钢结构屋盖课程设计计算书
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
授课：XXX
希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！
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）
PyPyabxx22°y 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 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 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 6.49326×15017700150 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。 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 上弦下弦竖系向杆支撑600竖向支撑6000×n6000600060060070竖向支撑系杆竖向支撑6000×n6000600060006000600060027000 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 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 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 P1P1P1P1P1/215017700P1P1P1P1P1P1P1P1/2150 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 P2P2P2P2P2P2P2/215017700P2P2P2P2P2P2/2150 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 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 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。 ① 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 W1W1W1W1W1W1/2150W1W1W1W1W1W1W1W1/215017700 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 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 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, 全跨荷载 半跨荷载 风荷载 内力组合 恒载标 准 杆件名称 杆件编号 风荷载内力标恒载标准 内力系数 值1 P1K= 5.08（计支撑自重） P1K= 3.17（不计支撑自重） 1-2 2-3 3-4 上 弦 4-5 5-6 6-7 1-8 下 8-9 弦 9-10 2-8 3-8 4-8 4-9 4-11 腹 杆 5-11 6-11 9-11 7-11 7-10 9.00 -1.34 -1.34 3.00 -2.85 3.00 -1.34 -1.34 4.50 7.50 0 45.72 -6.81 -6.81 15.24 -14.48 15.24 -6.81 -6.81 22.86 38.1 0 28.53 -4.24 -4.24 9.51 -9.03 9.51 -4.24 -4.24 14.27 23.78 0 68.49 -10.20 -10.20 22.83 -21.69 22.83 -10.20 -10.20 34.25 57.08 0 4.55 -1.34 -1.34 3.00 -2.85 3.00 -1.34 -1.34 4.50 7.50 0 34.63 -10.20 -10.20 22.83 -21.69 22.83 -10.20 -10.20 34.25 57.08 0 -9.43 1.35 1.35 -3.11 3.05 -3.11 1.35 1.35 -4.42 -7.85 0 25.23 -3.61 -3.61 8.32 -8.16 8.32 -3.61 -3.61 11.82 21.00 0 130.12 -19.37 -19.37 43.37 -41.20 43.37 -19.37 -19.37 65.07 108.45 0 13.50 68.58 42.80 102.74 9.05 68.87 -14.30 38.25 195.20 -17.39 -16.13 -16.76 -16.44 -15.18 -15.8 16.50 -88.34 -81.94 -85.14 -83.52 -77.11 -80.26 83.82 -55.13 -51.13 -53.13 -52.11 -48.12 -50.09 52.31 -132.34 -122.75 -127.54 -125.11 -115.52 -120.24 125.57 -12.55 -11.35 -12.10 -11.65 -10.40 -11.05 12.00 -95.51 -86.37 -92.08 -88.66 -79.14 -84.09 91.32 16.50 15.55 16.50 16.50 15.55 16.30 -17.30 -44.14 -41.60 -44.14 -44.14 -41.60 -43.60 46.28 -251.43 -233.21 -242.31 -237.69 -219.47 -228.44 238.57 值2 活载标准值 P2K =7.61 内力系数 半跨活（或雪）荷准值 载内力标准值SK= 7.61 -2.675 内力系数 P3K= 1.4活 恒2+ 1.2恒2+1.41.2 -199.87-182.27-192.67-186.66-168.54-177.83190.62147.7882.72 -19.37-19.3743.37 -41.2043.37 -19.37-19.3765.07 108.450 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。 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 构杆件件名号 称 ┓ 上 N1-2 -251.43 弦 100×6 ┏ （KN） 格 ²） 内力规 （㎝面 积长细比 应力σ 稳定系数 [f]=215N/lx/ix=λx ly/iy=λy ㎜² 251.43× 10³/ ×23.86 239.6/3.1=77 479.2/4.37= φ=0.523 0.523110 23.86×10²=207.73 ┛下 N1-8 弦 238.57 75×8 ┛腹 N7-11 108.45 杆 70×8 各杆件的截面尺寸选择如下表 杆杆件件名称 编格（㎜） 力（㎜） 尺寸lw(㎜) 尺寸 lw′ 截面规杆件内焊脚缝长度焊脚缝长度肢背肢背焊肢尖肢尖焊┗ 21.33 387.2/2.13= 774.4/3.22= 181.78 240.50 ┗ 23.01 169.82 226.43 387.2/2.28= 774.4/3.42= 238.57×10³/ 23.01×10²=103.68 108.45×10³/ 21.33×10²=50.84 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 号 hf1 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ hf2 （㎜） (㎜) (㎜) 下弦1-8 杆 2-8 ┛┗238.57 4 75×8 ┛┗-19.37 70×8 4 45 4 45 160 4 75 3-8 ┛┗-19.37 70×8 4 45 4 45 4-8 ┛┗43.37 70×8 4 45 4 45 4-9 斜 4-11 腹 杆 5-11 ┛┗-41.20 70×8 ┛┗43.37 70×8 ┛┗-19.37 70×8 4 45 4 45 4 45 4 45 4 45 4 45 6-11 ┛┗-19.37 70×8 4 45 4 45 7-11 ┛┗108.45 70×8 4 80 4 45 9-11 ┛┗65.07 70×8 授课：XXX 4 55 4 45 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 竖腹7-10 杆 ┛┗0 70×8 4 45 4 45 注：表中焊缝计算长度lw,lw=lwˊ+2hf ⑻ 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 N=251.43KNP=12.69KNN=238.57KNP1=6.345KN22R=76.14KN40a1a2050abb2-2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。 