1、鋼結構屋蓋課程設計計算書姓 名：班 級：土木工程學 號：指導老師：2011年 6 月 11 日設計說明1、設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 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/m2,屋面離地面高度為12 m,不上人屋面。雪荷載 0.6KN/m2檁條設計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 （ a =21.80 ° ）檁條跨度為6m,于跨

2、中設置一道拉條，水平檁距2396.4 XCOS21.80 ° =2396.4 X 0.93=2228. 65mrp 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/m2,檁條（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 =0.6KN/m2,基本風壓3 o=0.40 KN/m24、內力計算永久荷載于屋面活荷載組合檁條線荷載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=2.434 KN/mPX=Psin2 1

3、. 8 0=2.434X 0.37=0.901 KN/m0PY=Pcos2 1 .8 =2.434X 0.93=2.264 KN/m彎矩設計值：M x= Py l 2/8=2.264 X62/8=10.188KN mM y= px l 2/32=0.901 X62/32=1.014KN m 永久荷載和風荷載的吸力組合按建筑結構荷載規范 GB50009 2001 房屋高度為 12m 取 a z=1.0按門式鋼架輕型房屋鋼結構技術規程 CECS1 0：2 2002 附錄A, 風荷載體型系數為：1.5 log A-2.9=-1.211A=2.22865m2X 6m=13.72m2垂直于屋面的風荷載標

4、準值3 k= a s a z 3 0=-1.211 x 1.0 X(1.05X0.4)=-0.509 KN/m2檁條線荷載PXY= (0.509-0.21 Xcos21.80)X2.22865=0.314X 2.22865=0.070KN/mPX =0.21 X2.229Xsin21.8 o=0.174 KN/mPY =1.4 X1.211X2.229-0.21 X2.229Xcos21.80=3.344 KN/m 彎矩設計值MX= PYl2/8=3.344X62/8=15.048KN/mMy= pxl2/8=0.174 x62/8=0.783KN/m截面選擇選用選用輕型槽鋼【20 W=152

5、.2 cm WynmaX=54.9 cm Wynmin=20.53cmI x=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，則凈截面模量為:WN)=0.9 x 152.2=136.98cm3Vnmax=0.9 x 54.9=49.41 cm 33皿山=0.9 x 20.5=18.45 cm屋面能阻止檁條失穩和扭轉，截面的塑性發展系數丫 x=1.05丫 y=1.20,按公式計算截面a、b點的強度為（見圖）136.98 x 103) +0.783 x 106/ (1.2 x 49.41 x 103) =117.83<215N/

6、mrn撓度計算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(3.344 x cos21.8°x60004) / (206x 103x 1522x 104) =16.7mm<L/200=30mm構造要求入 x=600/8.07=74.35<200入 y=300/2.20=136.36<200故此檁條在平面內外均滿足要求三、 屋架設計屋架結構的幾何尺寸如圖檁條支撐于屋架上弦節點。屋架坡角(上弦與下弦之間的夾角)為 a =21.80。檁距=2.229m支撐布置建筑抗震設

7、計規范（GB50011-2001）支撐布置見圖，上弦 橫向水平支撐設置在房屋兩端和伸縮縫處第一開內，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檁條相連，故上弦桿在屋架平面外的計算長度等于其節間幾何長度， 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 2檁條自重（不包括拉條支撐）0.1 KN/m 2屋架及支撐自重0.15 KN/m2管道條0.05 KN/m2合計0.40 KN/m2 可變荷載（活荷載）（對水平投影面）雪荷載基本雪壓So=0.6

8、KN/m2 ,按建筑結構荷載規范（GB50009-2001 ）表考慮積雪全跨均勻分布情況，由于a =21.80 ° <25° 所以卩 r=1.0 雪荷載標準值 Sk二口 rSo=0.6 KN/n2風荷載基本風壓3 0=0.4 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、檁條自重+半跨（屋面板+0.3 KN/m2安裝荷載）上弦的集中恒荷載及節點荷載由檁條傳給屋架上限的集中恒荷載和上弦節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 Pi、=0

