钢结构屋盖设计知识

1、姓 名： 班 级： 学 号： 指导老师：钢结构屋盖课程设计计算书*02 土木工程（ 4）班BTMGC02053*2005年 6 月 11日设计说明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=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/m2,屋面离地面高度为12 m,不上人屋面。雪荷载 0.6KN/m2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 （a =21.

2、80 ° ）檩条跨度为6m,于跨中设置一道拉条，水平檩距2396.4 XCOS21.80 ° =2396.4 X 0.93=2228. 65mrp 坡向斜距 2396.4mm3、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/m2,檩条（包 括拉条和支撑）自重设为 0.11 KN/m2可变荷载：屋面雪荷载3 =0.6KN/m2,基本风压3 o=0.40 KN/m24、内力计算永久荷载于屋面活荷载组合檩条线荷载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

3、.434 KN/mPX=Psin2 1 . 8 0=2.434X 0.37=0.901 KN/m0PY=Pcos2 1 .8 =2.434X 0.93=2.264 KN/m弯矩设计值：M x= Py l 2/8=2.264 X62/8=10.188KN mM y= px l 2/32=0.901 X 6732=1.014 KNm 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 a z=1.0按门式钢架轻型房屋钢结构技术规程 CECS1 0：2 2002 附录A, 风荷载体型系数为：1.5 log A-2.9=-1.211A=2.22865m2X

4、6m=13.72m2垂直于屋面的风荷载标准值3k= a s a z 3 0=-1.211 x 1.0 X(1.05X 0.4)=-0.509 KN/m2檩条线荷载P XY= (0.509-0.21 X cos21.8 0)X 2.22865=0.314X 2.22865=0.070KN/mP X =0.21 X 2.229 X sin21.8 o=0.174 KN/mP Y =1.4 X 1.211 X 2.229-0.21 X 2.229X cos21.8 0=3.344 KN/m 弯矩设计值M X= PYl 2/8=3.344 X 62/8=15.048KN/mMy= pxl2/8=0.1

5、74 x62/8=0.783KN/m截面选择选用选用轻型槽钢【20 W=152.2 cm Wynmax=54.9 cm Wynmin=20.53cmI x=152.20 cm4 i x=8.07 cm i y=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:WN)=0.9 x 152.2=136.98cm3WLax=0.9 x 54.9=49.41 cm 33皿山=0.9 x 20.5=18.45 cm屋面能阻止檩条失稳和扭转，截面的塑性发展系数丫x=1.05y y=1.20,按公式计算截面a、b点的强度为（见图）PyP136.98 x 103) +0.783 x 1

6、06/ (1.2 x 49.41 x 103) =117.83<215N/mrn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v y=(5/384) x(3.344 x cos21.8°x60004) / (206x 103x 1522x 104) =16.7mm<L/200=30mm构造要求 入 x=600/8.07=74.35<200入 y=300/2.20=136.36<200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(

7、上弦与下弦之间的夹角)为 a =21.80。檩距=2.229m17700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。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管道条合计0.05 KN/m 0.4

8、0 KN/m 可变荷载（活荷载）（对水平投影面）雪荷载基本雪压So=0.6 KN/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a =21.80 ° <25° 所以卩 r=1.0 雪荷载标准值 &=卩 rSo=0.6 KN/n2风荷载基本风压3 0=0.4 KN/m2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/m2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由檩条传给屋架上限的集中活荷载和上弦节点活荷

9、载见图P2P2P2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 Pi、=0.40 X 6 X 2.229 X 1/23/10=5.08KN上弦节点恒荷载 P二P'=5.08 KN 全跨雪荷载作用下 R、=0.60 X6X 2.229 X 3/101/2=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1.2 X 5.08 +1.4 X 7.61 KN=16.75 KN 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 X 5.08+1.4 X7.61 = 17.512KN综上

10、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：背风面口 s=-0.5迎风面卩s=-0.47-0.5风压高度变化系数口 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 a=21.80 °风压高度 变化系数卩z=1.021.0 ? z=1.0计算主要承重结构：3 k= ?z卩s卩z w o背风面：w k=1.0 x（ -0.5 ） x 1.0 x 0.4=0.2 KN/m 2 （垂直于屋面）迎风面：w k=1.0 x（ -0.5 ） x 1.0 x 0.4=0.2 KN/m 2 （垂直于

11、屋面）由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值R' = w 1' =-0.2x 2.229 x 6=-2.652 KN 上弦节点风荷载标准值 R=w 1=P3=-2.625 KN内力计算 内力组合见表屋架杆件内力组合表全跨荷载半跨荷载风荷载内力组合杆件名称杆件编号内力 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+1.4风最 不 利

12、 内 力1-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.43上2-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69

