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钢结构屋盖课程设计计算书姓名班级土木工程学号指导老师2011年6月11日
1、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Q235—B,焊条采用E43型,屋面为压型钢板,屋面坡度i=
12.5,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
1、基本风压为
0.4KN/m²屋面离地面高度为12m,不上人屋面雪荷载
0.6KN/m²
1、檩条设计
1、檩条采用轻型槽钢檩条
1、屋面材料为压型钢板,屋面坡度为
12.5(α=
21.80°)檩条跨度为6m,于跨中设置一道拉条,水平檩距
2396.4×cos
21.80°=
2396.4×
0.93=2228.65mm,坡向斜距
2396.4mm
1、荷载标准值(对水平投影面)⑴永久荷载压型钢板(不保温)自重为
0.1KN/m²,檩条(包括拉条和支撑)自重设为
0.11KN/m²⑵可变荷载屋面雪荷载ω=
0.6KN/m²基本风压ωo=
0.40KN/m²
1、内力计算⑴永久荷载于屋面活荷载组合檩条线荷载pK=(
0.21+
0.6)×
2.229=
1.805KN/mp=(
1.2×
0.21+
1.4×
0.6)×
2.229=
2.434KN/mpX=psin
21.80=
2.434×
0.37=
0.901KN/mpY=pcos
21.80=
2.434×
0.93=
2.264KN/m弯矩设计值MX=pYl2/8=
2.264×62/8=
10.188KN·mMy=pXl2/32=
0.901×62/32=
1.014KN·m⑵永久荷载和风荷载的吸力组合按《建筑结构荷载规范》GB50009—2001房屋高度为12m取μz=
1.0按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》__CS1022002附录A,风荷载体型系数为
1.5㏒A-
2.9=-
1.211A=
2.22865m×6m=
13.72m2垂直于屋面的风荷载标准值ωk=μSμzω0=-
1.211×
1.0×(
1.05×
0.4)=-
0.509KN/m²檩条线荷载pXY=(
0.509-
0.21×cos
21.80)×
2.22865=
0.___×
2.22865=
0.070KN/mpX=
0.21×
2.229×sin
21.8o=
0.174KN/mpY=
1.4×
1.211×
2.229-
0.21×
2.229×cos
21.80=
3.344KN/m弯矩设计值MX=pYl2/8=
3.344×62/8=
15.048KN/mMy=pXl2/8=
0.174×62/8=
0.783KN/m⑶截面选择选用选用轻型槽钢【20W=
152.2cm3Wyn__x=
54.9cm3Wy__in=
20.5cm3IX=
152.20cm4ix=
8.07cmiy=
2.20cm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=
0.9×
152.2=
136.98cm3Wyn__x=
0.9×
54.9=
49.41cm3Wy__in=
0.9×
20.5=
18.45cm3⑷屋面能阻止檩条失稳和扭转,截面的塑性发展系数γx=
1.05γy=
1.20按公式计算截面a、b点的强度为(见图)бx=Mx/γxWNX+My/γyWy__in=
15.048×106/(
1.05×
136.98×103)+
0.783×106/(
1.2×
18.45×103)=
139.99215N/mm2бy=Mx/γxWNX+My/γyWyn__x=
15.048×106/(
1.05×
136.98×103)+
0.783×106/(
1.2×
49.41×103)=
117.83215N/mm2⑸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×(
3.344×cos
21.80×60004)/(206×103×1522×104)=
16.7mmL/200=30mm构造要求λx=600/
8.07=
74.35200λy=300/
2.20=
136.36200故此檩条在平面内外均满足要求
1、屋架设计⑴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α=
21.80°檩距=
2.229m⑵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⑶荷载标准值1永久荷载(恒荷载)(对水平投影面)压型钢板(不保温)
