某影剧院空间网架屋面设计.docx
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某影剧院空间网架屋面设计
题目:
影剧院屋盖设计计算书…………………………………………………4
1设计资料……………………………………………………………………………………4
1.1工程概况………………………………………………………………………………4
1.2设计基本条件…………………………………………………………………………4
1.2.1设计等级要求…………………………………………………………………4
1.2.2抗震设防烈度…………………………………………………………………4
1.2.3气象条件………………………………………………………………………4
2结构选型及初步设计………………………………………………………………4
2.1网架结构的选型………………………………………………………………………4
2.2网格尺寸和网架高度…………………………………………………………………5
2.3网架结构的支承………………………………………………………………………5
2.4网架的屋面排水………………………………………………………………………5
3网架结构的计算……………………………………………………………………5
3.1网架结构上的作用………………………………………………………………5
3.1.1静荷载……………………………………………………………………5
3.1.2活荷载……………………………………………………………………6
3.1.3温度变化作用与地震作用………………………………………………6
3.1.4荷载组合…………………………………………………………………6
3.2杆件的内力计算与输出…………………………………………………………7
4网架结构的杆件设计…………………………………………………………………20
4.1杆件材料与截面形式…………………………………………………………………20
4.2网架杆件的计算长度…………………………………………………………………20
4.3网架杆件的容许长细比………………………………………………………………20
4.4网架杆件的最小截面尺寸……………………………………………………………21
4.5杆件截面的计算与选择………………………………………………………………21
5网架结构的节点设计…………………………………………………………………25
5.1节点类型的选择………………………………………………………………………25
5.2球体直径验算………………………………………………………………………25
5.3球体承载力验算……………………………………………………………………26
6荷载校核与挠度验算…………………………………………………………………29
6.1荷载校核………………………………………………………………………………29
6.2挠度验算………………………………………………………………………………30
7支座设计…………………………………………………………………………………33
7.1支座形式的选择………………………………………………………………………33
7.2平板支座设计……………………………………………………………………33
7.2.1确定垫板的平面尺寸a,b。
……………………………………………33
7.2.2确定支座厚度h……………………………………………………34
7.2.4确定支座底板尺寸…………………………………………………………34
7.2.5支座顶管的设计计算…………………………………………………………34
7.2.6十字节点板的设计……………………………………………………………35
7.2.7连接焊缝的计算………………………………………………………………35
8檩条设计………………………………………………………………………………35
8.1檩条的类型…………………………………………………………………………35
8.2檩条的布置…………………………………………………………………………35
9设计成果………………………………………………………………………………35
10设计参考资料…………………………………………………………………………36
影剧院屋盖设计计算书
1设计资料
1.1工程概况
北部某城市一影剧院屋盖,建筑面积为1350m2(30m×45m),采用斜置四角锥网架。
屋盖下部为框架结构,网架周边支承在钢筋混凝土框架梁上,梁横截面宽度为350mm。
网架上弦节点加小立柱,沿短跨方向形成6%的排水坡度,在小立柱上沿长跨方向搭设檩条,檩条上铺设彩钢夹芯板,并采用聚苯夹芯保温。
1.2设计基本条件
1.2.1设计等级要求
网架结构的防火等级和耐久等级均为二级。
1.2.2抗震设防烈度
该工程所在地区的抗震设防烈度为7度。
1.2.3气象条件
⑴温度:
最热月平均温度26.6OC,最冷月平均温度-4.1OC,夏季极端最高温度43.3OC(1955年7月23、24日),冬季极端最低温度-22.4OC(1970年1月4日)。
