塔架计算书
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塔架计算书
1 塔架计算书
一、主要要求：
1、 型钢格构式塔架，自立式铁塔。
2、 上层标高16.0m，自重120Kg，水平后座力4.12kN。
下层标高13.5m，自重120Kg，水平后座力2.2kN。
3、 南京大厂镇江边。
二、设计概况：
1、 抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.1g，设计地震分组为第一组.
2、 基本风压0.4kN/㎡，地面粗糙度为A类(空旷地带)，工程的安全等级为一级(参照《高耸结构设计规范》设计)。
3、 按照《高耸规范》第3.4.2条，本塔架结构不必进行构件截面的抗震验算，仅需满足抗震构造要求。
4、 荷载的组合，按《高耸规范》第2.0.5条，取用下式：
1.2G+1.4W+1.4×0.7L
式中，G为自重等永久荷载
W为风荷载
L为活荷载
5、 考虑到平时检修使用时人员的上下，采用大型角钢格构式塔架，尺寸如下：
三、塔架构件选择说明：
1、 满足大型格构式柱的构造要求：斜缀条与水平缀条的夹角宜在40°~70°内，水平缀条塔架计算书
2 不小于L63×5，斜缀条不小于L75×6。
2、 节点板的厚度由构造决定，选用10mm厚钢板，焊脚尺寸取8mm。
3、 除塔架柱脚处的水平缀条连在柱分肢的外侧，其他所有缀条。包括斜缀条和水平缀条均连在柱分肢的内侧，塔身外表平整，便于运输；根据业主要求，塔架用螺栓连接。
4、 塔架可以在工厂分段制作，现场进行拼接。
5、 格构式柱（塔架）采用分离式柱脚，柱脚底板由计算确定，且应不小于20mm厚；锚栓直径亦由计算确定，且应不小于20mm，孔径为螺栓直径的1.5倍，垫板孔径比螺栓大2mm。
四、风荷载的计算：按《高耸规范》执行。
W=βZμSμZμrω0
式中： ω0=1.1× 0.4=0.44kN/㎡(1.1为工程重要性一级要求，0.4为南京的基本风压)
βZ为风振系数：根据荷载规范GB50009-2001附录E，高耸结构的基本自振周 期T1=(0.007~0.013)H，本工程为钢结构，取T1=0.013× 16.0=0.208sec;另根据《高耸规范》第3.2.7条，T1<0.25sec时不考虑风振影响，即βZ=1.0
μS为风荷载体型系数，取2.6(偏于安全取规范的高值)
μZ为风压高度变化系数，按高度16m的取值为1.52
μr为风荷载重现期调整系数，为1.2
W =1.0×2.6×1.52×1.2×0.44=2.09kN/㎡
五、柱分肢角钢L140×14和缀条角钢L100×10的截面特性：
角钢L140×14：
肢宽L=140mm，肢厚tf=14mm，
A=3757平方毫米
Wxmin=68744(mm)3
Ix=6888100(mm)4
Ix0=10935600(mm)4
Iy0=2840600(mm)3
Wx0=110466(mm)3
Wy0=50467(mm)3
Ix=42.8mm
Ix0=54mm 角钢截面示意 塔架计算书
3 Iy0=27.5mm
Z0=39.8mm
G=29.492Kg/m
角钢L100×10：
肢宽L=100mm，肢厚tf=14mm
A=1926.1(mm)2
Wxmin=25060(mm)3
Ix=1795100(mm)4
Ix0=2846800(mm)4
Iy0=743500(mm)3
Wx0=4260(mm)3
Wy0=18540(mm)3
Ix=305mm
Ix0=384mm
Iy0=196mm
Z0=28.4mm
G=15.12Kg/m
六、计算格构式柱的柱身1500mm高的材料重量及总重：
分肢角钢：L140×14， 29.492×1.6×4=188.8 Kg
L100×10水平角钢：15.12×1.6×4=96.8 Kg
L100×10斜向角钢：15.12×1.8×4=108.9 Kg
节点板：0.3×0.6×0.01×7800×4=56.2 Kg
合计：188.8+96.8+108.9+56.2=450.7 Kg
考虑计入爬梯及附属设备等，1600mm高柱重取1.1×450.7=495.77 Kg
柱全高重：495.77×10(节)=4957.7Kg=49.58 kN
七、求塔架内力：控制截面在塔底
风荷载沿高度的线载=1.60×2.09=3.344 kN/m
塔底轴力设计值：
N=49.58×1.2=59.50kN
弯矩设计值：
M=1/2×3.344(风)×16.02×1.4+(4.12×16.0+2.2×13.5)(后座力)×1.4×0.7=599.2+93.7=692.9 kN·m
剪力设计值：
V=3.344×16.0×1.4+(4.12+2.2)×1.4×0.7
=74.91+6.2=81.1 kN
3.344
kN/m
12.0m 塔架计算书
4 查规范〈〈钢结构设计规范〉〉知，格构式柱的轴心受压构件的截面分类为b类。