13、-186.66-113.91-237.69弦5-6-15.18-77.11-48.12-115.52-10.40-79.1415.55-41.60-219.47-168.54-106.36-219.476-7-15.8-80.26-50.09-120.24-11.05-84.0916.30-43.60-228.44-177.83-111.13-228.44下弦1-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.578-913.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20

14、147.7896.35195.209-109.0045.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.122-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.37腹3-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69

15、-2.85-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.37杆9-114.5022.8614.2734.254.5034.25-4.4211.8265.0765.0730.8265

16、.077-117.5038.123.7857.087.5057.08-7.8521.00108.45108.4553.18108.457-10000000000000截面选择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Nl-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(cm 2)长细比稳定 系数应力(Tf=215N/ mm2|x/ix二|y/iy=上N1-2-251.431 厂23.86239.6/479.2/如0.523251.43X 103/0.523 X

17、 23.86弦100X 63.仁774.37=X 102=207.73110下387.2/774.4/238.57X 103/弦N1-8238.5775 X 823.012.28=3.42=护0.16323.01 X 10 2169.82226.43=103.68腹387.2/774.4/108.45X 103/杆N7-11108.4570 X 821.332.13=3.22=护0.14621.33 X 10 2181.78240.50=50.84杆件名 称杆件 编号截面规格 (mm)杆件 内力 (m)肢背焊 脚尺寸 hf1 (m)肢背焊 缝长度lw( mm)肢尖焊 脚尺寸 hf2 (mm)肢

18、尖焊缝 长度lw'(m)下弦杆1-8758238.574160475斜腹杆2-870R 8-19.374454453-8708-19.374454454-870R 843.374454454-9708-41.204454454-1170R 843.374454455-11708-19.374454456-1170R 8-19.374454457-1170P 8108.454804459-1170 865.07455445竖腹杆7-1070P 80445445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12

19、5mn，锚栓用2M20栓孔位置见图P=12.69KNP1 =.345KNR=76.14KNN=238.57KN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 kn1/2设 a=b=120mm a=2 x 120=169.7mmbi x a/2=84.4mm 支座底板承压面积为:22An=240X 200- nX 20-2 X 40X 50=52300mm由公式验算柱顶混凝土的抗压强度R/An=76.14 X 103/52300=1.46n/mm2v B cf c1/2 1/2 2=(Ab/ Ac)1/2fc=(240 X 240/52300)1/

20、2 X 9.6=10 n/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弯矩计算，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

21、，即：1/4 X76.14=19.035 kn焊缝受剪力 V=19.035 kn 弯矩 M=19.035X(120-20)/2=952 kn mm 设焊缝 hf=6 mm l w =160-40-2 X 6=108mm 焊缝应力由公式得：v/(2 X0.7hfl w) 2+6M /(2 X0.7B fhfl w2) 21/2二19.035 x 103/(2 x 0.76 x 108)322 1/2+6x 952x 103/(2 x 0.7x1.22x 6x1082) 21/2=(13445.32+2283.51 )1/22=125<160 n/mmC、支座底板的连接焊缝 假定焊缝传递全部

22、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刀l w=2 (240-2hf)+4x(120-4-10-2h f)=2 (240-2 x 8)+4x(120-4-10-2x 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 x 160=152 n/mm2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

23、， 承受 上 弦 的 内 力差 N 节 点 “ 1 ”槽 焊 缝hf1=0.5t 1=4mm 其中 t 1为节点板厚度。 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I w=520-2 X 5=510mm上弦内力差N二-251.43 kn偏心弯矩 M=N e ,e=

24、55mn由公式得：(T f=6M/(2X 0.7 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 可见肢尖焊缝安 全 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，

25、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 I w=130-2hf=130-2hf=130-2 x 5=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=55mn由公式得：23(T f=6M/ (2X 0.7 h f2| w) = (6x 18.22 x 10 )x 55/22(2x 0.7 x 5x 120 2 1/2=(

26、59.65/1.22 ) 2+21.692 1/2) =59.65 n/mm2t、= N/ (2x 0.7 hf21 w) =18.22 x 10=53.79n/mm2<fwf=0.95 x 160=152 n/mm2 可见肢尖焊缝安全 上弦节点“ 4”(见图)/ (2x 0.7 x 52x 120) =21.69 n/mm22 2 1/2(c f/ B f)+ T f 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）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

27、X O.7hffwf)+2hf =228.44 X 103/ (4X 0.7 X 4X 0.95x 160) +2X4=142.2m m 取 140mm采用拼接角钢长 l=2 X 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 l w=240X 3.16/3-2 X 4-10=235mm, N=15%X 228.44=34.27kn 偏心弯矩M= N.e e=55mm 则由公式得(T f=6M/(2X 0.7 h f2l wx 235) =26.04 n/mm2(f/ B f ) 2+ T f2 1/2=