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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 钢结构屋盖课程设计运算书姓名：班级：土木工程学号：指导老师：2022年 6 月 11 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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 Q235B,焊条采纳 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,外檐口采纳自由排水,采纳槽钢檩条,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
2、上人屋面；雪荷载 0.6KN/m2 二、 檩条设计1、檩条采纳轻型槽钢檩条1 ： 2.5 （ 屋 面 材 料 为 压 型 钢 板 , 屋 面 坡 度 为2、=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 2396.4mm 3、荷载标准值（对水平投影面）永久荷载：压型钢板（不保温）自重为 括拉条和支撑）自重设为 0.11 KN/m20.1 KN/m2,檩条（包可变荷载：屋面雪荷载 =0.6KN/m2, 基本风压 o=0.40 KN/m2 4、内力运算永久荷载于屋面活荷载组合名师归纳总结 - - -
3、 - - - -第 2 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 檩条线荷载pK=（0.21+0.6 ） 2.229=1.805 KN/m p=（1.2 0.21+1.4 0.6 ） 2.229=2.434 KN/m pX=psin21.8 0=2.434 0.37=0.901 KN/m pY=pcos21.8 0=2.434 0.93=2.264 KN/m 弯矩设计值： MX= p Y l2/8=2.264 6 2/8=10.188KNm My= p X l2/32=0.901 62/32=1.014KNm 永久荷载和风荷载的吸力组合按建筑结构荷载规范GB500092
4、001 房屋高度为12m 取 z=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 ： 1.5A-2.9=-1.211 2 A=2.22865m 6m=13.72m垂直于屋面的风荷载标准值k=S z0=-1.211 1.0 （1.05 0.4 ）=-0.509 KN/m 2檩条线荷载 p XY=（0.509-0.21 cos21.8 0） 2.22865 =0.314 2.22865=0.070KN/m p X =0.21 2.229 sin21.8o=0.174 KN/m cos21.80=3.344 p Y =1.4 1.211
5、2.229-0.21 2.229 KN/m 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 弯矩设计值 M X= p Yl 2/8=3.344 6 2/8=15.048KN/m M y= p Xl 2/8=0.174 6 2/8=0.783KN/m 截面挑选选用选 用 轻 型 槽 钢 【 20 3 W=152.2 cmWynmax=54.9 3 cm3 Wynmin=20.5cmI X=152.20 cm4 ix=8.07 cm iy=2.20 cm运算截面有孔洞削弱,考虑 0.9 的折减系数,就净截面模量为：WNX=0.9 1
6、52.2=136.98cm Wynmax=0.9 54.9=49.41 cm Wynmin=0.9 20.5=18.45 cm3 3 3 屋 面 能阻 止檩条 失 稳 和 扭转 ,截 面 的 塑 性发 展系 数 x=1.05 y=1.20, 按公式运算截面 a、b 点的强度为（见图）Py P a bxx x = Mx/22y x WNX+My/ y Wynmin=15.048 10 6/ （ 1.05 名师归纳总结 136.98 10 3 ） +0. 783 10 6/ （ 1.2 18.45 10 3 ）第 4 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - -
7、- - - =139.99215N/mm y = Mx/ x WNX+My/ y Wynmax=15.048 10 6/ （ 1.05 136.98 10 3 ） +0.783 10 6/（ 1.249.41 10 3 ）2=117.83215N/mm挠度运算由于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,只须运算垂直于屋面方向的最大挠度 vy=5/384 （ 3.344 cos21.80 6000 4）/ （ 206 1031522 10 4）=16.7mmL/200=30mm 构造要求 x=600/8.07=74.35200 y=300/2.2
8、0=136.36200 故此檩条在平面内外均满意要求三、 屋架设计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名师归纳总结 角）为 =21.80 檩距 =2.229m 第 5 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 6 2396 . 4150 15017700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
9、平面外的运算长度等于其节间几何长度,下弦杆在屋架平 面外的运算长度为屋架跨度的一半；竖系上竖竖系下竖7000 2弦弦向向向向杆杆支支支支撑撑撑撑600600060006000 n6000600060060060006000 n6000600060070荷载标准值 永久荷载（恒荷载）（对水平投影面）名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压型钢板（不保温） 0.1 KN/m 2檩条自重（不包括拉条支撑） 0.1 KN/m 2屋架及支撑自重 0.15 KN/m 2管道条 0.05 KN/m 2合计 0.40 KN/m 2 可
10、变荷载（活荷载）（对水平投影面）雪荷载基本雪压 SO=0.6 KN/m2,按建筑结构荷载规范（GB50009-2001）表 6.2.1 考虑积雪全跨匀称分布情形,由于 =21.8025 所以 r=1.0 雪荷载标准值 SK= rSO=0.6 KN/m2风荷载基本风压 0=0.4 KN/m2荷载组合 恒荷载 +活（或雪）荷载 恒荷载 +半跨活（或雪）荷载 恒荷载 +风荷载 屋架、檩条自重 +半跨（屋面板 +0.3 KN/m2安装荷载）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名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 21 页精选学习资料 - - -
