钢结构屋盖课程设计计算书

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2396.4mm

3、 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/m²

⑵可变荷载：屋面雪荷载ω=0.6KN/m²,基本风压ωo=0.40 KN/m²

4、 内力计算

⑴永久荷载于屋面活荷载组合

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=psin21.80=2.434×0.37=0.901 KN/m

pY=pcos21.80=2.434×0.93=2.264 KN/m

弯矩设计值：

MX= pY l2/8=2.264×62/8=10.188KN·m

My= pX l2/32=0.901×62/32=1.014KN·m

⑵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=-1.211 A=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

pXY=（0.509-0.21×cos21.80）×2.22865

=0.314×2.22865=0.070KN/m

pX =0.21×2.229×sin21.8o=0.174 KN/m

pY =1.4×1.211×2.229-0.21×2.229×cos21.80=3.344 KN/m

弯矩设计值

MX= pYl2/8=3.344×62/8=15.048KN/m My= pXl2/8=0.174×62/8=0.783KN/m

⑶截面选择选用

选用轻型槽钢【20 W=152.2 cm3 Wynmax=54.9 cm3 Wynmin=20.5

cm3

IX=152.20 cm4 ix=8.07 cm iy=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：

WNX=0.9×152.2=136.98cm3

Wynmax=0.9×54.9=49.41 cm3

Wynmin=0.9×20.5=18.45 cm3

⑷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）

x22°xyPyPaby

бx = Mx/(γx WNX)+My/(γy Wynmin)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0. 783×106/（1.2×18.45×103）=139.99<215N/mm2

бy = Mx/(γx WNX)+My/(γy Wynmax)=15.048×106/（1.05×136.98×103）+0.783×106/（1.2×49.41×103）=117.83<215N/mm2

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)×（3.344×cos21.80×60004）/（206×103×1522×104）=16.7mm

构造要求

λx=600/8.07=74.35<200

λy=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=2.229m

1506×2396.417700150 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。

竖向支撑系杆上弦竖向支撑竖向支撑系杆下弦竖向支撑6007060006000×n6000600060006006006000×n60006000600600027000

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/m²

② 可变荷载（活荷载）（对水平投影面） ㈠雪荷载

基本雪压SO=0.6 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SK=μrSO=0.6 KN/m²

㈡风荷载

基本风压ω0=0.4 KN/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+0.3 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

15017700150P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1/2P1/2

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

15017700150P2/2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2/2

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 KN

② 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

15017700150W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1W1/2W1/2

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=ω1=P3、=-2.625 KN

⑹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 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1

P1K=

5.08（计支撑自重） 恒载标

准

值2

P1K=

3.17（不计支撑自重） 活载标准值

P2K

=7.61 内力系数 半跨活（或雪）荷载内力标准值SK=

7.61 内力系数 风荷载内力标准值

P3K=

-2.675 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 -17.39 -88.34 -55.13 -132.34 -12.55 -95.51 16.50 -44.14 -251.43 -199.87 -116.93 -251.43

2-3 -16.13 -81.94 -51.13 -122.75 -11.35 -86.37 15.55 -41.60 -233.21 -182.27 -109.37 -233.21

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

4-5 -16.44 -83.52 -52.11 -125.11 -11.65 -88.66 16.50 -44.14 -237.69 -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

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

下

弦 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 68.58 42.80 102.74 9.05 68.87 -14.30 38.25 195.20 147.78 96.35 195.20

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

杆 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