鋼筋結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計知識

1、 . . 22/22鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計知識 日期：鋼結(jié)構(gòu)屋蓋課程設(shè)計計算書姓 名：* 班 級： 02土木工程（4）班學 號： BTMGC02053指導老師： *2005年6月11日設(shè)計說明設(shè)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Q235B，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。基本風壓為0.4KN/m,屋面離地面高度為12 m，不上人屋面。雪荷載0.6KN/m檁條設(shè)計檁條采用輕型槽鋼檁條屋面材料為壓型鋼板，屋面坡度為1：2.5（=21.80）

2、檁條跨度為6m，于跨中設(shè)置一道拉條，水平檁距2396.4cos21.80=2396.40.93=222865mm，坡向斜距2396.4mm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/m，檁條（包括拉條和支撐）自重設(shè)為0.11 KN/m可變荷載：屋面雪荷載=0.6KN/m,基本風壓o=0.40 KN/m力計算永久荷載于屋面活荷載組合 檁條線荷載pK=（0.21+0.6）2.229=1.805 KN/m p=（1.20.21+1.40.6）2.229=2.434 KN/mpX=psin21.80=2.4340.37=0.901 KN/mpY=pcos21.80=2.4

3、340.93=2.264 KN/m彎矩設(shè)計值： MX=pY l2/8=2.26462/8=10.188KNmMy= pX l2/32=0.90162/32=1.014KNm永久荷載和風荷載的吸力組合按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)GB500092001房屋高度為12m 取z=1.0按門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：2002附錄A，風荷載體型系數(shù)為：1.5A-2.9=-1.211 A=2.22865m6m=13.72m2垂直于屋面的風荷載標準值k=Sz0=-1.2111.0（1.050.4）=-0.509 KN/m檁條線荷載 pXY=（0.509-0.21cos21.80）2.22865=0.31

4、42.22865=0.070KN/m pX =0.212.229sin21.8o=0.174 KN/m pY =1.41.2112.229-0.212.229cos21.80=3.344 KN/m彎矩設(shè)計值 MX= pYl2/8=3.34462/8=15.048KN/m My= pXl2/8=0.17462/8=0.783KN/m截面選擇選用 選用輕型槽鋼20 W=152.2 cm3Wynmax=54.9 cm3Wynmin=20.5cm3IX=152.20 cm4 ix=8.07 cm iy=2.20 cm計算截面有孔洞削弱，考慮0.9的折減系數(shù)，則凈截面模量為：WNX=0.9152.2=1

5、36.98cm3Wynmax=0.954.9=49.41 cm3Wynmin=0.920.5=18.45 cm3屋面能阻止檁條失穩(wěn)和扭轉(zhuǎn)，截面的塑性發(fā)展系數(shù)x=1.05y=1.20,按公式計算截面a、b點的強度為（見圖）x = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmin)=15.048106/（1.05136.98103）+0. 783106/（1.218.45103）=139.99215N/mm2y = Mx/(x WNX)+My/(y Wynmax)=15.048106/（1.05136.98103）+0.783106/（1.249.41103）=117.83215N/mm2撓度計算

6、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(shè)置拉條時，只須計算垂直于屋面方向的最大撓度vy=(5/384)（3.344cos21.8060004）/（2061031522104）=16.7mmL/200=30mm構(gòu)造要求x=600/8.07=74.35200y=300/2.20=136.36200故此檁條在平面外均滿足要求屋架設(shè)計屋架結(jié)構(gòu)的幾何尺寸如圖檁條支撐于屋架上弦節(jié)點。屋架坡角（上弦與下弦之間的夾角）為 =21.80檁距=2.229m支撐布置 建筑抗震設(shè)計規(guī)（GB50011-2001）支撐布置見圖，上弦橫向水平支撐設(shè)置在房屋兩端和伸縮縫處第一開，并在

7、相應(yīng)開間屋架跨中設(shè)置垂直支撐，其余在開間，屋架下弦跨中設(shè)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(jié)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檁條自重（不包括拉條支撐） 0.1 KN/m屋架與支撐自重 0.15 KN/m管道條 0.05 KN/m 合計 0.40 KN/m可變荷載（活荷載）（對水平投影面）雪荷載基本雪壓SO=0.6 KN/m，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)（GB50009-2001）表6.2.1考慮積雪全跨均勻分布情況，由于=21.8025所