9、.40 X 6 X 2.229 X1/23/10=5.08KN上弦節點恒荷載 R二P'=5.08 KN 全跨雪荷載作用下 R、=0.60 X6X 2.229 X 3/101/2=7.61 KN上弦節點雪荷載：P2= P2' =7.61 KN假定基本組合由可變荷載效應控制，則上弦節點荷載設計值為1.2 X 5.08 +1.4 X 7.61 KN=16.75 KN 若基本荷載組合由永久荷載效應控制，則上弦節點荷載設計值為1.35 X 5.08+1.4 X7.61 = 17.512KN綜上可知，本工程屋面荷載組合效應由可變荷載效應控 風荷載標準值風荷載體型系數：背風面a s=-0.5

10、迎風面a s=-0.47-0.5風壓高度變化系數卩z（本設計地面粗糙度為B類）屋架下弦標高 12.0m H=12+5.08/2=14.54m 坡度 i=1/2.5 a=21.80 °風壓高度 變化系數卩z=1.021.0 ? z=1.0計算主要承重結構：3 k= ?z卩s卩z w 0W1W1w1W1/2 W1 W1150.-W1 W1-W117700W1W1-W1/2背風面:3 k=1.0 X( -0.5 ) X 1.0 X 0.4=0.2 KN/m 2 (垂直于屋面）迎風面：3 k=1.0 X( -0.5 ) X 1.0 X 0.4=0.2 KN/m 2 (垂 直于屋面）由檁條傳給

11、屋架上弦的集中風荷載標準值P3、= 3 1、=-0.2X 2.229 X 6=-2.652 KN上弦節點風荷載標準值R=® 1二P3=-2.625 KN內力計算 內力組合見表屋架桿件內力組合表桿 件 名 稱桿件 編 號全跨荷載半跨荷載風荷載內力組合最 不 利 內 力內力 系數恒載標 準 值1P1K= 5.08（計 支撐自重）恒載標 準值2P1K=3.17 （不計支撐自重）活載標準 值P2K=7.61內力 系數半跨 活（或 雪）荷載內 力標 準值Sk=7.61內力 系數風荷 載內 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

12、弦1-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186

13、.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1-816.5083.8252.31125.5712.0091.32-17.3046.28238.57190.62117.10238.578-913.5068.5842.80102.749.0568.87-14.3038.25195.20147.7

14、896.35195.209-109.0045.7228.5368.494.5534.63-9.4325.23130.1282.7263.85130.12腹桿2-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2.8

15、5-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.8614.2734.254.5034.25-4.4211.8265.0765.0730.8265.077-

16、117.5038.123.7857.087.5057.08-7.8521.00108.45108.4553.18108.457-10000000000000截面選擇上弦桿截面選擇上弦桿采用相同截面，以節間1-2的最大軸力Nl-2來選擇, 下弦以節間1-8的最大軸力N1-8來選擇，腹桿以節間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 件 名 稱桿 件 號內力 （KN）規 格面積 (cm2)長細比穩定 系數應力f=215Nmm2(T/|x/ix= 2x|y/iy= ?y251.43x上 弦-251.43nr-103/Nl-210023.86239.6/3.仁77479.2/

17、4.37=如0.5230.523x23.86xx 6110210=207.73238.57x下Nl-823.01387.2/2.28=774.4/3.42=103/弦238.5775x 8169.82226.4323.01x210=103.68387.2/2.13=774.4/3.22=108.45x腹N7-11181.78240.50103/108.457021.3321.33桿xx 810 =50.842桿件名 稱桿件 編號截面規格 (mm)桿件內 力(mm)肢背焊 腳尺寸 hf1 (m)肢背焊 縫長度 lw( mm)肢尖焊 腳尺寸hf2 (m)肢尖焊縫 長度lw'(m)下弦桿1-

