消防炮塔架计算书

消防炮塔架计算书1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，水平缀条消防炮塔架计算书2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=βZμSμZμrω0式中：ω0=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)βZ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=(0.007~0.013)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βZ=1.0μS为风荷载体型系数，取2.6(偏于安全取规范的高值)μZ为风压高度变化系数，按高度16m的取值为1.52μr为风荷载重现期调整系数，为1.2W=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L140×14：肢宽L=140mm，肢厚tf=14mm，A=3757平方毫米Wxmin=68744(mm)3Ix=6888100(mm)4Ix0=10935600(mm)4Iy0=2840600(mm)3Wx0=110466(mm)3Wy0=50467(mm)3Ix=42.8mmIx0=54mm角钢截面示意消防炮塔架计算书3Iy0=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)3Ix=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=188.8KgL100×10水平角钢：15.12×1.6×4=96.8KgL100×10斜向角钢：15.12×1.8×4=108.9Kg节点板：0.3×0.6×0.01×7800×4=56.2Kg合计：188.8+96.8+108.9+56.2=450.7Kg考虑计入爬梯及附属设备等，1600mm高柱重取1.1×450.7=495.77Kg柱全高重：495.77×10(节)=4957.7Kg=49.58kN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=3.344kN/m塔底轴力设计值：N=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=692.9kN·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=81.1kN3.344kN/m12.0m消防炮塔架计算书4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/φXA+βmxMx/W1x(1-φXN/NEX)≤f(a)式中：βmx取1.0（悬壁构件类）格构式柱IX=[6888100×2+3757×2×（800-39.8）2]×2=8712×106㎜4ix=squr(IX/A)=squr(8712×106/15028)=761.4㎜λX=2H/ix=2×16000/761.4=42.0150（可以）查表φX=0.891NEX=π2EA/λ2XO式中：λXO=sqr(λ2X+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=10.89×106㎜3(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=68.28N/mm2＜f=215N/mm2（可以）2．格构式柱的整体强度计算：公式：N/An+Mx/γxWnx≤f(b)式中：N=59.5×103NAn=0.9×15028=13525mm2Mx=692.9kN·m=692.9×106N·mmγx=1.0Wnx=0.9×10.89×106=9.8×106mm3(b)公式左边=59.5×103/13525+692.9×106/1.0×9.8×106=4.40+70.70=75.1N/mm2f=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消防炮塔架计算书5轴力公式：N1=NY1/2a+Mx/2a式中：N=59.5×103NY1=800-39.8=760.2mma=2Y1=2×760.2=1520.4mmMx=692.9kNmN1=59.5×103×760.2/（2×1520.4）+692.9×106/2×1520.4=14875+227868=242743N=242.7kN分肢计算长度：l0=μ0l=0.5×1600=800mmλy0=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：φ=0.938分肢稳定性计算公式：N1/ΦA≤f左式＝242.7×103/（0.938×3757）=68.9N/mm2f=215N/mm2(可以)4、柱分肢强度验算公式：σ=N1/AnfN1/An=242.7×103/0.9×3757=71.8N/mm2f(可以)5、缀条的计算：长细比：λ0x=sqr(λx2+40A/A1x)式中：由第前面计算知λx=42A1x=2×1926.1=3852mm2A=3757mm2λ0x=sqr(422+40×3757/3852)=42.5查表，Φ=0.889剪力V=(Af/85)×sqr(fy/235)式中A=3757mm2，f=215N/mm2，fy=345N/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：螺栓消防炮塔架计算书6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/ncosα式中：V1=V/2=11.51/2=5.76kN故N1=5.76×103/2×cos50°=4073N=4.073kN26.6kN（可以）(a)缀条的稳定验算：强度设计值折减系数ψ=0.6+0.0015λ公式：σ=N1/（φA）≤f’式中：A=1926.1mm2计算长度：l0=1.0×1800=1800mmλx0=l0/ix0=1800/19.6=91.8故φ=0.608，ψ=0.6+0.0015×91.8=0.738σ=4.073×103/0.608×1926.1=3.48N/mm2f’=215×0.738=158.7N/mm2(可以)(b)缀条的强度验算：σ=N1/An=4.073×103/0.9×1926.1=2.35N/mm2f’(可以)九、格构式柱脚设计：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=242.8kN每个分肢角钢的拉力:N1’=692.9/(1.52×2)-59.5/4=227.9-14.88=213.0kN每个分肢角钢的剪力:V=81.1/4=20.3kN分离式铰接基础消防炮塔架计算书7底板的平均压应力：σ＝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fc＝9.6N/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：t＝sqr(5M/f)式中：M＝0.5σa2＝0.5×2.70×1102＝16335N·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：Ae≥N/fta＝213.0×103/170=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=81.1kN,而此时柱脚底板与砼面的摩擦力F=μN1=0.3×（242.8×2）＝145kN。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：τf＝N/helw≤ffw（或fcw）即N≤ffwhelw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＝0.7hf＝0.7×8＝5.6mm消防炮塔架计算书8lw为焊缝的计算长度＝h-10mm故有：3757×215≤4×（h－10）×5.6×ffwh=178mm，取180mm附加钢板拼接法