美式钢构计算书已丰富内容

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1、江西乐平世龙卸盐站台美式钢构屋盖结构设计计算书MIC-240型27m跨X3.2 m矢高拱型波纹屋盖计算书一. 金属拱形波纹屋盖的材料选择美式钢构屋盖的材料应根据轧制成型工艺和耐久性要求，选用不同类型的彩色涂层热镀锌钢板带。其力学性能、镀锌层与彩色涂层应符合建筑结构外用和辊轧咬合成型的要求，分别见表1,表2和表3。 表1钢板带基材的技术要求型号屈服强度MPa抗拉强度Mpa设计强度MPa弹性模量Mpa伸长率 %(lo=80mm)TS280GD+Z2803602352.06X10518TS350GD+Z3504202952.06X10516注：基材力学性能试验应采用现行国家标准GB228规定的办法。

2、表2 钢板带镀锌层的技术要求镀层代号锌层弯曲试验时弯心直径（板厚t）两面锌层重量最小值（g/m2）1802t1802002t200注：锌层重量和弯曲测试应采用现行国家标准GB/T1839和GB232规定的方法。表3钢板带彩色涂层的技术要求涂 层 类 型涂料种类涂层厚 度铅笔硬 度60光泽弯曲反向冲击（J）耐盐雾（h）备注厚度W0.8mm180 ,t 弯厚度08mm两 涂 两 烘聚脂20HB3070W3t906500适用于 一般建筑硅改性 聚脂750聚偏氟 乙烯1000适用于有 较高耐久 性要求的 建筑涂烘聚脂10HB3070W3t906250适用于 临时建筑注：彩色涂层技术性能试验应采用现行国

3、家标准GB/T1275规定的办法；t为板厚。因此，实际工程一般选用台湾烨辉牌的热镀锌钢板，材质比较稳定可靠。由于金属拱形波纹屋盖的承载能 力是由其整体稳定性所控制，高强度钢板并不能充分发挥强度优势，这种屋盖结构形式宜采用价格和强度 都较为适中的热镀锌钢板。其材料的尺寸、外形、重量及允许偏差还应符合下列有关标准：1. GB247国家标准：钢板和钢带验收、包装、标志和质量证明书的一般规定2. 上海宝山钢铁厂企业标准： Q/BQB401-1999冷连轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差； Q/BQB440-1999彩色涂层钢板和钢带； BZJ441-1999高耐候性冷连轧钢板和钢带。在本次屋盖设

4、计中选用台湾烨辉牌生产的材质，1.0mm厚度，914mm宽度，表面涂料高分子隔热膜 彩钢板。二. 矢跨比的选择矢跨比是影响拱形结构承载力的重要因素。分析表明：综合考虑各种荷载工况和结构的承载力对 各种缺陷的敏感度，这种结构较优的矢跨比为0.1-0.25。当跨度较大时（大于等于18米），为保证结构的 承载里，应严格控制结构矢跨比在合理的范围内。也可根据建筑功能及荷载状况取0.1-0.5。在本次屋盖的设计中，跨度为27米，故选择矢跨比为0.12。三. 荷载及其组合金属拱形波纹屋盖在设计和实际使用过程中，所受的荷载主要有以下几类:自重作用竖向活荷载作用YY横向风荷载作用YY图2 恒荷载 包括屋盖结构

5、自重、保温层和防火层自重、吊顶自重、采光带（窗）、通风帽等设备重量, 灯具、管道等悬挂物重量；后两者可能是集中荷载，应尽可能沿屋盖跨度对称布置。材料自重标准值应按 建筑结构荷载规范GBJ9-87采用；各种设备和悬挂物重量按实际情况取值。竖向活荷载包括积雪荷载、均布活荷载和积灰荷载，其中活荷载按不上人轻屋面考虑，取水平 投影面屋面均布活荷载标准值为0.3kN/m2，并不于雪荷载同时考虑，设计中时只取两者中的较大者；雪荷 载和积灰荷载按照GBJ9-87采用，积灰荷载应与活荷载或雪荷载中的较大者同时考虑。 风荷载 屋盖在迎风的1/4弧面上受风压力，背风的3/4弧面上受风吸力。垂直于屋盖表面的风荷 载

