钢结构屋盖设计知识(doc 21页).doc

1、 钢结构屋盖课程设计计算书钢结构屋盖课程设计计算书 姓姓 名：名：* 班班 级：级： 02 土木工程（土木工程（4）班）班 学学 号：号： BTMGC02053 指导老师：指导老师： * 2005 年年 6 月月 11 日日 一、 设计说明 1、 设计某一检修厂房屋盖，跨度为 27m，长度为 80m，柱距为 6m，三角形屋架，钢材为 Q235B，焊条采用 E43 型，屋面为 压型钢板，屋面坡度 i=1：2.5，屋架铰接于钢筋混凝土柱顶， 无吊车，外檐口采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距为 2827.25mm。 2、 基本风压为 0.4KN/m,屋面离地面高度为 12 m，不上人屋 面。雪荷载

2、 0.6KN/m 二、 檩条设计 1、 檩条采用轻型槽钢檩条 2、 屋面材料为压型钢板，屋面坡度为 1：2.5（=21.80） 檩条跨度为 6m，于跨中设置一道拉条，水平檩距 2396.4 cos21.80=2396.40.93=222865mm，坡向斜距 2396.4mm 3、 荷载标准值（对水平投影面） 永久荷载：压型钢板（不保温）自重为 0.1 KN/m，檩条（包 括拉条和支撑）自重设为 0.11 KN/m 可变荷载：屋面雪荷载=0.6KN/m,基本风压o=0.40 KN/m 4、 内力计算 永久荷载于屋面活荷载组合 檩条线荷载 pK=（0.21+0.6）2.229=1.805 KN/m

3、 p=（1.20.21+1.40.6）2.229=2.434 KN/m pX=psin21.8 0=2.4340.37=0.901 KN/m pY=pcos21.8 0=2.4340.93=2.264 KN/m 弯矩设计值： MX= pY l 2/8=2.26462/8=10.188KNm My= pX l 2/32=0.90162/32=1.014KNm 永久荷载和风荷载的吸力组合 按建筑结构荷载规范GB500092001 房屋高度为 12m 取 z=1.0 按门式钢架轻型房屋钢结构技术规程CECS102：2002 附录 A，风荷载体型系数为：1.5 A-2.9=-1.211 A=2.228

4、65m 6m=13.72m 2 垂直于屋面的风荷载标准值k=Sz0=-1.2111.0 （1.050.4）=-0.509 KN/m 檩条线荷载 pXY=（0.509-0.21cos21.8 0）2.22865 = =0.3142.22865=0.070KN/m pX =0.212.229sin21.8 o=0.174 KN/m pY =1.41.2112.229-0.212.229cos21.8 0=3.344 KN/m 弯矩设计值 MX= pYl 2/8=3.34462/8=15.048KN/m My= pXl 2/8=0.17462/8=0.783KN/m 截面选择选用 选用轻型槽钢【20

5、 W=152.2 cm 3 W ynmax=54.9 cm 3 W ynmin=20.5 cm 3 IX=152.20 cm 4 i x=8.07 cm iy=2.20 cm 计算截面有孔洞削弱， 考虑 0.9 的折减系数，则净截面模量为： WNX=0.9152.2=136.98cm 3 Wynmax=0.954.9=49.41 cm 3 Wynmin=0.920.5=18.45 cm 3 屋面能阻止檩条失稳和扭转，截面的塑性发展系数x=1.05 y=1.20,按公式计算截面 a、b 点的强度为（见图） x 22 x y PyP a b y x = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmi

6、n)=15.04810 6/（1.05 136.9810 3） +0. 783106/ （1.218.45103） =139.99215N/mm2 y = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmax)=15.04810 6/（1.05 136.9810 3） +0.783106/ （1.249.41103） =117.83215N/mm2 挠度计算 因为支撑压型钢板金属板，有积灰的瓦楞铁和石棉等金属面 者，容许挠度为 L/200 当设置拉条时，只须计算垂直于屋面方向的最大挠度 vy=(5/384)（3.344cos21.8 060004）/（2061031522 10 4）=16.7mmL