11、 - - - - - - P1/2P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1/215017700150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P2/2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2/215017700150详细运算过程如下； 全跨屋面恒荷载作用下,名师归纳总结 上 弦 集 中 恒 荷 载 标 准 值P1、 =0.40 6 2.229 第 8 页,共 21 页3/101/2=5.08KN - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 上弦节点恒荷载P1=P1、=5.08 KN 全跨雪荷载作用下 P2、=0.60 6 2.229 3/
12、10 1/2=7.61 KN 上弦节点雪荷载： P2= P 2、=7.61 KN 假定基本组合由可变荷载效应掌握,就上弦节点荷载设计值为 1.2 5.08 +1.4 7.61 KN=16.75 KN 如基本荷载组合由永 久 荷 载 效 应 控 制 , 就 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掌握； 风荷载标准值风荷载体型系数：背风面s=-0.5 迎风面 s=-0.47 -0.5 风压高度变化系数 z 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
13、 坡度 i=1/2.5 =21.80 风压高度 变化系数 z=1.02 1.0 . z=1.0 运算主要承重结构： k= . z s z 0W1/2 150W1W1W1W1W1W1 W1W1W1W1W1W1W1/2 15017700背风面： k=1.0 （ -0.5 ） 1.0 0.4=0.2 KN/m 2（垂名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 直于屋面）迎风面： k=1.0 （ -0.5 ） 1.0 0.4=0.2 KN/m 2（垂直于屋面）由檩条传给屋架上弦的集中风荷载标准值 P3、= 1、=-0.2 2.229
14、 6=-2.652 KN 上弦节点风荷载标准值 P3=1=P3、=-2.625 KN 内力运算内力组合见表全跨荷载半跨荷载风荷载内力组合名师归纳总结 杆杆内力恒载标恒载标活载内力半跨活内力风荷1.2 恒 2+ 1.2恒最准准（或不件件值 1 值 2 载内标准雪）荷1.0 恒 2+ 利 内名编P1K= P1K= 力标2+1.4 半跨值载内力称号系数系数系数准值5.08（计支3.17（ 不 计P2K =7.61 标准值1.4 活1.4 风力P3K = 活SK = 撑自支 撑 自-2.675 7.61 重）重）上1-2 -17.39 -88.34 -55.13 -132.34 -12.55 -95.
15、51 16.50 -44.14 -251.43 -199.87 -116.93 -251.43 2-3 -109.37 -233.21 -16.13 -81.94 -51.13 -122.75 -11.35 -86.37 15.55 -41.60 -233.21 -182.27 3-4 -16.76 -85.14 -53.13 -127.54 -12.10 -92.08 16.50 -44.14 -242.31 -192.67 -114.93 -242.31 弦4-5 -16.44 -83.52 -52.11 -125.11 -11.65 -88.66 16.50 -44.14 -237.69
16、 -186.66 -113.91 -237.69 5-6 -15.18 -77.11 -48.12 -115.52 -10.40 -79.14 15.55 -41.60 -219.47 -168.54 -106.36 -219.47 下6-7 -15.8 -80.26 -50.09 -120.24 -11.05 -84.09 16.30 -43.60 -228.44 -177.83 -111.13 -228.44 1-8 16.50 83.82 52.31 125.57 12.00 91.32 -17.30 46.28 238.57 190.62 117.10 238.57 8-9 13.50
17、 68.58 42.80 102.74 9.05 68.87 -14.30 38.25 195.20 147.78 96.35 195.20 弦9-10 9.00 45.72 28.53 68.49 4.55 34.63 -9.43 25.23 130.12 82.72 63.85 130.12 腹2-8 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 3-8 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.
18、29 -19.37 4-8 3.00 15.24 9.51 22.83 3.00 22.83 -3.11 8.32 43.37 43.37 21.16 43.37 4-9 -2.85 -14.48 -9.03 -21.69 -2.85 -21.69 3.05 -8.16 -41.20 -41.20 -20.45 -41.20 杆4-11 3.00 15.24 9.51 22.83 3.00 22.83 -3.11 8.32 43.37 43.37 21.16 43.37 5-11 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -
19、19.37 -9.29 -19.37 6-11 -1.34 -6.81 -4.24 -10.20 -1.34 -10.20 1.35 -3.61 -19.37 -19.37 -9.29 -19.37 第 10 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 9-11 4.50 22.86 14.27 34.25 4.50 34.25 -4.42 11.82 65.07 65.07 30.82 65.07 7-11 7.50 38.1 23.78 57.08 7.50 57.08 -7.85 21.00 108.45 108.45 53.18 108.