6、标准值按照GBJ9-87采用。在进行屋盖结构设计时，应主要考虑下列几种荷载效应组合： 恒荷载+活荷载/雪荷载；恒荷载+风荷载；恒荷载+半跨雪荷载； 恒荷载+风荷载+活荷载/雪荷载； 恒荷载+风荷载+半跨雪荷载（注意风向与半跨积雪的分布）;恒荷载+全跨非均布雪荷载（适用于连跨结构）； 恒荷载+风荷载+全跨非均布雪荷载（适用于连跨结构）；在本次屋盖结构设计中，采用第种荷载效应组合：恒荷载 +风荷载+活荷载/雪荷载:1恒荷载 q恒荷载=q自重=7.85*n*t =7.85*1.311*1.0=10.291kg/m2(按均布荷载考虑)(其中7. 85为彩板质量密度，n为单位投影面积重量系数=弧长/跨度

7、*原始彩板宽度/成型后单元板宽 度=28/32*914/610=1.311, t 为彩板厚度=1.0mm)2- 风荷载q风=30kg仙3- 活荷载q活=30kg仙恒荷载和活荷载均为竖向荷载作用: q 竖=1.2* q 恒荷载+1.4 *q 活=1.2*10.291+1.4*30=54.294 kg/就 风荷载为横向荷载作用：q横=1.4 *q活=1.4*50=70 kg/tf四. 结构单位宽度截面的各等效截面特征计算金属拱形波纹屋盖常用的截面型式有U形和V形两种(如下图所示)，MIC-240型属于示图的第三 种，属于V形截面，原始基板宽度为914mm,经过机组压型后宽度b=610mm,高度h=

8、200mm在本次屋盖设计中,单元板压弧成型后曲率半径r=30.0m,板厚度=1.0mm.查规程 CECS167:2004 表 D.0.2 得：Aeq 等效截面面积=(7.49639+0.14713r-0.00214 r2 )/0.610=9.98cm2 /mIeq 等效截面惯性距=(314.76837+6.95589r0.0809 r2 )/0.610=450.64cm4/mW(1)eq 等效截面模量 1=(62.83055+0.4203r0.00453r2)/0.610=71.36cm3/mW(2)eq 等效截面模量 2=(23.99512+0.72659r0.00798r2)/0.610=

9、38.61cm3/mWeq 等效截面模量=0.5* W(1)eq+ W(2)eq =55.485cm3/m五. 计算各种荷载设计值下截面的组合弯距Mi和组合轴力Ni根据规程CECS167:2004中指出在各种荷载作用下较大的截面内力均出现在结构的1/8至1/4跨附近,现在取3/16跨处作为最危险截面。以双铰不带拉杆拱作计算模型，根据建筑静力学计算手册:A. 在全跨竖向均布荷载作用下:.支座的水平推力 H 竖二A*K* q *L2/f=0.l221*1.0*0.54*272/2.7=17.80KN/m【注:根据公式H竖=A1*K* q竖L2/f计算出支座的水平推力,A1(查建筑静力学计算手册表6

10、-5得)=1.1221, q竖=54.294 kg/tf=0.54KN/tf,跨度L=27m,矢高f=3.2m,轴向力变形影响的修正系数k1.0】(2).支座的垂直反力 R 竖=q 竖*L/2=0.54*27/2=7.29 KN/m.危险截面处的水平推力H(d)竖=日竖=17.8KN/m.危险截面处的垂直反力R(d)竖=R竖-q竖* L(D)=7.29-0.54*5=4.59KN/m(5) .危险截面处的轴向合力N(d竖=H(d)竖* COS 260+R(d)竖* sin 260=15KN/m(6) .危险截面处的弯矩M(d)竖=R竖* L(D)- H竖* f(D)- q竖* L(D)2 /2