7、/200=30mm 构造要求 x=600/8.07=74.35200 y=300/2.20=136.36200 故此檩条在平面内外均满足要求 三、 屋架设计 屋架结构的几何尺寸如图 檩条支撑于屋架上弦节点。屋架坡角（上弦与下弦之间的夹角） 为 =21.80檩距=2.229m 150 62396.4 17700 150 支撑布置 建筑抗震设计规范 （GB50011-2001）支撑布置见图，上弦 横向水平支撑设置在房屋两端和伸缩缝处第一开内， 并在相应开间屋 架跨中设置垂直支撑，其余在开间，屋架下弦跨中设置一通长水平柔 性系杆，上弦横向水平支撑在交叉点处与檩条相连，故上弦杆在 屋 架平面外的计算长

8、度等于其节间几何长度， 下弦杆在屋架平面外的计 算长度为屋架跨度的一半。 竖 向 支 撑 系 杆 上 弦 竖 向 支 撑 竖 向 支 撑 系 杆 下 弦 竖 向 支 撑 600 70 60006000n600060006000 600 70 600 6000n60006000 600 6000 27000 荷载标准值 永久荷载（恒荷载） （对水平投影面） 压型钢板（不保温） 0.1 KN/m 檩条自重（不包括拉条支撑） 0.1 KN/m 屋架及支撑自重 0.15 KN/m 管道条 0.05 KN/m 合计 0.40 KN/m 可变荷载（活荷载） （对水平投影面） 雪荷载 基 本 雪 压SO=0

9、.6 KN/m ， 按 建 筑 结 构 荷 载 规 范 （GB50009-2001）表 6.2.1 考虑积雪全跨均匀分布情况，由于 =21.8025所以r=1.0 雪荷载标准值 SK=rSO=0.6 KN/m 风荷载 基本风压0=0.4 KN/m 荷载组合 恒荷载+活（或雪）荷载 恒荷载+半跨活（或雪）荷载 恒荷载+风荷载 屋架、檩条自重+半跨（屋面板+0.3 KN/m安装荷载） 上弦的集中恒荷载及节点荷载 由檩条传给屋架上限的集中恒荷载和上弦节点恒荷载见图 150 17700 150 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1 P1/2 P1/2 由檩条传给屋架上限的集

10、中活荷载和上弦节点活荷载见图 15017700150 P2/2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2 P2/2 具体计算过程如下； 全跨屋面恒荷载作用下， ， 上 弦 集 中 恒 荷 载 标 准 值 P1 、 =0.40 6 2.229 3/10 1/2=5.08KN 上弦节点恒荷载 P1=P1 、=5.08 KN 全跨雪荷载作用下 P2 、=0.6062.2293/101/2=7.61 KN 上弦节点雪荷载：P2= P2 、=7.61 KN 假定基本组合由可变荷载效应控制， 则上弦节点荷载设计值为 1.25.08 +1.47.61 KN=16.75 KN 若基本荷

11、载组合由永久 荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为 1.355.08+1.4 7.61=17.512KN 综上可知， 本工程屋面荷载组合效应由可变荷载效应控 制。 风荷载标准值 风荷载体型系数：背风面s=-0.5 迎风面s=-0.47-0.5 风压高度变化系数z(本设计地面粗糙度为 B 类)屋架下 弦标高 12.0m H=12+5.08/2=14.54m 坡度 i=1/2.5 =21.80风压高度 变化系数z=1.021.0 z=1.0 计算主要承重结构：k= zsz0 15017700150 W1 W1 W1 W1 W1 W1W1 W1 W1 W1 W1 W1 W1/2W1/2 背风面： k

12、=1.0（-0.5）1.00.4=0.2 KN/m（垂 直于屋面） 迎风面： k=1.0（-0.5）1.00.4=0.2 KN/m（垂 直于屋面） 由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值 P3 、= 1 、=-0.2 2.2296=-2.652 KN 上弦节点风荷载标准值 P3=1=P3 、 =-2.625 KN 内力计算 内力组合见表 屋屋 架架 杆杆 件件 内内 力力 组组 合合 表表 截面选择 上弦杆截面选择 杆 件 名 称 杆 件 名 称 杆 件 编 号 杆 件 编 号 全跨荷载全跨荷载 半跨荷载半跨荷载 风荷载风荷载 内力组合内力组合 最最 不不 利利 内内 力力 内力内力 系数系数

