消防炮塔架计算书.docx

消防炮塔架计算书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、 荷载的组合，按高耸规范第2.0.5条，取用下式：1.2G+1.4W+1.4×0.7L 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40°70°内，水平缀条不小于L63×5，斜缀条不小于L75×6。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，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，T1<0.25sec时不考虑风振影响，即Z=1.0 S为风荷载体型系数，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 =1.0×2.6×1.52×1.2×0.44=2.09kN/五、 柱分肢角钢L140×14和缀条角钢L100×10的截面特性：角钢截面示意角钢L140×14：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=39.8mmG=29.492Kg/m角钢L100×10：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：L140×14， 29.492×1.6×4=188.8 KgL100×10水平角钢：15.12×1.6×4=96.8 Kg L100×10斜向角钢：15.12×1.8×4=108.9 Kg节点板：0.3×0.6×0.01×7800×4=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1.1×450.7=495.77 Kg柱全高重：495.77×10(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=1.60×2.09=3.344 kN/m塔底轴力设计值：3.344kN/m12.0mN=49.58×1.2=59.50kN弯矩设计值：M=1/2×3.344(风)×16.02×1.4+(4.12×16.0+2.2×13.5)(后座力)×1.4×0.7=599.2+93.7=692.9 kN·m剪力设计值：V=3.344×16.0×1.4+(4.12+2.2)×1.4×0.7 =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=6888100×2+3757×2×（800-39.8）2 ×2 =8712×1064 ix=squr(IX/A)=squr(8712×106/15028)=761.4 X=2H/ix=2×16000/761.4=42.0<150 （可以） 查表X=0.891 NEX=2EA/2XO式中：XO=sqr(2X+40×A/AX)= sqr(422+40×15028/3852)=43.8则NEX=3.142×206×103×15028/43.82=15.91×106NW1X=8712×106/800=10.89×1063 (a)公式左边=59.5×103/(0.891×15028) + (1.0×692.9×106)/1.0×10.89×106（1-0.891×59.5×103/15.91×106） = 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：公式：N/An+Mx/xWnxf (b)式中：N=59.5×103 N An=0.9×15028=13525mm2 Mx=692.9 kN·m=692.9×106N·mm x=1.0 Wnx=0.9×10.89×106=9.8×106 mm3 (b)公式左边=59.5×103/13525+692.9×106/1.0×9.8×106=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=59.5×103 N Y1=800-39.8=760.2 mm a=2Y1=2×760.2=1520.4 mm Mx=692.9 kNm N1=59.5×103×760.2/（2×1520.4）+692.9×106/2×1520.4 =14875+227868=242743 N=242.7 kN 分肢计算长度：l0=0l=0.5×1600=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242.7×103/（0.938×3757）=68.9 N/mm2<f=215N/mm2 (可以)4、柱分肢强度验算公式： =N1/An<f N1/An=242.7×103/0.9×3757=71.8 N/mm2<f (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=2×1926.1=3852 mm2 A=3757 mm2 0x=sqr(422+40×3757/3852)=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=(3757×215/85)×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=5.76×103/2×cos50°=4073 N=4.073kN<26.6 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=1.0×1800=1800 mm x0=l0/ix0=1800/19.6=91.8 故=0.608， =0.6+0.0015×91.8=0.738=4.073×103/0.608×1926.1=3.48 N/mm2<f=215×0.738 =158.7 N/mm2 (可以)(b)缀条的强度验算： =N1/An=4.073×103/0.9×1926.1=2.35 N/mm2<f (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/(1.52×2)+59.5/4=227.9+14.88=242.8 kN每个分肢角钢的拉力: N1=692.9/(1.52×2)-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/(b×li)=242.8×103/(300×300)=2.70N/mm2，小于C20砼的轴心抗压强度设计值fc9.6 N/mm2，故柱脚处的砼局部受压满足要求。2 底板的厚度t计算：底板受砼的反力，为悬臂板。计算公式：tsqr(5M/f)式中：M0.5a20.5×2.70×110216335N·mmt=sqr(5×16335/215)19.5mm，取20mm厚底板。3. 地脚螺栓的设计： Q235钢螺栓所需的有效总面积为：AeN/fta213.0×103/170=1253mm2若每个柱分肢设4个螺栓，则每个螺栓的有效面积需要1253/4=313mm2选用钢结构设计手册直径为24mm的普通螺栓，实际面积有352.5mm2塔架在风载的作用下产生的总水平剪力为：V=81.1 kN,而此时柱脚底板与砼面的摩擦力F=N1=0.3×（242.8×2）145 kN。所以，不必设置抗剪键。注意：如地面已经形成，需用植筋方法来制作锚栓，参照有关植筋类技术手册。十、塔架的工地拼接要求：塔架工地地面拼接时，亦即柱分肢角钢的拼接。应尽量采用与角钢等强度的对接连接，即采用全熔透的对接焊缝连接。亦可采用附加钢板拼接，按等强度设计拼接，计算如下：公式：fN/helwffw（或fcw）即Nffw helw式中：N为分肢角钢的拉力（或压力）承载力设计值ffw（或fcw）为焊缝的抗拉（或抗压）强度设计值，均215N/mm2hw为焊缝的有效高度0.7hf0.7×85.6mmlw为焊缝的计算长度h-10mm故有：3757×2154×（h10）×5.6×ffw附加钢板拼接法h=178mm，取180mm8