18、875 8238.574160475斜 腹 桿2-8700 8-19.374454453-8700 8-19.374454454-8700 843.374454454-9700 8-41.204454454-11700 843.374454455-11700 8-19.374454456-11700 8-19.374454457-11700 8108.454804459-11700 865.07455445豎腹桿7-10700 80445445注：表中焊縫計算長度lw,lw=lw / +2hf上弦接點連接計算 支座節點“ 1”為了便于施焊下弦桿肢背與支座板頂面的距離取125mn，錨栓用2M20

19、栓孔位置見圖P=12.69KN1 .6.345KN J抵2'O-2X匚gP1 =R=76.14KNN=238.57KNJ"a a2-2在節點中心線上設置加勁肋，加勁肋高度和節點板高度相同 A、支座底板計算支座反力：R=76.14 kn1/2設 a=b=120mm a=2 x 120=169.7mmb1 x a/2=84.4mm 支座底板承壓面積為:22An=240X 200- n X 20-2 X 40X 50=52300mm由公式驗算柱頂混凝土的抗壓強度R/An=76.14 X 103/52300=1.46n/mm2v B cf c1/2 1/2 2=(Ab/ Ac)1/2

20、fc=(240 X 240/52300)1/2 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彎矩計算，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、加勁肋與節點板的連接焊縫

21、 假定一塊加勁肋承受的屋架支座反力的四分之一，即：1/4 X76.14=19.035 kn焊縫受剪力 V=19.035 kn 彎矩 M=19.035X(120-20)/2=952 kn mm 設焊縫 hf=6 mm l w =160-40-2 X 6=108mm 焊縫應力由公式得：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+6 x 952x 103/(2 x 0.7 x 1.22 x 6x 1082) 2 1/2=(13445.32+2283.51 )1/22=125<

22、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=76.14 kn 設焊縫的hf=8mm支座底板的連接焊縫長度為刀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滿足要求。D、上弦桿于節點板的焊縫計算 節點板和焊縫的連接計算，節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

23、=12.69kn。節點板于上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連 接 ， 承 受 上 弦 的 內 力 差 N 節 點 “ 1 ” 槽 焊 縫hf1=0.5t 1=4mm 其中 t 1 為節點板厚度。 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<f wf =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I w=520-2 X

24、5=510mm上弦內力差N二-251.43 kn偏心彎矩 M=N e ,e=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 可見肢尖焊縫安 全 上弦節點“

25、 2”(見圖)節點板與上弦的連接計算， 節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，承受上弦的內力差 N節點 “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 I w=130-2hf=130-2hf=130-2 x 5=120mm : 弦桿相鄰節間內力差 N=-251.43-(-233.21)=-18.22 kn 偏心 彎矩M=Ne e=55mn由公式得：23(T f=6M/ (2X 0.7 h f2| w) = (6x 18.22

26、 x 10 )x 55/22(2x0.7x5x120 2 1/2=(59.65/1.22 ) 2+21.6921/2) =59.65 n/mm2t、= N/ (2x 0.7 hf21 w) =18.22 x 10=53.79n/mm2<fwf=0.95x160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全 上弦節點“ 4”(見圖)/ (2x 0.7 x 52x 120) =21.69 n/mm22 2 1/2(X f/ B f)+ T f 因上弦桿間內力差小，節點板尺寸大，故不需要再驗算 屋脊節點“ 7”（見圖）44428一2 一N59上弦桿節點荷載P假定角鋼肢背的塞焊縫承受同上，按構造要求 考

27、慮，都可滿足。根據公式，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 O.7hffwf)+2hf =228.44 X 103/ (4X 0.7 X 4X 0.95x 160) +2X4=142.2m m 取 140mm采用拼接角鋼長1=2 X 140+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水平肢上需要設置安裝螺栓。上弦桿與節點板的連接焊縫按肢尖焊縫承受上弦桿內力的15%計算，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%X228.44=34.27kn 偏心彎矩M= N.e e=55mm 則由公式得(T f=6M/(2X 0.7 h f2l wX 235) =26.04 n/mm2(f/ B f ) 2+ T f2 1/2= ( 29.