13、恒载标恒载标 准准 值值 1 P1K= 5.08 （计（计 支撑自支撑自 重）重） 恒载标恒载标 准准 值值 2 P1K= 3.17（不（不 计 支 撑计 支 撑 自重）自重） 活载活载 标准标准 值值 P2K =7.61 内力内力 系数系数 半跨活半跨活 （或（或 雪）荷雪）荷 载内力载内力 标准值标准值 SK= 7.61 内力内力 系数系数 风荷风荷 载内载内 力标力标 准值准值 P3K= -2.675 1.2 恒恒 2+ 1.4 活活 1.2 恒恒 2+1.4 半跨半跨 活活 1.0 恒恒 2+ 1.4 风风 上上 弦弦 1-2 -17.39 -88.34 -55.13 -132.34

14、-12.55 -95.51 16.50 -44.14 -251.43 -199.87 -116.93 -251.43 2-3 -16.13 -81.94 -51.13 -122.75 -11.35 -86.37 15.55 -41.60 -233.21 -182.27 -109.37 -233.21 3-4 -16.76 -85.14 -53.13 -127.54 -12.10 -92.08 16.50 -44.14 -242.31 -192.67 -114.93 -242.31 4-5 -16.44 -83.52 -52.11 -125.11 -11.65 -88.66 16.50 -44.

15、14 -237.69 -186.66 -113.91 -237.69 5-6 -15.18 -77.11 -48.12 -115.52 -10.40 -79.14 15.55 -41.60 -219.47 -168.54 -106.36 -219.47 6-7 -15.8 -80.26 -50.09 -120.24 -11.05 -84.09 16.30 -43.60 -228.44 -177.83 -111.13 -228.44 下下 弦弦 1-8 16.50 83.82 52.31 125.57 12.00 91.32 -17.30 46.28 238.57 190.62 117.10 2

16、38.57 8-9 13.50 68.58 42.80 102.74 9.05 68.87 -14.30 38.25 195.20 147.78 96.35 195.20 9-10 9.00 45.72 28.53 68.49 4.55 34.63 -9.43 25.23 130.12 82.72 63.85 130.12 腹腹 杆杆 2-8 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 3-8 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.6

17、1 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 4-8 3.00 15.24 9.51 22.83 3.00 22.83 -3.11 8.32 43.37 43.37 21.16 43.37 4-9 -2.85 -14.48 -9.03 -21.69 -2.85 -21.69 3.05 -8.16 -41.20 -41.20 -20.45 -41.20 4-11 3.00 15.24 9.51 22.83 3.00 22.83 -3.11 8.32 43.37 43.37 21.16 43.37 5-11 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1

18、.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 6-11 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 9-11 4.50 22.86 14.27 34.25 4.50 34.25 -4.42 11.82 65.07 65.07 30.82 65.07 7-11 7.50 38.1 23.78 57.08 7.50 57.08 -7.85 21.00 108.45 108.45 53.18 108.45 7-10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 上

19、弦杆采用相同截面，以节间 1-2 的最大轴力 N1-2来选择, 下弦以节间 1-8 的最大轴力 N1-8 来选择， 腹杆以节间 7-11 的最大轴 力 N7-11 来选择。 各杆件的截面尺寸选择如下表 构 件 名 称 构 件 名 称 杆 件 号 杆 件 号 内力内力 （KN） 规规 格格 面面 积积 （ ） 长细比长细比 稳定稳定 系数系数 应力应力 f=215N/f=215N/ lx/ix= x ly/iy= y 上上 弦弦 N1-2 -251.43 1001006 6 23.86 239.6/ 3.1=77 479.2/ 4.37= 110 =0.523 251.4310 / 0.5232

20、3.86 10 =207.73 下下 弦弦 N1-8 238.57 75758 8 23.01 387.2/ 2.28= 169.82 774.4/ 3.42= 226.43 =0.163 238.5710 / 23.01 10 =103.68 腹腹 杆杆 N7-11 108.45 70708 8 21.33 387.2/ 2.13= 181.78 774.4/ 3.22= 240.50 =0.146 108.4510 / 21.33 10 =50.84 杆件名杆件名 称称 杆件杆件 编号编号 截面规格截面规格 （）（） 杆件杆件 内力内力 （）（） 肢背焊肢背焊 脚尺寸脚尺寸 hf1（）（）