授课：XXX b1希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ A、 支座底板计算 支座反力：R=76.14 kn 设a=b=120mm a1=21/2×120=169.7mm b1×a1/2=84.4mm 支座底板承压面积为： An=240×200-π×202-2×40×50=52300mm2 由公式验算柱顶混凝土的抗压强度 R/An=76.14×103/52300=1.46n/mm2<βcfc =(Ab/ Ac)1/2fc=(240×240/52300)1/2×9.6=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弯矩计算，有公式得： M=βq a12 式中 q=R/ An= R/ A0- An=76140/52300=1.46 n/mm2 b1/ 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12mm B、 加劲肋与节点板的连接焊缝 C、 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hf=6㎜ lw =160-40-2×6=108mm 焊缝应力由公式得： 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ {[v/(2×0.7hflw)]2+[6M /(2×0.7βfhflw2)]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/mm2 D、 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∑lw=2（240-2hf）+4×（120-4-10-2hf）=2（240-2×8）+4×（120-4-10-2×8）=808mm 由公式得： τf=R/0.7βfhf∑lw= 76.14×103/0.7×1.22×8×808 =13.8< fwf =0.95×160=152 n/mm2 满足要求。 E、 上弦杆于节点板的焊缝计算 节点板和焊缝的连接计算，节点板于上弦角钢肢背采用槽焊缝连接，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用双面角焊缝连接，承受上弦的内力差△N 节点“1”槽焊缝hf1=0.5t1=4mm 其中t1为节点板厚度。lw=500-2hf=520-2×4=512mm 由公式得： σf=P/（2×0.7hflw）=12.69×103/2×0.7×4×512=4.43n/mm2 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 上弦内力差N= -251.43 kn 偏心弯矩M=N·e ，e=55mm由公式得： σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×251.43×103）×55/（2×0.7×5×5102）=45.57 n/mm2 τf=N/（2×0.7 hf2lw）=251.43×103/（2×0.7×5×510）=70.43 n/mm2 [（σf/βf）2+τf2]1/2=[（45.57/1.22）2+70.432]1/2 =79.72n/mm2 10050P=.21233KN70305P=21.N43KP=19.37KN节点板与上弦的连接计算，节点板于上弦角钢肢背采用槽焊缝连接，假定槽焊缝只承重屋面集中荷载P，P=12.96kn。节点板于上弦角钢肢尖采用双面角贴角焊缝连接，承受上弦的内力差△N 节点“2”塞不控制只需验算肢尖焊缝。 上弦采用等边角钢，肢角焊缝的焊脚对hf2=0.5mm 则角钢肢尖角焊缝的计算长度l 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ w=130-2hf=130-2hf=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： σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×18.22×103）×55/（2×0.7×5×1202）=59.65 n/mm2 τf=△N/（2×0.7 hf2lw）=18.22×103/（2×0.7×5×120）=21.69 n/mm2 [（σf/βf）2+τf2]1/2=[（59.65/1.22）2+21.692]1/2 =53.79n/mm2 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 240240上弦杆节点荷载P假定角钢肢背的塞焊缝承受同上，按构造要求考虑，都可满足。 根据公式，上弦杆件与拼接角钢之间在接头一侧的焊缝长度为 L‘W=N/(4×0.7hffwf)+2hf=228.44×103/（4×0.7×4×0.95×160）+2×4=142.2mm,取140mm 采用拼接角钢长l=2×140+10=290,实际拼接角钢总长可取为300mm。 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h-△=110-25=85mm，水平肢上需要设置安装螺栓。 上弦杆与节点板的连接焊缝按肢尖焊缝承受上弦杆内力的15%计算，角钢肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=4mm,则角钢肢尖角焊缝的计算长度lw=240×3.16/3-2×4-10=235mm, △N=15%×228.44=34.27kn 偏心弯矩M=△N.e e=55mm 则由公式得 σf=6M/（2×0.7 hf2lw2）=（6×34.27×103）×55/（2×0.7×5×2352）=29.25n/mm2 授课：XXX 19544KNN228.希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ τf=△N/（2×0.7 hf2lw）=34.27×103/（2×0.7×4×235）=26.04 n/mm2 （σf/βf）2+τf2]1/2=[（29.25/1.22）2+12.962]1/2=27.25 n/mm2 120l'w+5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用hf=4mm。根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/(4×0.7hffwf)+2hf=Af/(4×0.7hffwf) +2hf =10.83×102×0.95×215/（4×0.7×4×0.95×160）+2×4=137.9mm,取140mm 拼接角钢得长度取2L‘w+10=290mm，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： L’w1=0.7×0.15×130.12×103//(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 L’w1=0.3×0.15×130.12×103/(2×0.7×4×0.95×160)+2×4=14.8mm 由以上计算可知，下弦角钢与节点板的连接焊缝长度是按构造要求确定的，取100mm。 授课：XXX 希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！ 本设计檩条为【20, 拉条为Ф12，撑杆为D32×2圆钢管，上弦为┓┏100×6，下弦为┛┗75×8，腹杆为┛┗70×8。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 授课：XXX 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容