钢结构屋盖课程设计计算钢结构屋盖课程设计计算书姓名：班级：土木工程学号：指导老师：2011年6月11日一、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/m²二、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（α=21.80°）檩条跨度为6m，于跨中设置一道拉条，水平檩距2396.4×cos21.80°=2396.4×0.93=2228．65mm，坡向斜距2396.4mm3、荷载标准值（对水平投影面）⑴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/m²⑵可变荷载：屋面雪荷载ω=0.6KN/m²,基本风压ωo=0.40 KN/m²4、内力计算⑴永久荷载于屋面活荷载组合檩条线荷载p K=（0.21+0.6）×2.229=1.805 KN/mp=（1.2×0.21+1.4×0.6）×2.229=2.434 KN/mp X=psin21.80=2.434×0.37=0.901 KN/mp Y=pcos21.80=2.434×0.93=2.264 KN/m弯矩设计值：M X= p Y l2/8=2.264×62/8=10.188KN·mM y= p X l2/32=0.901×62/32=1.014KN·m⑵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μz=1.0按《门式钢架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002附录A，风荷载体型系数为：1.5㏒A-2.9=-1.211A=2.22865m×6m=13.72m2垂直于屋面的风荷载标准值ωk=μSμzω0=-1.211×1.0×（1.05×0.4）=-0.509 KN/m²檩条线荷载p XY=（0.509-0.21×cos21.80）×2.22865=0.314×2.22865=0.070KN/mp X =0.21×2.229×sin21.8o=0.174 KN/mp Y=1.4×1.211×2.229-0.21×2.229×cos21.80=3.344 KN/m弯矩设计值M X= p Y l2/8=3.344×62/8=15.048KN/mM y= p X l2/8=0.174×62/8=0.783KN/m⑶截面选择选用选用轻型槽钢【20 W=152.2 cm3W ynmax=54.9 cm3 W ynmin=20.5cm3I 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：W NX=0.9×152.2=136.98cm3W ynmax=0.9×54.9=49.41 cm3W ynmin=0.9×20.5=18.45 cm3⑷屋面能阻止檩条失稳和扭转，截面的塑性发展系数γx=1.05 γy=1.20,按公式计算截面a、b点的强度为（见图）бx = Mx/(γx W NX)+My/(γy W ynmin)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0. 783×106/（1.2×18.45×103）=139.99<215N/mm2бy = Mx/(γx W NX)+My/(γy W ynmax)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0.783×106/（1.2×49.41×103）=117.83<215N/mm2⑸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)×（3.344×cos21.80×60004）/（206×103×1522×104）=16.7mm<L/200=30mm构造要求λx=600/8.07=74.35<200λy=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=2.229m⑵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。
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） 0.1 KN/m²檩条自重（不包括拉条支撑） 0.1 KN/m²屋架及支撑自重 0.15 KN/m²管道条 0.05 KN/m²合计 0.40 KN/m²②可变荷载（活荷载）（对水平投影面）㈠雪荷载基本雪压S O=0.6 KN/m²，按《建筑结构荷载规范》（GB50009--2001）表6.2.1考虑积雪全跨均匀分布情况，由于α=21.80°<25°所以μr=1.0 雪荷载标准值S K=μr S O=0.6 KN/m ²㈡风荷载基本风压ω0=0.4 KN/m²⑷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+0.3 KN/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、=0.40×6×2.229×3/101/2=5.08KN上弦节点恒荷载P1=P1、=5.08 KN②全跨雪荷载作用下P2、=0.60×6×2.229×3/101/2=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1.2×5.08 +1.4×7.61 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 1.35×5.08+1.4×7.61=17.512KN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12.0m H=12+5.08/2=14.54m坡度i=1/2.5 α=21.80°风压高度变化系数μz=1.02≈1.0 ßz=1.0计算主要承重结构：ωk= ßzμsμzω0背风面：ωk=1.0×（-0.5）×1.0×0.4=0.2 KN/m²（垂直于屋面）迎风面：ωk=1.0×（-0.5）×1.0×0.4=0.2 KN/m²（垂直于屋面）由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值P3、=ω1、=-0.2×2.229×6=-2.652 KN 上弦节点风荷载标准值P3=ω、=-2.625 KN1=P3⑹内力计算①内力组合见表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注：表中焊缝计算长度l w,l w=l wˊ+2h f⑻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=76.14 kn设a=b=120mm a1=21/2×120=169.7mmb1×a1/2=84.4mm 支座底板承压面积为：A n=240×200-π×202-2×40×50=52300mm2由公式验算柱顶混凝土的抗压强度R/A n=76.14×103/52300=1.46n/mm2<βc f c=(A b/ A c)1/2f c=(240×240/52300)1/2×9.6=10 n/mm2 （C20混凝土f c=9.6 n/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=βq a12式中q=R/ A n= R/ A0-A n=76140/52300=1.46 n/mm2b1/ a1=84.8/169.7=0.5查表得β=0.06 M=βq a12=0.06×1.46×169.72=2522.71 n/mm2支座底板厚度由公式得t=( 6M/f)1/2=( 6×2522.71/215)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，即：1/4×76.14=19.035 kn焊缝受剪力 V=19.035 kn 弯矩M=19.035×（120-20）/2=952 kn·mm 设焊缝h f=6㎜ l w=160-40-2×6=108mm焊缝应力由公式得：{[v/(2×0.7h f l w)]2+[6M /(2×0.7βf h f l w2)]2}1/2 ={[19.035×103/(2×0.76×108)]2+[6×952×103/(2×0.7×1.22×6×1082)]2}1/2=（13445.32+2283.51）1/2=125<160 n/mm2C、支座底板的连接焊缝假定焊缝传递全部支座反力 R=76.14 kn设焊缝的h f=8mm，支座底板的连接焊缝长度为∑l w=2（240-2h f）+4×（120-4-10-2h f）=2（240-2×8）+4×（120-4-10-2×8）=808mm由公式得：τf=R/0.7βf h f∑l w= 76.14×103/0.7×1.22×8×808=13.8< f w f =0.95×160=152 n/mm2 满足要求。