网架结构计算书

保管期限：长期
计算书
CALCULATION DOCUMENT
工程编号：
工程名称：烟台冀东润泰建材有限公司
矿渣堆棚
项目名称：
设计阶段：施工图
设计专业：屋盖网架结构
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审定人：
日期：
目录
第一部分工程概况3
第二部分结构设计参数4
2.1主要设计依据4
2.2材料4
2.3主要结构构件7
第三部分荷载参数（标准值）10
3.1恒荷载10
3.2活荷载（满布）10
3.3风荷载10
3.4温度12
3.5地震12
第四部分工况组合13
第五部分结构分析和验算错误！未定义书签
5.1计算模型错误！未定义书签
5.2计算结果错误！未定义书签
5.2.1 支座反力错误！未定义书签
5.2.2 杆件内力结果错误！未定义书签
5.2.3 杆件应力错误！未定义书签
5.2.4 节点位移结果（正常使用极限状态）错误！未定义书签
5.2.5 螺栓和焊接球节点验算错误！未定义书签
5.3支座（橡胶支座）验算错误！未定义书签
5.3.1 ZZ1支座验算错误！未定义书签5.3.2 ZZ2支座验算错误！未定义书签5.3.3 ZZ5支座验算错误！未定义书签5.3.4 ZZ6支座验算错误！未定义书签
第一部分工程概况
1．建设单位：
2．工程地点：
·本工程建筑结构安全等级
[ ]一级[ √ ]二级[ ]三级·设计使用年限
[ ]5年[ ]25年[ √ ]50年[ ]100年·抗震设防烈度
[ ]非抗震[ ]6度（0.05g）
[ ]7度（0.10g）[√ ]7度（0.15g）
[ ]8度（0.20g）[ ]8度（0.30g）
[ ]9度（0.40g）
·耐火等级
[ ]一级[ √ ]二级[ ]三级[ ]四级注：用“√”表示选中
第二部分结构设计参数
2.1主要设计依据
1. 建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）
2. 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）
3. 建筑抗震设计规范（GB50011－2010）
4. 混凝土结构设计规范（GB50010-2010）
5. 钢结构设计规范（GB50017－2003）
6. 空间网格结构技术规程（JGJ7-2010）
7. 钢网架焊接球节点（JG/T 11-2009）
8. 钢网架螺栓球节点（JG/T 10-2009）
9. 钢网架螺栓球节点用高强度螺栓（GB/T16939）
10. 冷弯薄壁型钢结构设计规程（GB50018）
11. 建筑钢结构防火技术规范（CECS200:2006）
2.2材料
（1）钢材
网架的上、下弦杆和腹杆、加肋焊接空心球、支座板件和预埋板均采用Q235-B钢材。

其化学成分及力学性能应符合现行国家标准《碳素结构钢》（GB/T700）的要求。

钢材的实测屈强比不应大于0.85，应有明显的屈服台阶，伸长率大于20%。

钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。

（2）焊条、焊剂及焊丝
手工电弧焊对于Q235钢采用E43型。

自动焊接及半自动焊接。

Q235钢的埋弧焊，焊剂采用F4Ax型，焊丝采用H08A型；Q235钢CO2气体保护焊的焊丝，采用ER49-1型。

Q235钢手工焊用焊条应符合现行规范《碳钢焊条》（GB/T5117）的规定，选用的焊条应与主体金属相匹配。

自动焊或半自动焊的焊丝与焊剂应与主体结构相匹配，焊剂应符合现行标准《埋弧焊用碳素钢焊丝和焊剂》（GB/T5293）、焊丝应符合现行标准《熔化焊用钢丝》（GB/T14957）或《气体保护焊用钢丝》（GB/T8110）的规定。