20、45 7-10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 屋架杆件内力组合表 截面挑选 上弦杆截面挑选上弦杆采纳相同截面,以节间1-2 的最大轴力 N1-2 来挑选 ,下弦以节间 1-8 的最大轴力N1-8 来挑选,腹杆以节间7-11 的最大轴力 N7-11 来挑选；各杆件的截面尺寸挑选如下表构杆内力规面积长细比稳固应力 件件（f=215N/名（KN ）格lx/ix=xly/iy=y系数2）号2称251.43 名师归纳总结 上N1-2-251.43 23.86 239.6/3.1=77 479.2/4.37= 110 =0.523103/ 0.523第 11 页,共 21 页100弦23
21、.86 6102=207.73- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 238.57 下N1-8 23.01 387.2/2.28= 169.82 774.4/3.42= 226.43 103/ 23.01238.57 75 8弦102腹N7-11 21.33 387.2/2.13= 181.78774.4/3.22= 240.50=103.68108.45 103/ 21.33108.45 70杆 8102杆件名杆件截面规格杆件内肢背焊肢背焊肢尖焊=50.84肢尖焊缝脚尺寸力缝长度脚尺寸长度 lw称编号（）hf1（）lw hf2 （）下弦杆1-8 75 82
22、38.57 4 160 4 75 2-8 70 8-19.37 4 45 4 45 3-8 70 8-19.37 4 45 4 45 4-8 70 843.37 4 45 4 45 斜腹4-9 70 8-41.20 4 45 4 45 4-11 70 843.37 4 45 4 45 杆5-11 70 8-19.37 4 45 4 45 6-11 70 8-19.37 4 45 4 45 7-11 70 8108.45 4 80 4 45 9-11 70 865.07 4 55 4 45 竖腹杆7-10 70 80 4 45 4 45 注：表中焊缝运算长度lw,lw=lw +2hf 上弦接点连
23、接运算名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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N=251.43KNP=12.69KNN=238.57KNP1=6.345KN2 2R=76.14KNa205040a1abbb12-2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；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - A、支座底板运算支座反力： R=76.14 kn 设 a=b=120mm
24、 a1=2 1/2 120=169.7mm b1 a1/2=84.4mm 支座底板承压面积为： A n=240 200- 202-2 40 50=52300mm由公式验算柱顶混凝土的抗压强度 R/An=76.14 10 3/52300=1.46n/mm2cf c 2 =A b/ Ac1/2f c=240 240/523001/2 9.6=10 n/mm（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弯矩运算,有公式得：M= q a 12 q=R/ An= R/ A0- An=76140/52300=1.46 式 中2 n/mmb1/ a 1=84.8/169.7=0.
25、5 查表得 =0.06 M= q a 1 2=0.06 1.46 169.7 2=2522.71 n/mm 2 支座底板厚度由公式得B、t= 6M/f1/2= 6 2522.71/2151/2=8.39 取 12mm 加劲肋与节点板的连接焊缝假定一块加劲肋承担的屋架支座反力的四分之一,即：名师归纳总结 1/4 76.14=19.035 kn 第 14 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 焊缝受剪力 V=19.035 kn 弯矩M=19.035 （ 120-20）/2=952 kn mm 设焊缝hf=6 lw =160-40-2 6=108
26、mm 焊缝应力由公式得：v/2 0.7h fl w2+6M /2 0.7 fhfl w 221/2 =19.035 10 3/2 0.76 1082 +6 952 10 3/2 0.7 1.22 6 108 221/2 =（13445.32+2283.51 ）1/2 2 =125160 n/mmC、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hf=8mm,支座底板的连接焊缝长度为l w=2（240-2h f）+4 （ 120-4-10-2hf ）=2（ 240-2 8） +4 （ 120-4-10-2 8）=808mm 由公式得：D、f =R/0.7 fhfl w
27、= 76.14 10 3/0.7 1.22 8 808 =13.8 fw 2 f =0.95 160=152 n/mm满意要求；上弦杆于节点板的焊缝运算节点板和焊缝的连接运算,节点板于上弦角钢肢背采纳 槽焊缝连接,假定槽焊缝只承重屋面集中荷载 P,P=12.69kn；节点板于上弦角钢肢尖采纳双面角焊缝连名师归纳总结 接 , 承 受 上 弦 的 内 力 差 N 节 点 “1 ”槽 焊 缝第 15 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - hf1=0.5t 1=4mm 其中 t 1 为节点板厚度； l w=500-2hf =520-2 4=512m