八、验算塔架柱的整体稳定性、整体强度、柱分肢的稳定性、柱分肢的强度以及缀条的有关计算：
1. 塔架为格构式柱（大型），属压弯构件，整体稳定性的计算公式为：
N/φXA+βmxMx/W1x(1-φXN/NEX) ≤f (a)
式中：βmx取1.0（悬壁构件类）
格构式柱IX=[6888100×2+3757×2×（800-39.8）2] ×2
=8712×106㎜4
ix=squr(IX/A)=squr(8712×106/15028)=761.4㎜
λX=2H/ix=2×16000/761.4=42.0<150 （可以）
查表φX=0.891
NEX=π2EA/λ2XO
式中：λXO=sqr(λ2X+40×A/AX)= sqr(422+40×15028/3852)=43.8
则NEX=3.142×206×103×15028/43.82=15.91×106N
W1X=8712×106/800=10.89×106㎜3
(a)公式左边=59.5×103/(0.891×15028) +
(1.0×692.9×106)/[1.0×10.89×106（1-0.891×59.5×103/15.91×106）]
= 4.44+63.84=68.28 N/mm2＜f=215 N/mm2（可以）
2．格构式柱的整体强度计算：
公式：N/An+Mx/γxWnx≤f (b)
式中：N=59.5×103 N
An=0.9×15028=13525mm2
Mx=692.9 kN·m=692.9×106N·mm
γx=1.0
Wnx=0.9×10.89×106=9.8×106 mm3
(b)公式左边=59.5×103/13525+692.9×106/1.0×9.8×106=4.40+70.70=75.1 N/mm2
2、 柱身分肢（单肢）的稳定性验算：按实腹式轴心受压构件计算 塔架计算书
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轴力公式：N1=NY1/2a+Mx/2a
式中：N=59.5×103 N
Y1=800-39.8=760.2 mm
a=2Y1=2×760.2=1520.4 mm
Mx=692.9 kNm
N1=59.5×103×760.2/（2×1520.4）+692.9×106/2×1520.4
=14875+227868=242743 N=242.7 kN
分肢计算长度：l0=μ0l=0.5×1600=800 mm
λy0= l0/iy0=800/27.5=29.1，小于格构式柱转换长细比的0.7倍，即0.7x42=29.4（可以）
查表：φ=0.938
分肢稳定性计算公式：N1/ΦA≤f
左式＝242.7×103/（0.938×3757）=68.9 N/mm2
4、柱分肢强度验算公式：
σ=N1/An
N1/An=242.7×103/0.9×3757=71.8 N/mm2
5、缀条的计算：
长细比：λ0x=sqr(λx2+40A/A1x)
式中：由第前面计算知λx=42
A1x=2×1926.1=3852 mm2
A=3757 mm2
λ0x=sqr(422+40×3757/3852)=42.5
查表， Φ=0.889
剪力V=(Af/85)×sqr(fy/235)
式中 A=3757 mm2，f=215 N/mm2，fy=345 N/mm2
则 V=(3757×215/85)×sqr(345/235)=11514N=11.51kN
选用Q235钢C级普通螺栓d=16mm连接缀条和柱分肢，查《钢结构设计手册》684页：螺栓塔架计算书
6 受拉的承载力设计值为26.6kN，受剪的承载力设计值为26.1kN。
剪力由缀条平面承担时，缀条内力按桁架腹杆来分析
斜缀条的轴力：
N1=V1/ncosα
式中：V1=V/2=11.51/2=5.76 kN
故 N1=5.76×103/2×cos50°=4073 N=4.073kN<26.6 kN （可以）
(a) 缀条的稳定验算：强度设计值折减系数ψ=0.6+0.0015λ
公式：σ=N1/（φA）≤f’
式中：A=1926.1 mm2
计算长度：l0=1.0×1800=1800 mm
λx0=l0/ix0=1800/19.6=91.8
故φ=0.608， ψ=0.6+0.0015×91.8=0.738
σ=4.073×103/0.608×1926.1=3.48 N/mm2
=158.7 N/mm2 (可以)
(b)缀条的强度验算： σ=N1/An=4.073×103/0.9×1926.1=2.35 N/mm2
九、格构式柱脚设计：
1． 由于塔架的柱分肢的距离较大，采用分离式柱脚。柱脚由底板、锚栓组成。
每个分肢角钢的压力: N1=692.9/(1.52×2)+59.5/4=227.9+14.88=242.8 kN
每个分肢角钢的拉力: N1’=692.9/(1.52×2)-59.5/4=227.9-14.88=213.0 kN