不同强度钢材间焊接时，焊条、焊丝和焊剂采用强度较低钢材的规格。

主要焊接质量等级与检测方法参见表1。

所有焊缝均须进行外观检查。

表1 焊缝质量性能
全熔透焊缝均应符合与母材等强的要求。

（3）圆钢管
对于管径小于159mm的钢管，可采用无缝钢管或者高频焊接直缝钢管；对于管径大于和等于159mm的钢管，必须采用无缝钢管。

无缝钢管和高频焊接直缝钢管的质量应分别符合国家标准《结构用无缝钢管》（GBT8162-2008）和《电焊钢管》（YB242～263）的要求。

无缝钢管的管壁厚度不允许出现负公差。

（4）锚栓
支座预埋锚栓均采用Q345-B钢制作，其质量应符合现行国家标准《低合金高强度结构钢》（GB/T1591）的要求。

（5）普通螺栓
普通螺栓采用符合现行国家规定标准《碳素结构钢》（GB/T 700）所规定的Q235钢材制成，并应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》（GB/T 5780）和《六角头螺母》（GB/T 5782）的规定。

（6）网架螺栓球节点用高强度螺栓
高强度螺栓材料选用现行国家标准《合金结构钢》（GB/T 3077)规定的20MnTiB或40Cr钢。

M12~M36高强螺栓的强度等级为10.9S；M39~M64高强螺栓的强度等级为9.8S。

（7）其他
所有材料均应附有出厂合格证及复检合格证明，钢结构构件从采购到最终安装均应可追溯。

2.3主要结构构件
1.网架结构
（1）网架杆件
网架结构的杆件均采用Q235-B钢材。

对于管径相同，壁厚不同的杆件应作特别注明，以免造成安装差错。

（2）焊接空心球
焊接空心球采用Q235-B钢材，其产品质量应符合行业标准《钢网架焊接球节点》(JG/T 11)的规定。

焊接球均采用加肋空心球，环肋厚度与球壁厚度相同，环肋宽度应符合标准《空间网格结构技术规程》(JGJ7-2010)中的要求。

环肋平面与主杆件的受力方向一致。

钢管杆件与空心球应采用坡口等强焊接。

为保证焊接质量，钢管端头应加短套管作为衬管，如图1所示。

图1 衬管
（3）螺栓球
螺栓球采用45号钢制成。

其质量标准应符合现行国家标准《优质碳素结构钢号》(GBT/699)和《钢网架螺栓球节点》(JG/T 10)的要求。

（4）高强螺栓
高强螺栓质量应符合现行国家标准《网架螺栓球节点用高强度螺栓》(GB/T16939)的要求。

（5）锥头、套筒和螺钉
网壳的钢管通过锥头和螺栓球连接。

锥头和套筒的材质为Q235-B。

锥头和套筒应采用锻模成型，其任一截面应不小于连接钢管的截面强度。

锥头与钢管采用全熔透坡口等强焊接。

如图2所示。

应采用螺钉代替销子，以改善高强螺栓的受力状态。

螺钉材质采用20MnTiB或40Cr,应符合现行国家标准《合金结构钢》(GB/T3077)的规定。

锥头、套筒和螺钉的加工图设计应由钢结构工程承包单位负责，并对螺栓球、焊接球的配置与直径进行复核计算。

螺栓球、高强螺栓、杆件以及焊接空心球的质量应符合现行行业标准《钢网架》(JG/T 10~12)中合格品的技术要求。

图2 锥头焊缝
2.网架支座
网架下弦支座节点采用两种形式。

对于竖向拉力小于600kN的支座（ZZ1~5），其形式为常规板式橡胶垫板支座，通过锚栓来承担竖向拉力；对于竖向拉力大于600kN的支座（ZZ6），采用专利球形抗震钢支座。