⑵相对湿度:
年平均湿度63%,最热月平均相对湿度76-80%。
⑶主导风向:
1、8、11月盛行北风和西南风,其它各月盛行西南风,基本风压为0.4kN/m2。
⑷雨雪条件:
年平均降雨量566.6mm,日最大降雨强度1856mm/日,最大积雪深度230mm。
2结构选型及初步设计
2.1网架结构的选型
网架结构选型应遵循安全、经济、美观的设计原则,能够满足建筑的使用功能要求,并且能够充分发挥结构良好的受力性能。
本工程中,网架的长短边之比45/30=1.5,其平面为矩形,且支承方式为周边支承,通过满应力优化设计比较,宜选择斜放四角锥网架。
斜放四角锥网架的上弦与边界轴线成450夹角,下弦正放,腹杆和下弦在同一垂直面内。
这种网架的上弦杆长度约为下弦杆的0.707倍,故呈短压杆、长拉杆的情况,受力合理,节点汇交杆也较少。
在接近正方形周边支承时用钢量指标较好,适用于中小跨度建筑。
2.2网格尺寸和网架高度
根据数值计算和工程经验,当网架短向跨度为L2=(30~60)m时,短向网格尺寸宜取为(1/11~1/14)×L2。
考虑屋面板布置,短向网格数取为12,网格尺寸为30/12=2.5m。
网架长向跨度较大,网格数划分应当比短跨方向多些,且网格尺寸宜比短向小些。
考虑以上因素,长向网格数取为18,网格尺寸为45/18=2.5m。
当网架短向跨度为L2=(30~60)m时,网格高度宜取为(1/12~1/15)×L2,周边支承时高度可以取小值;对于角锥体系网架,高度的选取还应满足使腹杆与弦杆的夹角接近60度的要求。
综合考虑以上因素,网格高度预先取为30/13=2.3m,当结构计算不满足挠度要求时,再适当加大网格高度。
2.3网架结构的支承
本网架采用周边支承方式,所有边界节点都支承在框架梁上。
框架梁的横截面尺寸为350mm×600mm,混凝土强度等级为C30。
在网架边界的每个节点上都加上竖向约束(Z),为了防止网架在平面内转动,还要加水平约束。
本网架中在长跨其中一边的两端点分别加上两向水平约束(x,y)和一向水平约束(y)。
2.4网架的屋面排水
本网架采用在上弦节点上加小立柱形成排水坡的方法。
沿短跨方向形成双坡自由排水系统,排水坡度为6%。
3网架结构的计算
3.1网架结构上的作用
3.1.1静荷载:
网架自重:
网架自重包括网架的杆件自重和节点自重。
网架大多数采用钢材,它
的自重可以通过计算机程序自动生成。
上弦静荷载:
屋面板+檩条=0.65kN/m2。
下弦静荷载:
0.5kN/m2。
3.1.2活荷载:
屋面活荷载:
网架屋面为不上人屋面,屋面活荷载标准值取为0.5kN/m2。
雪荷载:
雪荷载和屋面活荷载不必同时考虑,取两者中的较大值。
由《建筑结构荷载规范》GB50009查得雪荷载为0.35kN/m2,小于屋面活荷载,故不考虑雪荷载。
风荷载:
对于周边支承,且支座节点在上弦的网架,风荷载由四周墙面承受,计算时可不考虑风荷载的影响。
积灰荷载:
网架作为仓储屋盖,积灰荷载较小,可以不考虑积灰荷载的影响。
吊车荷载:
网架结构中不设吊车,故不必考虑吊车荷载。
3.1.3温度变化作用与地震作用
本网架短向跨度为30米,属于中等跨度,温度变化作用对网架受力影响较小,因此可忽略温度变化作用对网架的影响。
该工程所在地区的抗震设防烈度为7度,按照我国《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91的规定,可以不进行竖向抗震验算和水平抗震验算。
3.1.4荷载组合
当无吊车荷载、风荷载和地震作用时,网架应考虑以下荷载组合:
a.静荷载+活荷载
b.静荷载+半跨活荷载
c.网架自重+半跨屋面板自重+施工荷载
当采用轻型屋面或屋面板对称布置时,可不考虑后两种荷载组合。
因此,本工程中只考虑第一种荷载组合,共有四种工况组合情况:
(1)、1.2静荷载1.2×(0.65+0.5)=1.38kN/m2;
(2)、1.2静荷载+1.4活荷1.2×(0.65+0.5)+1.4×0.5=2.08kN/m2;
(3)、1.35静荷载+0.98活荷载1.35×(0.65+0.5)+0.98×0.5=2.0425kN/m2;
(4)、1.0静荷载+1.0活荷载1.0×(0.65+0.5)+1.0×0.5=1.65kN/m2。
3.2杆件的内力计算与输出
在CAD2004中建立网架模型,然后导入MST中,利用MST对网架杆件进行内力分析,从而得到各杆件的内力情况,详见下面表-1所示。
表-1杆件的轴力范围
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
1
-2.9
-2
28
-78
-55.2
55
-5.8
-3.7
2
1.9
2.9
29
-33.5
-23.5
56
1.9
2.9
3
-1.2
-0.9
30
-24.5
-17.2
57
-12.4
-8.5
4
-7.8
-5.5
31
-72.3
-51.2
58
-4.1
-2.8
5
-5.4
-3.7
32
-33.5
-23.6
59
-19.8
-13.9
6
-12.4
-8.6
33
