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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）

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<L/200=30mm
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

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。

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

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 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

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

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
3-8
-1.34
-6.81
-4.24
-10.20
-1.34
-10.20
1.35
-3.61
-19.37
-19.37
-9.29
-19.37
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
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
-19.37
-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
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
108.45
7-10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

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

构件名称
杆件号
内力（KN）
规 格
面 积（㎝²）
长细比
稳定系数
应力σ
[f]=215N/㎜²
lx/ix=λx
ly/iy=λy
上 弦
N1-2

-251.43
┓┏
100×6
23.86
239.6/3.1=77

479.2/4.37=
110
φ=0.523
251.43×10³/
0.523×23.86×10²=207.73
下 弦
N1-8

238.57
┛┗
75×8
23.01
387.2/2.28=
169.82
774.4/3.42=
226.43

238.57×10³/
23.01×10²=103.68
腹 杆
N7-11
108.45
┛┗
70×8
21.33
387.2/2.13=
181.78
774.4/3.22=
240.50

108.45×10³/
21.33×10²=50.84

杆件名称
杆件编号
截面规格（㎜）
杆件内力（㎜）
肢背焊脚尺寸hf1（㎜）
肢背焊缝长度lw(㎜)
肢尖焊脚尺寸hf2 (㎜)
肢尖焊缝长度lw′(㎜)
下弦杆
1-8
┛┗75×8
238.57
4
160
4
75
斜 腹 杆
2-8
┛┗70×8
-19.37
4
45
4
45
3-8
┛┗70×8
-19.37
4
45
4
45
4-8
┛┗70×8
43.37
4
45
4
45
4-9
┛┗70×8
-41.20
4
45
4
45
4-11
┛┗70×8
43.37
4
45
4
45
5-11
┛┗70×8
-19.37
4
45
4
45
6-11
┛┗70×8
-19.37
4
45
4
45
7-11
┛┗70×8
108.45
4
80
4
45
9-11
┛┗70×8
65.07
4
55
4
45
竖腹杆
7-10
┛┗70×8
0
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

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=169.7mm
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
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：
{[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
C、 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。
D、 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<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可见塞焊缝一般不控制，仅需验算肢尖焊缝。
上弦采用不等边角钢，短肢相拼，肢尖角焊缝的焊脚尺寸hf2=5mm。则角钢肢尖焊缝的计算长度lw=520-2×5=510mm
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<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可见肢尖焊缝安全
② 上弦节点“2”（见图）

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lw=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<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可见肢尖焊缝安全
③上弦节点“4”（见图）

因上弦杆间内力差小，节点板尺寸大，故不需要再验算。
④屋脊节点“7”（见图）

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
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<fwf=0.95×160=152 n/mm2 可见肢尖焊缝安全
⑤下弦拼接节点“10”

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。
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。

目 录
第一章 总 论 4
1.1 项目概况 4
1.2 编制依据 5
1.3 项目建设内容及规模 5
1.4 项目投资概算及资金筹措 14
1.5 产品方案 15
1.6 原材料及动力 16
1.7 主要技术经济指标 17
1.8 项目实施进度 18
1.9 研究结论 18
第二章 项目建设背景和必要性 19
2.1 项目建设背景 19
2.2 项目建设必要性 20
第三章 市场分析和预测 22
3.1 市场现状 22
3.2 **县市场 23
3.3 全国市场 23
3.4 鸡肉市场分析 24
3.5 鸡蛋市场分析 24
3.6 有机肥市场分析 24
3.7 销售预测 25
第四章 项目区概况 26
4.1 项目区基本情况 26
4.2 项目区畜牧业生产现状 27
4.3 水、电、路、通讯、技术等条件 27
第五章 项目建设方案 29
5.1 项目建设原则 29
5.2 项目设计依据的规范与规程 29
5.3 项目设计方案 30
5.4 工程设计标准 33
5.5 技术标准 36
5.6 设备选型 53
第六章 消防安全 57
6.1 消防依据 57
6.2 消防工作程序 57
6.3 消防安全流程 59
第七章 节水与节能 60
7.1 节水工程与科技措施 60
7.2 养殖节能措施 61
7.3 饲料加工节能措施 61
7.4 电气节能措施 62
7.5 减排 62
第八章 环境影响和保护措施 63
8.1 环境保护依据 63
8.2 项目区环境现状 63
8.3 环境影响评价 64
8.4 工程环境保护措施 64
8.5 “三废”处理措施 65
8.6 环境影响综合评价 65
第九章 项目组织管理 67
9.1 基本思路 67
9.2 组织管理 67
9.3 施工组织及质量管理 68
9.4 建设及运作方式 69
第十章 招投标方案 70
10.1 项目招标执行文件及标准 70
10.2 项目招标范围、组织形式及方式 70
10.3 招投标组织 71
第十一章 建设实施进度安排 73
11.1 项目建设期 73
11.2 项目建设进度安排 73
第十二章 投资估算和资金筹措 74
12.1投资概算 74
12.2 资金筹措方案 86
第十三章 财务分析评价 87
13.1 财务评价依据 87
13.2 经营收入、税金及附加估算 87
13.3 利润估算 90
13.4 财务现金流量分析 90
13.5 盈亏平衡分析 90
13.6 敏感性分析 91
13.7 评价小结 91
第十四章 效益分析 93
14.1 经济效益 93
14.2 社会效益 94
14.3 生态效益 95
第十五章 风险分析及保障措施 96
15.1 项目主要风险因素分析 96
15.2 保障措施 97
第十六章 结论与建议 101
16.1 可行性研究结论 101
16.2 问题与建议 101