钢筋结构屋盖课程设计计算书

1、钢结构屋面课程设计计算书设计说明某维修厂屋面设计，跨度27m，长度80m，柱距6m，三角屋架，钢材为Q235-B，焊条为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部，无需吊车，外檐采用自由排水，采用槽钢檩条，檩条间距2827.25mm。基本风压0.4KN/m，屋顶离地高度12m，无屋顶。雪载 0.6KN/m檩条设计檩条采用轻型槽钢檩条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，跨度中间设置支撑。檩条水平距离为2396.4cos21.80=2396.40.93=2228.65mm。坡距 2396.4mm加载标准值（水平投影面）永久荷载

2、：压型钢板（不含保温）自重0.1KN/m，檩条（包括撑条和支架）自重0.11KN/m(2)变荷载：屋顶雪荷载=0.6KN/m，基本风压o=0.40 KN/m力计算永久荷载结合屋面活荷载檩条线负载p K = (0.21+0.6)2.229=1.805 KN/mp=(1.20.21+1.40.6)2.229=2.434 KN/mp X =psin21.8 0 =2.4340.37=0.901 KN/mp Y =pcos21.8 0 =2.4340.93=2.264 KN/m弯矩设计值：M X = p Y l 2 /8=2.2646 2 /8=10.188KNmM y = p X l 2 /32=0

3、.9016 2 /32=1.014KNm(2) 永久荷载和风荷载的吸力组合根据建筑结构荷载规定GB50009-2001，建筑高度为12m，z=1.0根据门式钢架轻型建筑钢结构技术规范CECS102:2002附录A，风荷载体型系数为：1.5A-2.9=-1.211 A=2.22865m6m=13.72m 2垂直屋面风荷载标准值 k = S z 0 =-1.2111.0(1.050.4)=-0.509 KN/m檩条线负载pXY =(0.509-0.21cos21.8 0 ) 2.22865= 0.3142.22865=0.070KN/mp X =0.212.229sin21.8 o =0.174

4、KN/mp Y =1.41.2112.229-0.212.229cos21.8 0 =3.344 KN/m弯矩设计值M X = p Y l 2 /8=3.3446 2 /8=15.048KN/mM y = p X l 2 /8=0.1746 2 /8=0.783KN/m(3) 截面选择和选择选择轻质槽钢 20 W= 152.2 cm3 W ynmax = 54.9 cm3 W ynmin = 20.5cm3I X = 152.20 cm4 i x = 8.07 cmi y =2.20 cm计算截面被孔弱化，考虑折减系数 0.9，净截面模量为：W NX =0.9152.2= 136.98cm3W

5、ynmax = 0.954.9= 49.41 cm3温敏= 0.920.5= 18.45 cm3屋面可以防止檩条的不稳和扭转。截面塑性发展系数为x=1.05 y=1.20。根据公式计算截面a、b点的强度为（见图）x = Mx/(x W NX )+My/(y W ynmin )=15.04810 6 /(1.05136.9810 3 )+0.78310 6 /(1.218.4510 3 )=139.99 215N/毫米2y = Mx/(x W NX )+My/(y W ynmax )=15.04810 6 /(1.05136.9810 3 )+0.78310 6 /(1.249.4110 3 )

6、=117.83215N/毫米2 挠度计算因为它支撑压型钢板金属板，并且有波纹铁和石棉等金属表面积聚灰尘，所以允许挠度为L/200设置支撑时，只需计算垂直于屋顶方向的最大挠度v y =(5/384)(3.344cos21.8 0 6000 4 )/(20610 3 152210 4 )= 16.7mmL/200=30mm施工要求 x =600/8.07=74.35200 y =300/2.20=136.36200因此，檩条满足平面外要求屋架设计(1)屋架结构几何尺寸如图所示檩条支撑在屋架的上弦节点上。屋架的坡角（上弦与下弦的夹角）=21.80檩距=2.229m 支撑布置建筑物抗震设计规范（GB5

7、0011-2001），支撑布置如图所示。上弦水平横支撑设在房屋两端及伸缩缝处的第一个洞口处，竖向支撑设在相应跨间屋架跨中，其余在海湾和屋顶桁架。下弦跨中部设置通长水平柔性拉杆，上弦水平支撑在交点处与檩条连接，因此计算屋架外上弦的长度平面等于其节间几何长度，屋架平面外下弦杆的计算长度为屋架跨度的一半。负荷标准值永久载荷（静载荷）（用于水平投影面）压型钢板（无绝缘）0.1 KN/m檩条重量（不包括支撑） 0.1 KN/m屋架和支架自重 0.15 KN/m管材 0.05 KN/m总计 0.40 KN/m可变载荷（活载荷）（用于水平投影表面）(i) 雪荷载基本雪压S O =0.6 KN/m，根据建筑结