支座ZZ6由上、下两部分组成。

上半部包括空心焊接球、支承短钢管、竖向加劲板与底板，以上所有板件间均采用等强坡口熔透焊接。

下半部部分为拉压型球形抗震钢支座，由可自由转动、自由水平滑动的上盖板、固定底座构成。

支座上下部分通过高强螺栓连接。

支座ZZ1的竖向压力、竖向拉力、X方向与Y方向的水平剪力、位移量由本设计提供，支座下半部分详图的设计工作由产品供应商承担。

球形抗震钢支座在支座底托边沿开坡口，与下部钢柱柱顶钢板焊接，焊条采用E50型。

3.檩条
主檩条采用焊接H型钢，次檩采用冷弯C型钢。

主檩和次檩的材质均为Q235 -B钢。

H型钢工厂拼接应采用对接焊接，对接焊缝等级为二级。

对接焊接时，翼缘和腹板对接截面错开应不小于200mm。

H型钢的加劲肋与腹板、翼缘间采用双面角焊缝连接，焊脚高度同加劲肋厚，一律满焊。

第三部分 荷载参数（标准值）
3.1 恒荷载
本工程恒荷载值按下表取值，上下弦屋面恒荷载分布见附图1和附图2。

表2 恒荷载取值
注：表中未注明荷载的单位均为kN/m 2。

承包商在屋面系统及负载设备的材料选择和构造设计时，其综合重量不得大于以上荷载取值。

3.2 活荷载（满布）
表3 活荷载取值
活荷载1
施工检修荷载 0.50kN/m 2 取较大值为0.50kN/m 2
雪荷载
0.40kN/m 2 活荷载2
积灰荷载
0.50kN/m 2
在天沟处不大于3.0m 分布宽度内
取：1.4×0.50=0.70 kN/m 2
3.3 风荷载
基本风压（考虑50年重现期） 200.55kN/m ω= B 类场地，高度取17.2m ， 1.174z μ=
承载能力极限状态进行强度与稳定验算时， 1.3z β= 编号 位置 荷载值 范围 1
结构自重
由程序自动计算
2 上弦屋面恒载 0.20 含屋面板、采光带、主次檩条
3
室内下弦荷载
0.05
含灯具等
按四个风向考虑：
s
表4 风荷载体型系数选取
当0.6s μ=-时，()021.3 1.1740.60.550kN/.m 50k z z s ωβμμω==⨯⨯-⨯=- 当0.5s μ=-时，()021.3 1.1740.50.550kN/.m 42k z z s ωβμμω==⨯⨯-⨯=- 当 1.4s μ=-时，()021.3 1.174 1.40.551kN/.m 18k z z s ωβμμω==⨯⨯-⨯=- 当 1.3s μ=-时，()021.3 1.174 1.30.551kN/.m 10k z z s ωβμμω==⨯⨯-⨯=-
3.4 温度
烟台50年重现期最低温-8℃，最高温32℃。

取结构的温差范围为±30℃。

3.5 地震
根据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010，本工程所在地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g ，设计地震分组为第二组。

根据《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）第4.4.1条和《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第10.2.6条的规定，7度时的屋盖网架结构可不进行地震作用计算。