0.1KN/m²檩条自重(不包括拉条支撑)
0.1KN/m²屋架及支撑自重
0.15KN/m²管道条
0.05KN/m²合计
0.40KN/m²1可变荷载(活荷载)(对水平投影面)㈠雪荷载基本雪压SO=
0.6KN/m²,按《建筑结构荷载规范》(GB50009--2001)表考虑积雪全跨均匀分布情况,由于α=
21.80°25°所以μr=
1.0雪荷载标准值SK=μrSO=
0.6KN/m²㈡风荷载基本风压ω0=
0.4KN/m²⑷荷载组合1恒荷载+活(或雪)荷载1恒荷载+半跨活(或雪)荷载1恒荷载+风荷载1屋架、檩条自重+半跨(屋面板+
0.3KN/m²__荷载)⑸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由檩条传给屋架上限的集中活荷载和上弦节点活荷载见图具体计算过程如下;1全跨屋面恒荷载作用下,,上弦集中恒荷载标准值P
1、=
0.40×6×
2.229×3/101/2=
5.08KN上弦节点恒荷载P1=P
1、=
5.08KN1全跨雪荷载作用下P
2、=
0.60×6×
2.229×3/101/2=
7.61KN上弦节点雪荷载P2=P
2、=
7.61KN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
1.2×
5.08+
1.4×
7.61KN=
16.75KN若基本荷载组合由永久荷载效应控制,则上弦节点荷载设计值为
1.35×
5.08+
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1风荷载标准值风荷载体型系数背风面μs=-
0.5迎风面μs=-
0.47≈-
0.5风压高度变化系数μz本设计地面粗糙度为B类屋架下弦标高
12.0mH=12+
5.08/2=
14.54m坡度i=1/
2.5α=
21.80°风压高度变化系数μz=
1.02≈
1.0ßz=
1.0计算主要承重结构ωk=ßzμsμzω0背风面ωk=
1.0×(-
0.5)×
1.0×
0.4=
0.2KN/m²(垂直于屋面)迎风面ωk=
1.0×(-
0.5)×
1.0×
0.4=
0.2KN/m²(垂直于屋面)由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值P
3、=ω
1、=-
0.2×
2.229×6=-
2.652KN上弦节点风荷载标准值P3=ω1=P
3、=-
2.625KN⑹内力计算
①内力组合见表杆件名称杆件编号全跨荷载半跨荷载风荷载内力组合最不利内力内力系数恒载标准值1P1K=
5.08(计支撑自重)恒载标准值2P1K=
3.17(不计支撑自重)活载标准值P2K=
7.61内力系数半跨活(或雪)荷载内力标准值SK=
7.61内力系数风荷载内力标准值P3K=-
2.
6751.2恒2+
1.4活
1.2恒2+
1.4半跨活
1.0恒2+
1.__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-___.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-
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.
0045.
7228.
5368.
494.
5534.63-
9.
4325.
23130.
1282.
7263.
85130.12腹杆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-
41.20-
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.
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屋架杆件内力组合表⑺截面选择㈠上弦杆截面选择上弦杆采用相同截面,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杆件号内力(KN)规格面积(㎝²)长细比稳定系数应力σ[f]=215N/㎜²lx/ix=λxly/iy=λy上弦N1-2-
251.43┓┏100×
623.
86239.6/
3.1=
77479.2/
4.37=110φ=
0.
523251.43×10³/
0.523×
23.86×10²=
207.73下弦N1-
8238.57┛┗75×
823.
01387.2/
2.28=
169.
82774.4/
3.42=
226.
43238.57×10³/
23.01×10²=
103.68腹杆N7-
11108.45┛┗70×
821.
33387.2/
2.13=
181.
78774.4/
3.22=
240.