8、以r=1.0 雪荷載標準值SK=rSO=0.6 KN/m風荷載基本風壓0=0.4 KN/m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/m安裝荷載）上弦的集中恒荷載與節(jié)點荷載 由檁條傳給屋架上限的集中恒荷載和上弦節(jié)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(jié)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P1、=0.4062.2293/101/2=5.08KN上弦節(jié)點恒荷載P1=P1、=5.08 KN全跨雪荷載作用下P2、=0.6062.2293/101/2=7.61 KN上弦節(jié)點雪荷載：P2

9、= P2、=7.61 KN假定基本組合由可變荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為1.25.08+1.47.61 KN=16.75 KN 若基本荷載組合由永久荷載效應(yīng)控制，則上弦節(jié)點荷載設(shè)計值為1.355.08+1.47.61=17.512KN 綜上可知，本工程屋面荷載組合效應(yīng)由可變荷載效應(yīng)控制。風荷載標準值風荷載體型系數(shù)：背風面s=-0.5迎風面s=-0.47-0.5風壓高度變化系數(shù)z(本設(shè)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 =21.80風壓高度 變化系數(shù)z=1.021.0 z=1.0計算主要承重結(jié)構(gòu)：k=zsz0背風面： k=1

10、.0（-0.5）1.00.4=0.2 KN/m（垂直于屋面）迎風面： k=1.0（-0.5）1.00.4=0.2 KN/m（垂直于屋面）由檁條傳給屋架上弦的集中風荷載標準值P3、=1、=-0.22.2296=-2.652 KN 上弦節(jié)點風荷載標準值P3=1=P3、=-2.625 KN力計算 = 1 * GB3 力組合見表桿件名稱桿件編號全跨荷載半跨荷載風荷載力組合最 不 利 力力系數(shù)恒載標準值1 P1K=5.08（計支撐自重）恒載標 準值2 P1K=3.17（不計支撐自重）活載標準值 P2K =7.61力系數(shù)半跨活（或雪）荷載力標準值SK=7.61力系數(shù)風荷載力標準值P3K=-2.6751.2

11、恒2+1.4活1.2恒2+1.4半跨活1.0恒2+1.4風上 弦1-2-17.39-88.34-55.13-132.34-12.55-95.5116.50-44.14-251.43-199.87-116.93-251.432-3-16.13-81.94-51.13-122.75-11.35-86.3715.55-41.60-233.21-182.27-109.37-233.213-4-16.76-85.14-53.13-127.54-12.10-92.0816.50-44.14-242.31-192.67-114.93-242.314-5-16.44-83.52-52.11-125.11-11

12、.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

13、.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 桿2-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.373-8-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.374-83.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1

14、643.374-9-2.85-14.48-9.03-21.69-2.85-21.693.05-8.16-41.20-41.20-20.45-41.204-113.0015.249.5122.833.0022.83-3.118.3243.3743.3721.1643.375-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.376-11-1.34-6.81-4.24-10.20-1.34-10.201.35-3.61-19.37-19.37-9.29-19.379-114.5022.8614.2734.254.5034

15、.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 桿 件 力 組 合 表 截面選擇 上弦桿截面選擇 上弦桿采用一樣截面，以節(jié)間1-2的最大軸力N1-2來選擇,下弦以節(jié)間1-8的最大軸力N1-8來選擇，腹桿以節(jié)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(gòu)件名稱桿件號力（KN）規(guī) 格面 積（）長細比穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)力f=215N/lx/ix=xly/iy=y上 弦N1-2-251.43100623.8

16、6239.6/3.1=77479.2/4.37=110=0.523251.4310/0.52323.8610=207.73下 弦N1-8238.5775823.01387.2/2.28=169.82774.4/3.42=226.43=0.163238.5710/23.0110=103.68腹 桿N7-11108.4570821.33387.2/2.13=181.78774.4/3.22=240.50=0.146108.4510/21.3310=50.84桿件名稱桿件編號截面規(guī)格（）桿件力（）肢背焊腳尺寸hf1（）肢背焊縫長度lw()肢尖焊腳尺寸hf2 ()肢尖焊縫長度lw()下弦桿1-8758

17、238.574160475斜 腹 桿2-8708-19.374454453-8708-19.374454454-870843.374454454-9708-41.204454454-1170843.374454455-11708-19.374454456-11708-19.374454457-11708108.454804459-1170865.07455445豎腹桿7-107080445445注：表中焊縫計算長度lw,lw=lw+2hf上弦接點連接計算支座節(jié)點“1”為了便于施焊下弦桿肢背與支座板頂面的距離取125mm，錨栓用2M20，栓孔位置見圖在節(jié)點中心線上設(shè)置加勁肋，加勁肋高度和節(jié)點板高

