mrm水平肢上需要設置安裝螺 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%+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%< 228.44=34.27kn 偏心彎矩M= N.e e=55mm 則由公式得(rf=6M/(2X 0.7 hf2lw2) = (6X34.27 X 103) x 55/(2X 0.7 x 5X 2352) =29.25n/mm2r f=AN/ (2X0.7 hhlw) =34.27 X 103/ (2X0.7 X4X235) =26.04 n/m