50108.45×10³/
21.33×10²=
50.84杆件名称杆件编号截面规格(㎜)杆件内力(㎜)肢背焊脚尺寸hf1(㎜)肢背焊缝长度lw㎜肢尖焊脚尺寸hf2㎜肢尖焊缝长度lw′㎜下弦杆1-8┛┗75×
8238.574160475斜腹杆2-8┛┗70×8-
19.374454453-8┛┗70×8-
19.374454454-8┛┗70×
843.374454454-9┛┗70×8-
41.204454454-11┛┗70×
843.374454455-11┛┗70×8-
19.374454456-11┛┗70×8-
19.374454457-11┛┗70×
8108.454804459-11┛┗70×
865.07455445竖腹杆7-10┛┗70×80445445注表中焊缝计算长度lwlw=lwˊ+2hf⑻上弦接点连接计算1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=
76.14kn设a=b=120mma1=21/2×120=
169.7mmb1×a1/2=
84.4mm支座底板承压__为An=240×200-π×202-2×40×50=52300mm2由公式验算柱顶混凝土的抗压强度R/An=
76.14×103/52300=
1.46n/mm2βcfc=Ab/Ac1/2fc=240×240/523001/2×
9.6=10n/mm2(C20混凝土fc=
9.6n/mm2)支座底板的厚度按屋架反力作用下的弯矩计算,有公式得M=βqa12式中q=R/An=R/A0-An=76140/52300=
1.46n/mm2b1/a1=
84.8/
169.7=
0.5查表得β=
0.06M=βqa12=
0.06×
1.46×
169.72=
2522.71n/mm2支座底板厚度由公式得t=6M/f1/2=6×
2522.71/2151/2=
8.39取12mmA、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1/4×
76.14=
19.035kn焊缝受剪力V=
19.035kn弯矩M=
19.035×(120-20)/2=952kn·mm设焊缝hf=6㎜lw=160-40-2×6=108mm焊缝应力由公式得{[v/2×
0.7hflw]2+[6M/2×
0.7βfhflw2]2}1/2={[
19.035×103/2×
0.76×108]2+[6×952×103/2×
0.7×
1.22×6×1082]2}1/2=(
13445.32+
2283.51)1/2=125160n/mm2A、支座底板的连接焊缝假定焊缝传递全部支座反力R=
76.14kn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(240-2×8)+4×(120-4-10-2×8)=808mm由公式得τf=R/
0.7βfhf∑lw=
76.14×103/
0.7×
1.22×8×808=
13.8fwf=
0.95×160=152n/mm2满足要求A、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σf=P/(2×
0.7hflw)=
12.69×103/2×
0.7×4×512=
4.43n/mm2fwf=
0.95×160=152n/mm2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=-
251.43kn偏心弯矩M=N·e,e=55mm由公式得σf=6M/(2×
0.7hf2lw2)=(6×
251.43×103)×55/(2×
0.7×5×5102)=
45.57n/mm2τf=N/(2×
0.7hf2lw)=
251.43×103/(2×
0.7×5×510)=
70.43n/mm2[(σf/βf)2+τf2]1/2=[(
45.57/
1.22)2+
70.432]1/2=
79.72n/mm2fwf=
0.95×160=152n/mm2可见肢尖焊缝安全
②上弦节点“2”(见图)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=130-2×5=120mm弦杆相邻节间内力差N=-
251.43--
233.21=-
18.22kn偏心弯矩M=Nee=55mm由公式得σf=6M/(2×
0.7hf2lw2)=(6×
18.22×103)×55/(2×
0.7×5×1202)=
59.65n/mm2τf=△N/(2×
0.7hf2lw)=
18.22×103/(2×
0.7×5×120)=
21.69n/mm2[(σf/βf)2+τf2]1/2=[(
59.65/
1.22)2+
21.692]1/2=
53.79n/mm2fwf=
0.95×160=152n/mm2可见肢尖焊缝安全
③上弦节点“4”(见图)因上弦杆间内力差小,节点板尺寸大,故不需要再验算
④屋脊节点“7”(见图)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/4×
0.7hffwf+2hf=
228.44×103/(4×
0.7×4×
0.95×160)+2×4=
142.2mm取140mm采用拼接角钢长l=2×140+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=25mm切肢后剩余高度h-△=110-25=85mm,水平肢上需要设置__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=240×
3.16/3-2×4-10=235mm△N=15%×
228.44=
34.27kn偏心弯矩M=△N.ee=55mm则由公式得σf=6M/(2×
0.7hf2lw2)=(6×
34.27×103)×55/(2×
0.7×5×2352)=
29.25n/mm2τf=△N/(2×
0.7hf2lw)=
34.27×103/(2×
0.7×4×235)=
26.04n/mm2(σf/βf)2+τf2]1/2=[(
29.25/
1.22)2+
12.962]1/2=
27.25n/mm2fwf=
0.95×160=152n/mm2可见肢尖焊缝安全
⑤下弦拼接节点“10”拼接角钢与下弦杆用相同规格,选用┚┖75×8,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×
0.7hffwf+2hf=Af/4×
0.7hffwf+2hf=
10.83×102×
0.95×215/(4×
0.7×4×
0.95×160)+2×4=
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=
0.7×
0.15×
130.12×103//2×
0.7×4×
0.95×160+2×4=
24.05取100mm.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×
130.12×103/2×
0.7×4×
0.95×160+2×4=
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Ф12,撑杆为D32×2圆钢管,上弦为┓┏100×6,下弦为┛┗75×8,腹杆为┛┗70×8。