28、m 由公式得：f=P/ （ 2 0.7h fl w ） =12.69 10 3/2 0.7 4 512=4.43n/mm 2fw f =0.95 160=152 n/mm 2 可见塞焊缝一般不掌握,仅需验算肢尖焊缝；上弦采纳不等边角钢,短肢相拼,肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=5mm；就角钢肢尖焊缝的运算长度l w=520-2 5=510mm 上弦内力差 N= -251.43 kn 偏心弯矩 M=Ne ,e=55mm由公式得： f=6M/（ 2 0.7 hf2l w 2）=（6 251.43 10 3）55/ （2 0.7 5 510 2）=45.57 n/mm2 f=N/（2 0.7 hf2 l
29、 w）=251.43 10 3/ （2 0.7 5 510）=70.43 n/mm2 （f/ f ）2+f21/2= （45.57/1.22 ）2+70.4321/2 =79.72n/mm 2fw 2f=0.95 160=152 n/mm可见肢尖焊缝安全名师归纳总结 上弦节点“2” （见图）第 16 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 10050P=233. 21KNP=251. 43KN3070P=19. 37KN节点板与上弦的连接运算,节点板于上弦角钢肢背采纳槽焊缝连接,假定槽焊缝只承重屋面集中荷载P,P=12.96kn；节点板于上弦
30、角钢肢尖采纳双面角贴角焊缝连接,承担上弦的内力差N 节点“ 2” 塞不掌握只需验算肢尖焊缝；上弦采纳等边角钢,肢角焊缝的焊脚对hf2 =0.5mm 就角钢肢尖角焊缝的运算长度 l w=130-2hf=130-2h f=130-2 5=120mm ：弦杆相邻节间内力差 N=-251.43-233.21=-18.22 kn 偏心弯矩 M=Ne e=55mm由公式得：f =6M/（2 0.7 hf2l w 2）=（6 18.22 10 3） 55/（2 0.7 5 120 2）=59.65 n/mm 2 f= N/（2 0.7 hf2l w）=18.22 103/ （2 0.7 25 120）=21
31、.69 n/mm名师归纳总结 （f/ f）2+f21/2 21/2 第 17 页,共 21 页= （59.65/1.22 ）2+21.69- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - =53.79n/mm 2fw 2f =0.95 160=152 n/mm可见肢尖焊缝安全上弦节点“4” （见图）270240P=237. 69KN270240P=242. 31KN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）195N 228. 44KN名师归纳总结 240240第 18 页,共 21 页- - - - - - -精选学习资料 - - -
32、- - - - - - 上弦杆节点荷载P 假定角钢肢背的塞焊缝承担同上,按构造要求考虑,都可满意；依据公式,上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝 长度为LW=N/4 0.7h ffw f+2h f=228.44 10 3/ （4 0.7 40.95 160）+2 4=142.2mm,取 140mm 采纳拼接角钢长 取为 300mm；l=2 140+10=290,实际拼接角钢总长可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 栓；h- =110-25=85mm,水平肢上需要设置安装螺上弦杆与节点板的连接焊缝按肢尖焊缝承担上弦杆内力的 15%运算,角钢肢尖角
33、焊缝的焊脚尺寸hf2 =4mm,就角钢肢尖角焊缝的运算长度 lw=240 3.16/3-2 4-10=235mm, N=15%228.44=34.27kn 偏心弯矩 M= N.e e=55mm 就由公式得 f =6M/（2 0.7 h f2l w 2）=（6 34.27 10 3） 55/（2 0.7 5 235 2）=29.25n/mm 2 f= N/（2 0.7 h f2l w）=34.27 10 3/ （2 0.7 24 235）=26.04 n/mm名师归纳总结 （ f / f ）2+f21/2 = （ 29.25/1.22）2+12.9621/2=27.25 第 19 页,共 21
34、页n/mm 2fw 2f=0.95 160=152 n/mm可见肢尖焊缝安全下弦拼接节点“10”- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - lw+5120拼接角钢与下弦杆用相同规格,选用 75 8,下弦杆与拼接角钢之间角焊缝的焊脚尺寸采纳 hf =4mm；依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 0.7h ff wf +2h f =Af/4 0.7h ff wf +2hf =10.83 10 2 0.95 215/ （4 0.7 4 0.95 160）+2 4=137.9mm,取 140mm 拼接角钢得长度取2Lw+10=290m
35、m,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：Lw1=0.7 0.15 130.12 10 3/ /2 0.7 4 0.95 160+2 4=24.05 取 100 mm.设肢尖焊缝得焊脚尺寸 hf =4mm.由公式得焊缝长度为Lw1=0.3 0.15 130.12 10 3/2 0.7 4 0.95 160+2 4=14.8mm 由以上运算可知,下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 21 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按构造要求确定的,取 100mm；本设计檩条为【 20, 拉条为 12,撑杆为 D32 2 圆钢管,上弦为 100 6,下弦为 75 8,腹杆为 70 8；名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 21 页