21、 肢背焊肢背焊 缝长度缝长度 lw() 肢尖焊肢尖焊 脚尺寸脚尺寸 hf2 () 肢尖焊缝肢尖焊缝 长度长度 lw () 下弦杆下弦杆 1-8 75758 8 238.57 4 160 4 75 斜斜 腹腹 杆杆 2-8 70708 8 -19.37 4 45 4 45 3 3- -8 8 70708 8 -19.37 4 45 4 45 4 4- -8 8 70708 8 43.37 4 45 4 45 4 4- -9 9 70708 8 -41.20 4 45 4 45 4 4- -1111 70708 8 43.37 4 45 4 45 5 5- -1111 70708 8 -19.37

22、 4 45 4 45 6 6- -1111 70708 8 -19.37 4 45 4 45 7 7- -1111 70708 8 108.45 4 80 4 45 9 9- -1111 70708 8 65.07 4 55 4 45 竖腹杆竖腹杆 7 7- -1010 70708 8 0 4 45 4 45 注：表中焊缝计算长度lw,lw=lw+2hf 上弦接点连接计算 支座节点“1” 为了便于施焊下弦杆肢背与支座板顶面的距离取 125mm，锚栓 用 2M20，栓孔位置见图 P=12.69KN R=76.14KN 22 P1=6.345KN N=251.43KN N=238.57KN 2-2

23、 2050 aa bb b1 40 a1 在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度和节点板高度相同。 A、 支座底板计算 支座反力：R=76.14 kn 设 a=b=120mm a1=2 1/2120=169.7mm b1a1/2=84.4mm 支座底板承压面积为： An=240200-20 2-24050=52300mm2 由公式验算柱顶混凝土的抗压强度 R/An=76.1410 3/52300=1.46n/mm2 cfc =(Ab/ Ac) 1/2f c=(240240/52300) 1/2 9.6=10 n/mm 2 （C20 混凝土 fc=9.6 n/mm 2） 支座底板的厚度按屋架反力作

24、用下的弯矩计算，有公式 得： M=q a1 2 式中 q=R/ An= R/ A0- An=76140/52300=1.46 n/mm 2 b 1/ a1=84.8/169.7=0.5 查表得 =0.06 M=q a1 2=0.061.46 169.7 2=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 12mm B、 加劲肋与节点板的连接焊缝 假定一块加劲肋承受的屋架支座反力的四分之一，即： 1/476.14=19.035 kn 焊缝受剪力 V=19.035 kn 弯矩 M=19.035（120-20） /2=

25、952 knmm 设焊缝 hf=6 lw =160-40-26=108mm 焊缝应力由公式得： v/(20.7hflw) 2+6M /(20.7 fhflw 2)21/2 =19.03510 3/(20.76108)2 +695210 3/(20.71.2261082)21/2 =（13445.32+2283.51） 1/2 =125160 n/mm 2 C、 支座底板的连接焊缝 假定焊缝传递全部支座反力 R=76.14 kn 设焊缝的 hf=8mm，支座底板的连接焊缝长度为lw=2（240-2hf） +4（120-4-10-2hf）=2（240-28）+4（120-4-10-2 8）=808

26、mm 由公式得： f=R/0.7fhflw= 76.1410 3/0.71.228808 =13.8 f w f =0.95160=152 n/mm 2 满足要求。 D、 上弦杆于节点板的焊缝计算 节点板和焊缝的连接计算，节点板于上弦角钢肢背采用 槽焊缝连接，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载 P， P=12.69kn。节点板于上弦角钢肢尖采用双面角焊缝连 接 ，承受 上弦 的内 力差 N 节点 “1 ”槽 焊 缝 hf1=0.5t1=4mm 其中 t1为节点板厚度。 lw=500-2hf=520-2 4=512mm 由公式得： f=P/（20.7hflw）=12.6910 3/20.74 512=

27、4.43n/mm 2fw f=0.95160=152 n/mm 2 可见塞焊缝一 般不控制，仅需验算肢尖焊缝。 上弦采用不等边角钢，短肢相拼，肢尖角焊缝的焊 脚尺寸 hf2=5mm。则角钢肢尖焊缝的计算长度 lw=520-2 5=510mm 上弦内力差 N= -251.43 kn 偏心弯矩 M=Ne ， e=55mm 由公式得： f=6M/（20.7 hf2lw 2）=（6251.43103）55/ （20.75510 2）=45.57 n/mm2 f=N/（20.7 hf2lw）=251.4310 3/（20.75 510）=70.43 n/mm 2 （f/f） 2+ f 21/2=（45.

