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
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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，T1<0.25sec时不考虑风振影响，即βZ=1.0
μS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1.52 μr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
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Wxmin=68744(mm)
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Ix=6888100(mm)
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Ix0=10935600(mm)
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Iy0=2840600(mm)
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Wx0=110466(mm)
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Wy0=50467(mm)Ix=42.8mm Ix0=54mm
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Iy0=27.5mm Z0=39.8mm G=29.492Kg/m
角钢L100×10：
肢宽L=100mm，肢厚tf=14mm
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A=1926.1(mm)
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Wxmin=25060(mm)
4
Ix=1795100(mm)
4
Ix0=2846800(mm)
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Iy0=743500(mm)
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Wx0=4260(mm)
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Wy0=18540(mm)Ix=305mm Ix0=384mm Iy0=196mm Z0=28.4mm G=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 Kg L100×10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： N=49.58×1.2=59.50kN 12.0m 3.344 kN/m 弯矩设计值：
M=1/2×3.344(风)×16.0×1.4+(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
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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/υXA+βmxMx/W1x(1-υXN/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 =8712×10㎜
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ix=squr(IX/A)=squr(8712×10/15028)=761.4㎜ λX=2H/ix=2×16000/761.4=42.0<150 （可以） 查表υX=0.1 NEX=πEA/λ式中：λ
XO
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2XO2X
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=sqr(λ
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+40×A/AX)= sqr(42+40×15028/3852)=43.8
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则NEX=3.14×206×10×15028/43.8=15.91×10N W1X=8712×10/800=10.×10㎜
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(a)公式左边=59.5×10/(0.1×15028) +
(1.0×692.9×10)/[1.0×10.×10（1-0.1×59.5×10/15.91×10）]
= 4.44+63.84=68.28 N/mm＜f=215 N/mm（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=59.5×10N 2 An=0.9×15028=13525mm 6
Mx=692.9 kN·m=692.9×10N·mm γx=1.0
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Wnx=0.9×10.×10=9.8×10mm
3662
(b)公式左边=59.5×10/13525+692.9×10/1.0×9.8×10=4.40+70.70=75.1 N/mm
2
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3
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轴力公式：N1=NY1/2a+Mx/2a
3
式中：N=59.5×10N
Y1=800-39.8=760.2 mm a=2Y1=2×760.2=1520.4 mm Mx=692.9 kNm
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N1=59.5×10×760.2/（2×1520.4）+692.9×10/2×1520.4 =14875+227868=242743 N=242.7 kN 分肢计算长度：l0=μ0l=0.5×1600=800 mm
λy0= 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：υ=0.938
分肢稳定性计算公式：N1/ΦA≤f
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左式＝242.7×10/（0.938×3757）=68.9 N/mm4、柱分肢强度验算公式： σ=N1/An32N1/An=242.7×10/0.9×3757=71.8 N/mm5、缀条的计算：2
长细比：λ0x=sqr(λx+40A/A1x) 式中：由第前面计算知λx=42
2
A1x=2×1926.1=3852 mm
2
A=3757 mm
2
λ0x=sqr(42+40×3757/3852)=42.5 查表， Φ=0.8
剪力V=(Af/85)×sqr(fy/235)
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式中 A=3757 mm，f=215 N/mm，fy=345 N/mm
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
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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=5.76 kN
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故 N1=5.76×10/2×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ψ=0.6+0.0015λ
公式：σ=N1/（υA）≤f’
2
式中：A=1926.1 mm
计算长度：l0=1.0×1800=1800 mm
λx0=l0/ix0=1800/19.6=91.8
故υ=0.608， ψ=0.6+0.0015×91.8=0.738
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σ=4.073×10/0.608×1926.1=3.48 N/mm2 =158.7 N/mm (可以)
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(b)缀条的强度验算： σ=N1/An=4.073×10/0.9×1926.1=2.35 N/mm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
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底板的平均压应力：σ＝N1/(b×li)=242.8×10/(300×300)=2.70N/mm，小于C20砼的轴心抗压强度设计值fc＝9.6 N/mm，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＝0.5σa＝0.5×2.70×110＝16335N·mm t=sqr(5×16335/215)＝19.5mm，取20mm厚底板。
3. 地脚螺栓的设计： 2
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Q235钢螺栓所需的有效总面积为：Ae≥N/ft＝213.0×10/170=1253mma32 2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=313mm 选用《钢结构设计手册》直径为24mm的普通螺栓，实际面积有352.5mm 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=μN1=0.3×（242.8×2）＝145 kN。 所以，不必设置抗剪键。
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≤ff（或fc）即N≤ff helw 式中： N为分肢角钢的拉力（或压力）承载力设计值
ff（或fc）为焊缝的抗拉（或抗压）强度设计值，均215N/mm hw为焊缝的有效高度＝0.7hf＝0.7×8＝5.6mm
w
w
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w
w
w
2
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。
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消防炮塔架计算书 lw为焊缝的计算长度＝h-10mm 附加钢板拼接法 故有： 3757×215≤4×（h－10）×5.6×fw fh=178mm，取180mm 8