18、度一樣。支座底板計算 支座反力：R=76.14 kn 設(shè)a=b=120mma1=21/2120=169.7mm b1a1/2=84.4mm 支座底板承壓面積為： An=240200-202-24050=52300mm2 由公式驗算柱頂混凝土的抗壓強度 R/An=76.14103/52300=1.46n/mm2cfc=(Ab/ Ac)1/2fc=(240240/52300)1/29.6=10 n/mm2 （C20混凝土fc=9.6 n/mm2）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=q a12式中 q=R/ An= R/ A0- An=76140/52300=1.46 n/mm2

19、b1/ a1=84.8/169.7=0.5 查表得 =0.06 M=q a12=0.061.46169.72=2522.71 n/mm2支座底板厚度由公式得t=(6M/f)1/2=(62522.71/215)1/2=8.39取12mm加勁肋與節(jié)點板的連接焊縫假定一塊加勁肋承受的屋架支座反力的四分之一，即： 1/476.14=19.035 kn焊縫受剪力 V=19.035 kn 彎矩M=19.035（120-20）/2=952 knmm 設(shè)焊縫hf=6 lw =160-40-26=108mm焊縫應(yīng)力由公式得：v/(20.7hflw)2+6M /(20.7fhflw2)21/2 =19.03510

20、3/(20.76108)2+6952103/(20.71.2261082)21/2=（13445.32+2283.51）1/2=125160 n/mm2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(shè)焊縫的hf=8mm，支座底板的連接焊縫長度為lw=2（240-2hf）+4（120-4-10-2hf）=2（240-28）+4（120-4-10-28）=808mm由公式得：f=R/0.7fhflw= 76.14103/0.71.228808=13.8 fwf=0.95160=152 n/mm2 滿足要求。上弦桿于節(jié)點板的焊縫計算節(jié)點板和焊縫的連接計算，節(jié)點板于上弦角鋼肢背采用槽

21、焊縫連接，假定槽焊縫只承重屋面集中荷載P，P=12.69kn。節(jié)點板于上弦角鋼肢尖采用雙面角焊縫連接，承受上弦的力差N 節(jié)點“1”槽焊縫hf1=0.5t1=4mm 其中t1為節(jié)點板厚度。lw=500-2hf=520-24=512mm 由公式得：f=P/（20.7hflw）=12.69103/20.74512=4.43n/mm2fwf=0.95160=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lw=520-25=510mm上弦力差N= -251.43 kn 偏心彎矩M=Ne ，e=55mm

22、由公式得：f=6M/（20.7 hf2lw2）=（6251.43103）55/（20.755102）=45.57 n/mm2f=N/（20.7 hf2lw）=251.43103/（20.75510）=70.43 n/mm2 （f/f）2+f21/2=（45.57/1.22）2+70.4321/2=79.72n/mm2fwf=0.95160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全 = 2 * GB3 上弦節(jié)點“2”（見圖）節(jié)點板與上弦的連接計算，節(jié)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(jié)點板于上弦角鋼肢尖采用雙面角貼角焊縫連接，承受上弦的力差N 節(jié)點

23、“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lw=130-2hf=130-2hf=130-25=120mm ：弦桿相鄰節(jié)間力差N=-251.43-(-233.21)=-18.22 kn 偏心彎矩M=Nee=55mm由公式得：f=6M/（20.7 hf2lw2）=（618.22103）55/（20.751202）=59.65 n/mm2f=N/（20.7 hf2lw）=18.22103/（20.75120）=21.69 n/mm2（f/f）2+f21/2=（59.65/1.22）2+21.6921/2=53.79n/mm2fwf

24、=0.95160=152 n/mm2 可見肢尖焊縫安全 = 3 * GB3 上弦節(jié)點“4”（見圖）因上弦桿間力差小，節(jié)點板尺寸大，故不需要再驗算。 = 4 * GB3 屋脊節(jié)點“7”（見圖）上弦桿節(jié)點荷載P假定角鋼肢背的塞焊縫承受同上，按構(gòu)造要求考慮，都可滿足。 根據(jù)公式，上弦桿件與拼接角鋼之間在接頭一側(cè)的焊縫長度為LW=N/(40.7hffwf)+2hf=228.44103/（40.740.95160）+24=142.2mm,取140mm采用拼接角鋼長l=2140+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=t+hf+5=12+8+5=25mm,切肢后剩余高度