11、=7.29*5-8.79*1.976-0.54*5 2 /2=-12.321KN.m/mB. 在横向均布荷载作用下：(1) . A 支座的水平推力 H 横 a=-0.5*(1-A3)* q 横 * f=-0.7138* 0.7*3.2=-1.59KN/m(2) . B 支座的水平推力 H 横b=0.5*(1+A3)* q 横 * f=0.2862* 0.7*3.2=0.64KN/m取绝对数值较大受荷载正面作计算对象.【注:A3(查建筑静力学计算手册表6-5得)=-0.4276, q横=70 kg/tf=0.7KN/tf.支座的垂直反力R横=0.危险截面处的水平推力 H(D)横=H 横 a4(D

12、)横* f(D)=-1 .59-0.7*1.976=-2.97 KN/m(5) .危险截面处的垂直反力R(d)横=R横=0(6) .危险截面处的轴向合力 N(d 横=H(d)横* COS 260+R(d)横* sin 260=-1.92 KN/m.危险截面处的弯矩 M（d）横=R 横* L（d）_ H 横 a * f（D）_ q 横 * f（D）2 /2=5.6KN.m/mC. 危险截面处组合一阶轴力: N=N（d）竖 +%）横 =15-1.92=13.08KN/mD. 危险截面处组合二阶弯矩:M= biM（d）竖+ b2M（d）横 qeri=KiEIi/ 氓门 5 3 39*2 . 06*1

13、08*7 . 09*10-6/ 303=1.76 KN/m 片=1/（1-叨/ qeri）=l/（l-0.4184*0.6/1.165）=1.28M= biM（D）竖+ b2M（d）横 =1.28*（-12.321）+1.0*5.6=9.8 KN.m/m【注:弯矩放大系数B,在风荷载作用下，取B=1,即B2=1；在其他荷载作用下按照公式Bi=1/（1-riqi/qeri），其中弹性临界荷载4。五=甲1丿r3 ;查规程CECS167:2004中表B.0.1, C.0.1,得出:*弯矩调整 系数=0.4184, Ki临界荷载系数=17.5339; qi荷载设计值=q竖=0.6KN/m,r为拱形的曲

14、率半径=30m, E为材料的弹性模量=2.06*108 KN/川，Ieq等效截面惯性距=709cm4/m=7.09*10-6m4/m】六. 承载力验算N/a+|M/ Weq|=5.213/16*10-4 +17.31/ 87.5*10-6=201086KM/tf=201N/mm2f=235 N/mm2 故承载力满足荷载要求.七. 屋盖的局部稳定性由于成型的需要，拱形波纹钢屋盖结构的槽形单元板上轧有许多横务小波纹（如下图所示）这些 小波纹对整个结构的力学性能有很大的影响：一方面可提高槽板的局部稳定性，增强结构的纵向抗弯刚度; 另一方面则削弱了结构跨度方向的刚度，降低了结构跨度方向的承载力。考虑到

15、小波纹的影响，故引用等 效截面特性进行计算。八. 屋盖变形验算拱形波纹钢屋盖结构的刚度较小，在荷载作用下结构变形较大，计算时需考虑二阶效应才能真实反 映结构的受力状态，因此有一定的理论难度。由于变形控制是为了满足结构正常使用要求，而对拱形屋盖 结构主要是满足人们的心理安全要求，因美式钢构屋盖即使发生较大的变形，人在室内也不易察觉，所以 规程CECS167:2004不要求对这种结构进行使用极限状态计算。此外，下部支承结构的变形势必造成屋盖结 构产生支座位移，一般来说会降低屋盖的承载能力和极限承载力，但由于这种结构刚度较小，当支座位移 不大时对结构的最终内力和极限承载力的影响不大，应当控制支座位移不得大于100mm。九. 拱形波纹钢构瓦与座板连接水平推力T=17.8kn/m竖向力N=5.4kn/m在拱形瓦与构件链接处拉力为N = CS 2