第四部分工况组合（一）承载能力极限状态
(1) [1.35][静]
(2) [1.35][静] + [0.84][温(+)]
(3) [1.35][静] + [0.84][温(-)]
(4) [1.20][静] + [1.40][温(+)]
(5) [1.20][静] + [1.40][温(-)]
(6) [1.35][静] + [0.98][活1] + [1.26][活2]
(7) [1.20][静] + [1.40][活1] + [1.26][活2]
(8) [1.20][静] + [0.98][活1] + [1.40][活2]
(9) [1.35][静] + [1.26][活2] + [0.84][温(+)]
(10) [1.35][静] + [1.26][活2] + [0.84][温(-)]
(12) [1.20][静] + [1.40][活2] + [0.84][温(-)]
(14) [1.20][静] + [1.40][活1] + [0.84][温(-)]
(15) [1.35][静] + [0.98][活1] + [1.26][活2] + [0.84][温(-)]
(16) [1.20][静] + [1.40][活1] + [1.26][活2] + [0.84][温(-)]
(17) [1.20][静] + [0.98][活1] + [1.40][活2] + [0.84][温(-)]
(18) [1.20][静] + [0.98][活1] + [1.26][活2] + [1.40][温(-)]
(19) [1.20][静] + [0.98][活1] + [1.40][温(-)]
(20) [1.20][静] + [1.26][活2] + [1.40][温(+)]
(21) [1.20][静] + [1.26][活2] + [1.40][温(-)]
(22) [1.00][静] + [1.40][风1]
(25) [1.00][静] + [1.40][风4]
(26) [1.00][静] + [1.40][风1] + [0.84][温(+)]
(27) [1.00][静] + [1.40][风2] + [0.84][温(+)]
(32) [1.00][静] + [1.40][风3] + [0.84][温(-)]
(33) [1.00][静] + [1.40][风4] + [0.84][温(-)]
----------------------------------------------------------------------------------------------- （二）正常使用极限状态
(54) [1.00][静] + [1.00][活1] + [1.00][活2]
(55) [1.00][静] + [1.00][风1]
(56) [1.00][静] + [1.00][风2] (57) [1.00][静] + [1.00][风3]
(58) [1.00][静] + [1.00][风4]
(59) [1.00][静] + [1.00][温(+)]
(60) [1.00][静] + [1.00][温(-)]
第五部分结构分析和验算
5、结构分析和验算
5.1 内力的计算：
利用MST2004 对网架杆件进行内力分析。

可得到内力数据表（表1）
内力数据表（表1）
杆件的最大压力是 -550.4kN 杆件的最大拉力是
1105.7kN
根据拉力划分内力的范围：180KN 200KN 350KN 420KN 543 KN
750 KN 1050 KN 1361 KN
由拉力：N=Af公式（1）压力N=φfA公式（2）
选择杆件的截面尺寸。

5.2杆件选配：如下：
5.3.1 球规格的选择
当空心球直径为120~500mm时，其受压、受拉承载力设计值可分别按下列公式计算：
5.1.1、受压空心球 N
c ≤η
c
（400td-13.3t2d2/D）
其中 N c——受压空心球的轴向压力设计值（N）：D——空心球外径（mm）；t——空心球壁厚（mm）；d——钢管外径（mm）；ηc——受压空心球加肋承载力提高系数，不加肋ηc=1.0，加肋ηc=1.4。

对于上弦中心③号球：
ηc（400td-13.3t2d2/D）=1.0(400*10*159-13.3*102*1592/400)=551.94KN ＞N cmax=550.4KN 满足要求。

5.1.2、受拉空心球 N
t ≤0.55η
t
tdπf
其中 N t——受拉空心球的轴向拉力设计值（N）： t——空心球壁厚（mm）； d——钢管外径（mm）； f——钢材强度设计值（ N/mm2)；ηt——受拉空心球加肋承载力提高系数，不加肋ηt=1.0，加肋ηt=1.1。

对于下弦中心⑤号球：0.55ηt tdπf
=0.55*1.1*16*180*3.14*215=1176.3KN＞N
tmax
=1105.7KN,
对于下弦角①号球：0.55ηt tdπf =0.55*1.0*6*75.5*3.14*215=168.2KN ＞N tmax=18.8KN,
对于下弦边中心③号球：0.55ηt tdπf
=0.55*1.0*10*75.5*3.14*215=280.4KN＞N
tmax
=237.0KN, 满足要求。

规范规定：空心球外径与壁厚的比值可按设计要求在25-45 mm范围内选用；空心球壁厚与钢管最大壁厚的比值宜选用1.2-2.0 mm；空心球壁厚不宜小于4mm。

5.1.3球直径的验算：
在确定空心球外径时，球面上网架相连接杆件之间的缝隙a不宜小于10mm。

为了保证缝隙a，空心球直径也可初步按下式估算： D=
（d1+2a+d2）/θ
（θ——汇集于球节点任意两钢管杆件间的夹角（rad）； d1、d2——组成θ角的钢管外径(mm)。

）
对于下弦中心⑤号球d1=180mm；d2=75.5mm；θ=（62.49/180）*3.14=1.09；
D=(180+75.5+20)/1.09=252.75mm＜500mm，满足要求。