8、构荷载规定（GB50009-2001）表6.2.1考虑雪在整个跨度上的均匀分布，因为=21.8025, r =1.0 雪载标准值 S K = r S O =0.6 KN/m(ii) 风荷载基本风压 0 =0.4 KN/m 负载组合静载 + 活（或雪）载恒载 + 半跨活（或雪）载恒载+风荷载屋架、檩条自重+半跨（屋面板+0.3KN/m安装荷载）上弦集中恒载和节点载荷由檩条传递到屋架上限的上弦节点的集中恒载和恒载如图所示由檩条传递到屋架上限的上弦节点的集中活荷载和活荷载如图所示具体计算过程如下；在全跨屋盖的恒定荷载下，上弦集中恒载标准值P 1 ， =0.4062.2293/10 1/2 =5.08

9、KN上弦节点恒载 P 1 =P 1 , =5.08 KN满跨雪荷载下，P 2 ， =0.6062.2293/10 1/2 =7.61 KN上弦节点雪荷载：P 2 = P 2 , =7.61 KN假设基本组合受变荷载效应控制，上弦节点荷载设计值为1.25.08 +1.47.61 KN=16.75 KN 如果基本荷载组合受永久荷载效应控制，则上弦节点荷载设计值为1.355.08+1.47.61=17.512KN综上所述，本工程屋面荷载的综合效应受变荷载效应控制。风荷载标准值风荷载形状系数：背风侧 s =-0.5迎风面s=-0.47-0.5风压高度变化系数 z（本设计中地面粗糙度为 B 级） 屋架下

10、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 =1.02 1.0 z =1.0计算主承重结构： k = z sz 0背风面： k =1.0(-0.5)1.00.4=0.2 KN/m（垂直于屋顶）迎风面： k =1.0(-0.5)1.00.4=0.2 KN/m（垂直于屋顶）3 , = 1 , =-0.22.2296=-2.652 KN 檩条到屋架上弦 上弦节点风荷载标准值 P 3 = 1 =P 3 , =-2.625 KN力计算 = 1 * GB3 力组合见表成员名字会员编号全跨度载荷半跨载荷风荷载合力最不强大力系数静载标准价

11、值1 P 1K =5.08 （总支撑重量）静载标准值2P 1K =3.17 （不含支撑重量）活载标准值P 2K =7.61力系数半跨活（或雪）荷载力标准值S K =7.61力系数风荷载标准值P 3K =- 2.6751.2常数2+1.4直播1.2恒2+1.4半跨直播1.0常数2+1.4风缠绕1-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-23

12、3.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11.65-88.6616.50-44.14-237.69-186.66-113.91-237.695-6-15.18-77.11-48.12-115.52-10.40-79.1415.55-41.60-219.47-168.54-106.36-219.476-7-15.8-80.26-50.09-120.24-11.05-84.0916.30-43.60-228.44-1

13、77.83-111.13-228.44第一个字符串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.

14、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

15、-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屋架杆件受力组合表 截面选择(1) 上和弦部分的选择上弦杆采用相同截面并由节间1-2的最大轴力N 1-2选取，下弦杆由节间1-8的最大轴力N1-8

16、选取，腹杆由节间 7-11 的最大轴向力选择。轴向力N7-11可供选择。每个构件的截面尺寸选择如下：组件名称零件号力（千牛）规格面积（ ）细长比稳定系数应力f=215N/l x / i x = xl y / i y = y缠绕N 1-2-251.43100 623.86239.6 / 3.1 = 77479.2 / 4.37 =110 110 = 0.523251.43 x 10 /0.523 x 23.86 x 10 = 207.73第一个字符串1-8 _238.5775823.01387.2 / 2.28 =169.82774.4 / 3.42 =226.43238.57 10 /23.0

17、1 10 = 103.68腹杆N 7-11108.4570821.33387.2 / 2.13=181.78774.4 / 3.22=240.50108.45 10 /21.33 10 =50.84成员名字会员编号截面尺寸（毫米）杆力 (mm)腿后脚尺寸h f1 ()背面焊缝长度lw( )腿尖尺寸h f2 ( )尖端焊缝长度lw ( )下弦1-8 758238.574160475斜杠2-8 708-19.374454453-8 708-19.374454454-8 70843.374454454-9 708-41.204454454-11 70843.374454455-11 708-19.3

18、74454456-11 708-19.374454457-11 708108.454804459-11 70865.07455445肚条7-10 7080445445注：表中焊缝计算长度为l w， l w = l w +2 h f 绕组接点连接计算支持节点“1”为便于焊接，下弦杆背面与支撑板顶面距离为125mm，地脚螺栓为2M20。螺栓孔的位置如图所示。在节点中心线上设置加劲肋，加劲肋高度与节点板高度相同。支持底板计算支撑反作用力：R=76.14 kn设 a=b= 120mma 1 =2 1/2 120=169.7mmb 1 a 1 /2=84.4mm支座底板的承载面积为：A n =24020

