钢结构屋盖课程设计计算书Word文件下载.docx

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檩条线荷载

pXY=（0.589-0.23×

cos21.80）×

2.475

=0.375×

2.475=0.929KN/m

pX=0.23×

2.475×

sin21.8o=0.211KN/m

pY=1.4×

0.997×

2.475-0.23×

cos21.80=2.926KN/m

弯矩设计值

MX=pYl2/8=2.926×

7.52/8=20.573KN/m

My=pXl2/8=0.211×

7.52/8=1.484KN/m

⑶截面选择选用

选用轻型槽钢[20W=152.2cm3Wynmax=54.9cm3Wynmin=20.5cm3

IX=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=136.98cm3

Wynmax=0.9×

54.9=49.41cm3

Wynmin=0.9×

20.5=18.45cm3

⑷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/（γyWynmin）=20.573×

106/（1.05×

136.98×

103）+1.484×

106/（1.2×

18.45×

103）=210.06<

215N/mm2

бy=Mx/（γxWNX）+My/（γyWynmax）=20.573×

49.41×

103）=168.07<

⑸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）×

（1.484×

cos21.80×

75004）/（206×

103×

1522×

104）=18.11mm<

L/200=37.5mm

构造要求

λx=750/8.07=92.94<

200

λy=375/2.20=170.45<

故此檩条在平面内外均满足要求

三、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=2.229m

改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改图要改

⑵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。

改改改改改改改改改改改改改改改改改改改改图要改

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）0.12KN/m²

檩条自重（不包括拉条支撑）0.11KN/m²

屋架及支撑自重0.15KN/m²

管道条0.05KN/m²

合计0.43KN/m²

2可变荷载（活荷载）（对水平投影面）

㈠雪荷载

基本雪压SO=0.4KN/m²

，按《建筑结构荷载规范》（GB50009--2001）表，由于α=21.80°

<

25°

所以μr=1.0雪荷载标准值SK=μrSO=0.4KN/m²

㈡风荷载

基本风压ω0=0.45KN/m²

⑷荷载组合

1恒荷载+活（或雪）荷载

2恒荷载+半跨活（或雪）荷载

3恒荷载+风荷载

4屋架、檩条自重+半跨（屋面板+0.3KN/m²

安装荷载）

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P1、=0.43×

7.5×

3/101/2=7.57KN

上弦节点恒荷载P1=P1、=7.57KN

2全跨雪荷载作用下P2、=0.40×

3/101/2=7.044KN

上弦节点雪荷载：

P2=P2、=7.044KN

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×

7.57+1.4×

7.044KN=18.95KN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×

7.57+1.4×

7.044=20.08KN

综上可知，本工程屋面荷载组合效应由可变荷载效应控制。

3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20.0mH=20+7.57/2=23.785m坡度i=1/2.5α=21.80°