28、57/1.22）2+70.4321/2 =79.72n/mm 2fw f=0.95160=152 n/mm 2 可见肢尖焊缝安 全 上弦节点“2” （见图） P=251.43KN P=19.37KN 7030 100 P=233.21KN 50 节点板与上弦的连接计算， 节点板于上弦角钢肢背采用槽焊缝 连接，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载 P，P=12.96kn。节点板于上 弦角钢肢尖采用双面角贴角焊缝连接，承受上弦的内力差N 节点 “2”塞不控制只需验算肢尖焊缝。 上弦采用等边角钢，肢角焊缝的焊脚对 hf2=0.5mm 则角钢肢尖 角焊缝的计算长度 lw=130-2hf=130-2hf=130

29、-25=120mm ： 弦杆相邻节间内力差 N=-251.43-(-233.21)=-18.22 kn 偏心 弯矩 M=Ne e=55mm 由公式得： f=6M/（20.7 hf2lw 2）=（618.22103）55/ （20.75120 2）=59.65 n/mm2 f=N/（20.7 hf2lw）=18.2210 3/（20.75 120）=21.69 n/mm 2 （f/f） 2+ f 21/2 =（59.65/1.22） 2+21.6921/2 =53.79n/mm 2fw f=0.95160=152 n/mm 2 可见肢尖焊缝 安全 上弦节点“4” （见图） P=237.69KN

30、240 270 P=242.31KN 240 270 因上弦杆间内力差小，节点板尺寸大，故不需要再验算。 屋脊节点“7” （见图） 240240 N228.44KN 195 上弦杆节点荷载 P 假定角钢肢背的塞焊缝承受同上，按构造要求 考虑，都可满足。 根据公式， 上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长 度为 L W=N/(40.7hff w f)+2hf=228.4410 3/ （40.740.95 160）+24=142.2mm,取 140mm 采用拼接角钢长 l=2140+10=290,实际拼接角钢总长可 取为 300mm。 拼接角钢竖肢需切肢，实际切肢=t+hf+5=12+8+5=2

31、5mm, 切肢后剩余高度h-=110-25=85mm， 水平肢上需要设置安装螺栓。 上弦杆与节点板的连接焊缝按肢尖焊缝承受上弦杆内力 的 15%计算， 角钢肢尖角焊缝的焊脚尺寸 hf2=4mm,则角钢肢尖角焊 缝的计算长度 lw=2403.16/3-24-10=235mm, N=15% 228.44=34.27kn 偏心弯矩 M=N.e e=55mm 则由公式得 f=6M/（20.7 hf2lw 2）=（634.27103）55/ （20.75235 2）=29.25n/mm2 f=N/（20.7 hf2lw）=34.2710 3/（20.74 235）=26.04 n/mm 2 （ f/ f

32、） 2+ f 21/2= （29.25/1.22 ）2+12.9621/2=27.25 n/mm 2fw f=0.95160=152 n/mm 2 可见肢尖焊缝安全 下弦拼接节点“10” 120 lw+5 拼接角钢与下弦杆用相同规格，选用758，下弦杆与拼接 角钢之间角焊缝的焊脚尺寸采用 hf=4mm。根据公式得下弦杆件 与拼接角钢之间在接头一侧得焊缝长度为:L w=N/(4 0.7hff w f)+2hf=Af/(40.7hff w f) +2hf =10.8310 20.95215/ （40.740.95160）+24=137.9mm,取 140mm 拼接角钢得长度取 2L w+10=290mm，接头的位置视材料得长度 而定，最好设在跨中节点处，当接头不在节点视由公式得焊缝 长度为： L w1=0.70.15130.1210 3/(20.740.95 160)+24=24.05 取 100 mm.设肢尖焊缝得焊脚尺寸 hf=4mm.由 公式得焊缝长度为 L w1=0.3 0.15 130.12 10 3/(20.7 4 0.95 160)+24=14.8mm 由以上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按 构造要求确定的，取 100mm。 本设计檩条为【20, 拉条为12，撑杆为 D322 圆钢管，上弦为 1006，下弦为 758，腹杆为 708。