-25.4
-17.9
60
-3.3
-2.2
7
-16.7
-11.9
34
-60.1
-42.5
61
-30.5
-21.3
8
-5.9
-4
35
-37
-26
62
-2.9
-1.9
9
-18.5
-13
36
-19.6
-13.7
63
-35.6
-25
10
-31.6
-22.4
37
-44.5
-31.5
64
-8.5
-5.9
11
-6.8
-4.7
38
-37.5
-26.4
65
-42.5
-29.9
12
-27.9
-19.5
39
-15.5
-10.8
66
-11.6
-8.1
13
-44.5
-31.5
40
-31.6
-22.4
67
-40.9
-28.7
14
-13.5
-9.4
41
-31.7
-22.3
68
-16.6
-11.6
15
-31.7
-22.3
42
-13.5
-9.4
69
-36.5
-25.7
16
-60.1
-42.5
43
-16.7
-11.9
70
-22.9
-16
17
-15.5
-10.8
44
-27.9
-19.5
71
-36.1
-25.4
18
-37.5
-26.4
45
-6.8
-4.7
72
-24.5
-17.2
19
-72.3
-51.2
46
-7.8
-5.5
73
-24.5
-17.2
20
-19.6
-13.7
47
-18.5
-13
74
-36.1
-25.4
21
-37
-26
48
-5.9
-4
75
-22.9
-16
22
-78
-55.2
49
-2.9
-2
76
-36.5
-25.7
23
-25.4
-17.9
50
-12.4
-8.6
77
-16.6
-11.6
24
-33.5
-23.6
51
-5.4
-3.7
78
-40.9
-28.7
25
-84.4
-59.7
52
-1.2
-0.9
79
-11.6
-8.1
26
-24.5
-17.2
53
1.9
2.9
80
-42.5
-29.9
27
-33.5
-23.5
54
2
3.2
81
-8.5
-5.9
续表-1
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
82
-35.6
-25
126
-13.2
-9.1
170
-25.9
-18.3
83
-2.9
-1.9
127
-6.6
-4.3
171
-74.5
-52.3
84
-30.5
-21.3
128
-3.9
-2.9
172
-45.8
-32.2
85
-3.3
-2.2
129
-3.3
-2.2
173
-106.1
-74.6
86
-19.8
-13.9
130
-16.2
-11.1
174
-60.5
-42.6
87
-4.1
-2.8
131
-22
-15.3
175
-122.9
-86.6
88
-12.4
-8.5
132
-14.4
-10.2
176
-67.4
-47.5
89
1.9
2.9
133
-43.5
-30.5
177
-121.5
-85.6
90
2
3.2
134
-24
-16.8
178
-84.1
-59.3
91
-5.8
-3.7
135
-63
-44.2
179
-126.2
-89.1
92
-6.6
-4.3
136
-29.3
-20.5
180
-94.5
-66.7
93
-13.2
-9.1
137
-84.3
-59.2
181
-111.3
-78.6
94
-8.9
-6.4
138
-35.6
-25
182
-102.7
-72.5
95
-31.6
-22.1
139
-91.7
-64.5
183
-106.8
-75.4
96
-22.6
-15.8
140
-48.3
-34
184
-106.8
-75.4
97
-49
-34.3
141
-89.7
-63.1
185
-102.7
-72.5
98
-32.1
-22.4
142
-56.8
-40
186
-111.3
-78.6
99
-64.3
-45.2
143
-90.5
-63.8
187
-94.5
-66.7
100
-41.9
-29.4
144
-66.8
-47.1
188
-126.2
-89.1
101
-81.5
-57.3
145
-73.5
-51.8
189
-84.1
-59.3
102
-53.1
-37.3
146
-70.9
-50
190
-121.5
-85.6
103
-85.4
-60.2
147
-70.9
-50
191
-67.4
-47.5
104
-60
-42.2
148
-73.5
-51.8
192
-122.9
-86.6
105
-84.9
-59.9
149
-66.8
-47.1
193
-60.5
-42.6
106
-67.8
-47.8
150
-90.5
-63.8
194
-106.1
-74.6
107
-87.2
-61.5
151
-56.8
-40
195
-45.8
-32.2
108
-70.9
-50
152
-89.7
-63.1
196