对于下弦角节点①号球d1=d2=75.5mm；θ=（63.02/180）*3.14=1.1；
D=(75.5+75.5+20)/1.1=155.5mm＜200mm，满足要求。

对于上弦中心③号球d1=159mm；d2=75.5mm；θ=（62.49/180）*3.14=1.09；
D=(159+75.5+20)/1.09=196.79mm＜400mm，满足要求。

5.2 进行壁厚验算：
5.2.1受压球验算：N
c ≤η
c
（400td-13.3t2d2/D）
D---空心球外径 t---空心球壁厚 d---空心球内径
ηc ---受压空心球加肋承载力提高系数，不加肋取1；加肋取1.4
7.2.2受拉球验算：N
t ≤0.55η
t
tdπf
t---空心球壁厚 d---钢管外径 f---钢材强度设计值
上弦中心③号球：ηc（400td-13.3t2d2/D）
=1.0(400*10*159-13.3*102*1592/400)=551.94KN＞N
cmax
=550.4KN
下弦中心⑤号球：0.55ηt tdπf=0.55*1.1*16*180*3.14*215=1176.3KN＞
N
tmax
=1105.7KN, 满足要求。

5.3、挠度验算：
网架短跨长度为40m，经计算网架的最大挠度为120mm＜40000/300=133.33mm。

符合要求。

球结点表（4）
5.4
取最危险的一个节点306，与节点相连的杆件号和各杆件的内力值见表。

则支座反力为:（135.9+1.6）×Cos27.60=121.85kN。

C30混凝土承压极限强度为14.3N/ mm2 , 根据A≥kN/f c , K──扩大系数（2-3）取K=2, A=（2×121850）/14.3=17042 mm2 , 板宽应小于梁宽350 mm，取250 mm。

板长取250 mm，板上面荷载q=121850/（250×250）=1.94 N/ mm2，
5.4.1、板上弯矩 M=βqc
1
2
c
1为自由边长度；c
2
为与自由边垂直的边长。

β由c
2
/c
1
的值查表得到；
c
1
=353.5; c
2
=176.7 c
2
/c
1
=0.5,则β=58*10-3
M=βqc
1
2=0.058×1.94×353.52=14060.8 N·mm
5.4.2、板厚t=[6Mb/f]1/2=[(6×14060.8)/215]1/2=19.7 mm。

取h=20 mm。

因
底板厚一般为20 mm -40 mm，于是取板厚h=20 mm。

5.5.3、顶管高度由角度计算可取顶管高度为370 mm。

选择钢管规格为180×10，回转半径是i=60.2mm，截面积A=5341mm2，计算长度为1015 mm 求得长细比λ=l/i=1015/60.2=16.86 查表得稳定
系数φ=0.927。

121850/（5341×0.927）=24.6 N/ mm2＜215 N/ mm2可
用。

5.5、设计成果
网架结构全套图纸，其中包括：
总图说明，杆件内力与位移图，网架结构布置图，上弦、下弦和腹杆杆件布置图及材料标号图，网架结构剖面图，支撑位置图，底梁预埋铁位置及大样详图，支座及网架节点大样详图，屋面檩条布置及材料表，屋面板连接图，屋面排水图
10、设计参考资料
⑴、《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001）
⑵、《钢结构设计规范》（GB50017—2002）
⑶、《民用建筑防火规范》
⑷、《华北地区建筑配件通用图集》（98J1—98J10）
⑸、结构设计手册及有关教材
⑹、《冷弯及薄壁型钢结构技术规范》（GBJ18—87）
⑺、《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）
⑻、《网架结构设计与施工规程》（JGJ97—91）
⑼、《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）
⑽、《钢结构工程施工与验收规范》（GB50205—2001）
⑾、《钢网架结构验收标准》（JGJ75.3—91）
⑿、《网架结构工程质量检验评定标准》（JGJ78—91）。