19、0-20 2 -24050= 52300mm2用公式计算柱顶混凝土的抗压强度R/A n =76.1410 3 /52300=1.46n/mm 2 c f c=(A b / A c ) 1/2 f c =(240240/52300) 1/2 9.6=10 n/mm 2 (C20混凝土 f c =9.6 n/mm 2 )根据屋架反作用力作用下的弯矩计算支撑底板的厚度，有公式：M=q a 1 2其中 q=R/ A n = R/ A 0 - A n =76140/52300=1.46 n/mm 2b 1 / a 1 =84.8/169.7=0.5得到= 0.06 M=q a 1 2 =0.061.46

20、169.7 2 =2522.71 n/mm 2的表格支架的底板厚度由下式求得t=( 6M/f) 1/2 =( 62522.71/215) 1/2 12mm= 8.39加强筋与节点板之间的焊接连接假设屋架支撑的四分之一反力由加劲肋承受，即：1/476.14=19.035 kn焊缝剪切力 V=19.035 kn 弯矩 M=19.035(120-20)/2=952 knmm 设定焊缝 h f =6mm l w =160-40-26=108mm焊接应力由下式获得：v/(20.7h f l w ) 2 + 6M/(20.7 f h f l w 2 ) 2 1/2=19.03510 3 /(20.7610

21、8) 2+695210 3 /(20.71.226108 2 ) 2 1/2= (13445.32+2283.51) 1/2=125160 牛/毫米2支撑底板焊缝假设焊缝传递全部支撑反作用力R=76.14 kn，焊缝h f = 8mm，支撑底板的连接焊缝长度为l w =2(240-2h f )+4 ( 120-4-10-2h f ) =2(240-28)+4(120-4-10-28)=808mm由公式得到： f =R/0.7 f h f l w = 76.1410 3 /0.71.228808=13.8 f w f =0.95160=152 n/mm 2满足要求。上弦杆与节点板之间焊缝的计算在

22、节点板与焊缝的连接计算中，节点板采用上弦角钢腿背面的槽焊缝连接。假设槽焊缝只承受顶板集中荷载P，P=12.69kn。节点板通过双面角焊缝与上弦角钢端部连接，承受上弦杆N接头“1”坡口焊缝h f1 =0.5t 1 =4mm t 1为节点板的厚度。 l w =500-2h f =520-24=512mm 根据公式： f =P/(20.7h f l w )=12.6910 3 /20.74512=4.43n/mm 2 f w f =0.95160=152 n/mm 2可见塞焊焊缝一般不控制，只需要检查尖端焊缝。上弦杆采用不等边角钢，短腿连在一起，腿尖角焊缝的焊腿尺寸为h f2 = 5mm。那么角钢肢

23、端焊缝的计算长度为l w =520-25=510mm绕线力差N= -251.43 kn 偏心弯矩M=Ne，e=55mm 由下式得出： f = 6M / （2 0.7 h f2 l w 2 ） = （6 251.43 10 3 ） 55 / （2 0.7 5 510 2 ） = 45.57 n / mm 2 f = N / （2 0.7 h f2 l w ） = 251.43 10 3 / （2 0.7 5 510） = 70.43 n / mm 2( f / f ) 2 + f 2 1/2 =(45.57/1.22) 2 +70.43 2 1/2=79.72n/mm 2 f w f =0.95

24、160=152 n/mm 2可见肢端焊接安全 = 2 * GB3 绕组节点” 2”（见图）在节点板与上弦杆的连接计算中，节点板与上弦杆角钢背面采用槽焊连接。假设槽焊缝只承受顶板集中荷载P，P=12.96kn。节点板与上弦角钢肢采用双面角角焊缝连接，承受上弦力差N。上弦采用等边角钢，角焊缝底脚h f2 = 0.5mm，则角钢腿尖角焊缝计算长度l w =130-2h f =130-2h f =130-2 5=120mm：弦的相邻节点之间的力差 N=-251.43-(-233.21)=-18.22 kn 偏心弯矩 M=Ne e=55mm 由公式得到： f = 6M / （2 0.7 h f2 l w

25、 2 ） = （6 18.22 10 3 ） 55 / （2 0.7 5 120 2 ）= 59.65 n / mm 2 f = N / （ 2 0.7 h f2 l w ） = 18.22 10 3 / （ f / f ） 2 + f 2 1/2=(59.65/1.22) 2 +21.69 2 1/2=53.79n/mm 2 f w f =0.95160=152 n/mm 2可见肢端焊接安全 = 3 * GB3 绕线节点” 4”（见图）由于上弦杆受力差小，扣板尺寸大，无需再次检查。 = 4 * GB3 山脊节点” 7”（见图）角钢腿背面塞焊假设上弦节点载荷P与上述相同，可根据结构要求满足。根据公式，上弦杆与接头一侧拼接角钢之间的焊缝长度为L W =N/(40.7h f f w f )+2h f =228.4410 3 /(40.740.95160)+24= 142.2mm，取140mm拼接角钢长度l=2140+10=290，实际拼接角钢总长度可取300mm。角钢的竖直肢需要截断，实际截肢=t+h f +5=12+8+5=25mm，截肢后剩余高度h-=110