风压高度变化系数μz=1.02≈1.0ß

z=1.0

计算主要承重结构：

ωk=ß

zμsμzω0

背风面：

ωk=1.0×

（-0.5）×

1.0×

0.45=0.225KN/m²

（垂直于屋面）

迎风面：

由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值P3、=ω1、=-0.225×

7.5=-4.177KN上弦节点风荷载标准值P3=ω1=P3、=-4.177KN

⑹内力计算

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=

7.57（计支撑自重）

恒载标准

值2

P1K=

4.93（不计支撑自重）

活载标准值P2K=7.044

半跨活（或雪）荷载内力标准值SK=

7.044

风荷载内力标准值

P3K=

4.177

1.2

恒2+

1.4活

1.2恒2+1.4半跨活

1.0恒2+

1.4风

上弦

1-2

-14.81

-121.1

-73.01

-104.32

-10.8

-76.08

-9.4

-39.26

-233.66

-194.12

-142.58

2-3

-13.66

-103.4

-67.34

-96.22

-9.6

-67.62

-8.57

-35.80

-215.52

-175.48

-130.93

3-4

-14.07

-106.5

-69.37

-99.11

-10.0

-70.44

-222.0

-181.86

-138.2

4-5

-13.70

-98.94

-64.44

-96.50

-9.63

-67.83

-212.43

-172.29

-132.29

5-6

-12.55

-95.0

-61.87

-88.4

-8.49

-59.8

-198.0

-157.96

-124.36

6-7

-12.95

-98.03

-63.84

-91.22

-8.89

-62.62

-204.32

-164.28

-131.57

下弦

1-8

13.75

104.1

67.79

96.86

10.00

70.44

10.8

45.11

216.95

179.96

144.5

8-9

11.25

85.16

55.46

79.25

7.5

52.83

8.1

33.83

177.5

140.51

113.91

9-10

7.50

56.78

36.98

3.75

26.42

4.05

16.92

118.34

81.36

68.06

腹杆

2-8

-1.21

-9.16

-5.97

-8.52

-1.2

-8.45

-1.3

-5.43

-19.09

-18.99

-14.77

3-8

4-8

2.50

18.93

12.33

17.61

2.5

2.7

11.28

39.45

30.59

4-9

-2.79

-21.12

-13.75

-19.65

-2.78

-19.58

-3

-12.53

-44.01

-43.91

-32.64

4-11

5-11

6-11

9-11

28.4

18.49

26.415

59.17

59.18

45.88

7-11

6.25

47.3

30.8

44.03

44.025

6.75

28.19

98.6

98.60

76.43

98.60

7-10

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/㎜²

lx/ix=λx

ly/iy=λy

N1-2

┛┗90×

6

21.27

266.6/2.79=95.6

533.2/3.91=136.37

φ=0.523

233.66×

10³

/

0.523×

21.27×

10²

=210.05

下弦

N1-8

┛┗70×

7

18.85

430.6/2.14=

201.22

861.2/3.17=

271.67

216.95×

18.85×

=115.09

N7-11

4

11.14

430.6/2.18=

197.52

861.2/3.07=

280.52

98.60×

11.14×

=88.51

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

160

75

斜腹杆

45

80

55

竖腹杆

注：

表中焊缝计算长度lw,lw=lwˊ+2hf

⑻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=76.8KN

设a=b=120mma1=21/2×

120=169.7mm

b1×

a1/2=84.4mm支座底板承压面积为：

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=76.8×

103/52300=1.47n/mm2<

βcfc

=（Ab/Ac）1/2fc=（240×

240/52300）1/2×

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=76800/52300=1.47N/mm2

b1/a1=84.8/169.7=0.5

查表得β=0.06M=βqa12=0.06×

1.47×

169.72=2539.99N/mm2

支座底板厚度由公式得

t=（6M/f）1/2=（6×

2539.99/215）1/2=8.42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：

1/4×

76.8=19.2KN

焊缝受剪力V=19.2KN弯矩M=19.2×

（120-20）/2=960KN·

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

={[19.2×

103/（2×

0.7×

6×

108）]2

+[6×

960×

1.22×

1082）]2}1/2

=（447.9+2322.05）1/2

=52.63<

160n/mm2

C、支座底板的连接焊缝

假定焊缝传递全部支座反力R=76.8kn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=76.8×

103/（0.7×

8×

808）

=13.91<

fwf=0.95×

160=152n/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=14.614kn。

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）=14.614×

4×

512）=5.097n/mm2<

fwf=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=-233.66kn偏心弯矩M=N·

e，e=55mm由公式得：

σf=6M/（2×

0.7hf2lw2）=（6×

103）×

55/（2×

5×

5102）=42.35n/mm2

τf=N/（2×

0.7hf2lw）=233.66×

510）=65.45n/mm2

[（σf/βf）2+τf2]1/2=[（42.35/1.22）2+65.452]1/2

=74.09n/mm2<

160=152n/mm2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，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载P，P=P1+P2=14.614kn。

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=-233.66-（-215.52）=-18.14kn偏心弯矩M=Nee=55mm由公式得：

18.14×

1202）=59.39n/mm2

τf=△N/（2×

0.7hf2lw）=18.14×

120）=21.59n/mm2

[（σf/βf）2+τf2]1/2

=[（59.39/1.22）2+21.592]1/2

=53.25n/mm2<

160=152n/mm2可见肢尖焊缝安全

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。

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=204.32×

103/（4×

0.95×

160）+2×

4=128.02mm,取128mm

采用拼接角钢长l=2×

128+10=266,实际拼接角钢总长可取为280mm。

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=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

34.27×

2352）=29.25n/mm2

0.7hf2lw）=34.27×

235）=26.04n/mm2

（σf/βf）2+τf2]1/2=[（29.25/1.22）2+12.962]1/2=27.25n/mm2<

下弦拼接节点“10”

拼接角钢与下弦杆用相同规格，选用┚┖70×

7，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×

215/（4×

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×

118.34×

4=22.6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×

4=14.26mm

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┓┏90×

6，下弦为┛┗70×

7，腹杆为┛┗70×

4。