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1、编号:时间:2021年x月x日书山有路勤为径,学海无涯苦作舟页码:第1页 共1页消防炮塔架计算书一、 主要要求:1、 型钢格构式塔架,落于泵船甲板上。2、 上层炮标高16.0m,自重120Kg,水平后座力4.12kN。下层炮标高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
2、载的组合,按高耸规范第2.0.5条,取用下式:1.2G+1.4W+1.40.7L 式中,G为自重等永久荷载W为风荷载L为活荷载5、 考虑到平时检修及消防炮使用时人员的上下,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4070内,水平缀条不小于L635,斜缀条不小于L756。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,
3、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=ZSZr0式中: 0=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)Z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=(0.0070.013)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,T10.25sec时不考虑风振影响,即Z=1.0 S为风
4、荷载体型系数,取2.6(偏于安全取规范的高值) Z为风压高度变化系数,按高度16m的取值为1.52 r为风荷载重现期调整系数,为1.2 W =1.02.61.521.20.44=2.09kN/五、 柱分肢角钢L14014和缀条角钢L10010的截面特性:角钢截面示意角钢L14014:肢宽L=140mm,肢厚tf=14mm,A=3757平方毫米Wxmin=68744(mm)3 Ix=6888100(mm)4Ix0=10935600(mm)4Iy0=2840600(mm)3Wx0=110466(mm)3Wy0=50467(mm)3Ix=42.8mmIx0=54mmIy0=27.5mmZ0=39.8
5、mmG=29.492Kg/m角钢L10010:肢宽L=100mm,肢厚tf=14mmA=1926.1(mm)2Wxmin=25060(mm)3 Ix=1795100(mm)4Ix0=2846800(mm)4Iy0=743500(mm)3Wx0=4260(mm)3Wy0=18540(mm)3Ix=305mmIx0=384mmIy0=196mmZ0=28.4mmG=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:L14014, 29.4921.64=188.8 KgL10010水平角钢:15.121.64=96.8 Kg L10010斜向角钢:15.121.84=
6、108.9 Kg节点板:0.30.60.0178004=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1.1450.7=495.77 Kg柱全高重:495.7710(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=1.602.09=3.344 kN/m塔底轴力设计值:3.344kN/m12.0mN=49.581.2=59.50kN弯矩设计值:M=1/23.344(风)16.021.4+(4.1216.0+2.213.5)(后座力)1.40.7=599.2+93.7=692.
7、9 kNm剪力设计值:V=3.34416.01.4+(4.12+2.2)1.40.7 =74.91+6.2=81.1 kN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/XA+mxMx/W1x(1-XN/NEX) f (a) 式中:mx取1.0(悬壁构件类) 格构式柱IX=68881002+37572(800-39.8)2 2 =87121064 ix=squr(IX/A)=squr(8712106/15028)=761.4
8、 X=2H/ix=216000/761.4=42.0150 (可以) 查表X=0.891 NEX=2EA/2XO式中:XO=sqr(2X+40A/AX)= sqr(422+4015028/3852)=43.8则NEX=3.14220610315028/43.82=15.91106NW1X=8712106/800=10.891063 (a)公式左边=59.5103/(0.89115028) + (1.0692.9106)/1.010.89106(1-0.89159.5103/15.91106) = 4.44+63.84=68.28 N/mm2f=215 N/mm2(可以)2格构式柱的整体强度计算
9、:公式:N/An+Mx/xWnxf (b)式中:N=59.5103 N An=0.915028=13525mm2 Mx=692.9 kNm=692.9106Nmm x=1.0 Wnx=0.910.89106=9.8106 mm3 (b)公式左边=59.5103/13525+692.9106/1.09.8106=4.40+70.70=75.1 N/mm2 f=215N/mm2 (可以)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 轴力公式:N1=NY1/2a+Mx/2a 式中:N=59.5103 N Y1=800-39.8=760.2 mm a=2Y1=2760.2=1520.4
10、 mm Mx=692.9 kNm N1=59.5103760.2/(21520.4)+692.9106/21520.4 =14875+227868=242743 N=242.7 kN 分肢计算长度:l0=0l=0.51600=800 mm y0= 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:=0.938 分肢稳定性计算公式:N1/Af左式242.7103/(0.9383757)=68.9 N/mm2f=215N/mm2 (可以)4、柱分肢强度验算公式: =N1/Anf N1/An=242.7103/0.93757=71.8
11、N/mm2f (可以)5、缀条的计算: 长细比:0x=sqr(x2+40A/A1x) 式中:由第前面计算知x=42 A1x=21926.1=3852 mm2 A=3757 mm2 0x=sqr(422+403757/3852)=42.5 查表, =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=(3757215/85)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:螺栓受拉的承载力设计值为26.6kN,受剪的承载
12、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/ncos 式中:V1=V/2=11.51/2=5.76 kN 故 N1=5.76103/2cos50=4073 N=4.073kN26.6 kN (可以)(a) 缀条的稳定验算:强度设计值折减系数=0.6+0.0015公式:=N1/(A)f式中:A=1926.1 mm2计算长度:l0=1.01800=1800 mm x0=l0/ix0=1800/19.6=91.8 故=0.608, =0.6+0.001591.8=0.738=4.073103/0.6081926.1=3.48 N/mm2f=21
13、50.738 =158.7 N/mm2 (可以)(b)缀条的强度验算: =N1/An=4.073103/0.91926.1=2.35 N/mm2f (可以)九、格构式柱脚设计:分离式铰接基础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/(1.522)+59.5/4=227.9+14.88=242.8 kN每个分肢角钢的拉力: N1=692.9/(1.522)-59.5/4=227.9-14.88=213.0 kN每个分肢角钢的剪力: V=81.1/4=20.3 kN底板的平均压应力:N1/(bli)=242.8103/(300300)=2.70N/mm2,小于C20砼的轴心抗压强度设计值fc9.6 N/mm2,