-74.5
-52.3
109
-72.5
-51.1
153
-48.3
-34
197
-25.9
-18.3
110
-72.5
-51.1
154
-91.7
-64.5
198
-48.6
-34.2
111
-70.9
-50
155
-35.6
-25
199
-21.4
-14.8
112
-87.2
-61.5
156
-84.3
-59.2
200
-22.4
-15.5
113
-67.8
-47.8
157
-29.3
-20.5
201
-3.8
-2.5
114
-84.9
-59.9
158
-63
-44.2
202
-18.4
-13.1
115
-60
-42.2
159
-24
-16.8
203
-1.7
-1.2
116
-85.4
-60.2
160
-43.5
-30.5
204
-21.6
-15
117
-53.1
-37.3
161
-14.4
-10.2
205
-30.8
-21.6
118
-81.5
-57.3
162
-22
-15.3
206
-30.5
-21.3
119
-41.9
-29.4
163
-16.2
-11.1
207
-65.4
-45.8
120
-64.3
-45.2
164
-3.9
-2.9
208
-29.5
-20.8
121
-32.1
-22.4
165
-3.3
-2.2
209
-102.5
-72
122
-49
-34.3
166
-3.8
-2.5
210
-43.2
-30.5
123
-22.6
-15.8
167
-22.4
-15.5
211
-125.5
-88.3
124
-31.6
-22.1
168
-21.4
-14.8
212
-57
-40.2
125
-8.9
-6.4
169
-48.6
-34.2
213
-125
-88
续表-1
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
杆件号
轴力范围(kN)
214
-63.8
-45
258
-125.4
-88.7
302
-149
-105.2
215
-129.8
-91.6
259
-115.3
-81.6
303
-65.8
-46.6
216
-80
-56.5
260
-133.1
-94.1
304
-140.6
-99.1
217
-115.3
-81.4
261
-104.4
-73.8
305
-51.6
-36.6
218
-92.6
-65.4
262
-140.1
-99
306
-131.8
-92.7
219
-108.7
-76.8
263
-88.6
-62.6
307
-47.1
-33.2
220
-102.7
-72.5
264
-150.6
-106.3
308
-89.6
-63
221
-102.7
-72.5
265
-77.7
-54.9
309
-43.5
-30.6
222
-108.7
-76.8
266
-146
-102.9
310
-40
-28.1
223
-92.6
-65.4
267
-64.2
-45.4
311
-29.2
-20.5
224
-115.3
-81.4
268
-142.3
-100.2
312
-35.5
-25.2
225
-80
-56.5
269
-46.3
-32.7
313
-5.9
-4
226
-129.8
-91.6
270
-108.6
-76.4
314
-5.7
-3.9
227
-63.8
-45
271
-36.6
-25.7
315
-39.9
-28
228
-125
-88
272
-68.2
-47.9
316
-30.1
-21.2
229
-57
-40.2
273
-24.5
-17.1
317
-90.5
-63.7
230
-125.5
-88.3
274
-30.1
-21.1
318
-47
-33.2
231
-43.2
-30.5
275
-1.1
-0.7
319
-135.3
-95.3
232
-102.5
-72
276
-35.5
-25.2
320
-57.7
-40.8
233
-29.5
-20.8
277
-5.9
-4
321
-151.2
-106.7
234
-65.4
-45.8
278
-29.2
-20.5
322
-65.1
-46.1
235
-30.5
-21.3
279
-40
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236
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-21.6
280
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324
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-56
237
-21.6
-15
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-9