单悬臂式标志版结构设计计算书.pdf

单悬臂式标志版结构设计计算书单悬臂式标志版结构设计计算书 1 项目信息项目信息 项目名称 工程名称 远大路 标志类型 桩 号 设 计 詹科盟 校 对 审 核 日 期 1 设计资料设计资料 1 1 板面数据板面数据 板面高度 H 0 80 m 板面宽度 W 2 80 m 板面单位重量 W1 8 04 kg m2 1 2 横梁数据横梁数据 横梁直径 D 0 152 m 横梁长度 L 3 600 m 横梁壁厚 T 0 010 m 横梁间距 D1 0 000 m 1 3 立柱数据立柱数据 立柱直径 D 0 273 m 立柱高度 L 1 052 m 立柱壁厚 T 0 0150 m 立柱单位重量 W1 95 683 kg m2 2 荷载计算荷载计算 2 1 永久荷载永久荷载 各计算式中系数 1 1 系考虑有关连接件及加劲肋等的重量而添加 2 1 1 板面重量计算板面重量计算 标志版单位重量为 8 04 kg m2 标志版重量 G1 194 07 N 0 1941 KN 2 1 2 横梁重量计算横梁重量计算 G2 1362 493 N 1 3625 KN 2 1 3 立柱重量计算立柱重量计算 G3 1085 101 N 1 0851 KN 2 1 4 计算上部总重量计算上部总重量 G G1 G2 G3 2641 665 N 2 6417 KN 3 风荷载计算风荷载计算 3 1 标志板风力标志板风力 F1 0 q 1 2 CV 2 WH 1000 3 690 KN 3 2 横梁风力横梁风力 F2 0 q 1 2 CV 2 WH 1000 0 134 KN 3 3 立柱风力立柱风力 F3 0 q 1 2 CV 2 WH 1000 0 315 KN 4 横梁设计计算横梁设计计算 4 1 荷载计算荷载计算 竖直荷载 G4 0 GG1 1 0 233 KN 均布荷载 1 0 GG2 H 1 0 454 KN m 水平荷载 Fwb F1 1 3 690 KN 水平均布荷载 2 F2 H 1 0 167 KN m 4 2 强度验算强度验算 计算横梁跟部由重力引起的剪力 Qy1 G4 1H 1 868 KN 计算由重力引起的弯矩 My1 G4 l2 l3 1 l12 2 3 455 KN m 式中 l1 横梁总长 l2 悬臂板面外的长度 l3 标志板一半长度 计算横梁跟部由风力引起的剪力 Qx1 Fwb 2 l2 3 824 KN 计算由风力引起的弯矩 Mx1 Fwb l2 l3 2 l22 2 8 172 KN m 4 3 横梁截面信息横梁截面信息 横梁截面积 A 4 461 10 3 m2 横梁截面惯性矩 I 1 130 10 5 m4 横梁截面模量 W 1 487 10 4 m3 4 4 计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩计算横梁根部所受的合成剪力和弯矩 合成剪力 Q Qx12 Qy12 4 256 KN 合成弯矩 M Mx12 My12 8 873 KN m 4 5 最大正应力验算最大正应力验算 横梁根部的最大正应力为 M W 59 675 MPa 215 000 MPa 满足设计要求 横梁根部的最大剪应力为 2 Q A 1 908 MPa 125 000 MPa 满足设计要求 根据第四强度理论 近似采用最大值即 max2 3 max2 59 767 MPa 215 000 MPa 满足 设计要求 4 6 变形验算变形验算 计算垂直绕度 fy G4 0 G l2 l3 2 3 l1 l2 l3 6EI 1 0 G l14 8EI 0 0040 m 计算水平绕度 fx Fwb 0 Q l2 l3 2 3 l1 l2 l3 6EI 2 0 Q l23 3l1 l2 6EI 0 0079 m 计算合成绕度 f fx2 fy2 0 009 m f L1 0 002 0 010 满足设计要求 5 立柱设计计算立柱设计计算 对立柱所受荷载计算如下 5 1 荷载计算荷载计算 垂直荷载 N 0 GG 3 170 KN 水平荷载 H F1 F2 F3 4 139 KN 水平弯矩 Mx F1 F2 L H 2 F3L 2 2 659 KN m 立柱根部由永久荷载引起的弯矩为 My My1 1 3 455 KN m 合成弯矩 M Mx2 My2 4 360 KN m 风载引起的合成扭矩 Mt Mx1 1 8 172 KN m 5 2 强度验算强度验算 立柱截面信息 立柱截面积 A 12 158 10 3 m2 立柱截面惯性矩 I 10 150 10 5 m4 立柱截面模量 W 7 436 10 4 m3 立柱截面回转半径模量 R I A 0 091 m 立柱截面惯性矩模量 Ip 2 I 2 03 10 4 m4 最大正应力验算 轴向荷载引起的正应力 c N A 0 261 MPa 弯矩引起的正应力 w M W 5 863 MPa 组合应力 Max c w 6 124 MPa 立柱根部的最大正应力为 M W 6 124 MPa 215 000 MPa 满足设计要求 最大剪应力验算 水平荷载引起的剪应力 Hmax 2 H A 0 681 MPa 扭矩引起的剪应力 tMax Mt 2 Ip 5 495 MPa 组合应力 Max Hmax tmax 6 176 MPa 立柱根部的最大剪应力为 Max 2 H A Mt D 2 Ip 6 176 MPa 125 000 MPa 满足设计 要求 危险点处应力验算 最大正应力位置点处 由扭矩产生的剪应力亦为最大 即 Max 6 124 MPa tMax 5 495 MPa 根据第四强度理论的组合应力为 4 2 3 2 11 318 MPa 215 000 MPa 满足设计要求 变形验算 由风荷载标准值引起的立柱顶部的水平位移 fp F1 F2 L H 2 2 3 L H 0 Q 6 EI F3L3 0 Q 8 EI 0 000 m 立柱端部的相对水平位移为 fp L 0 000 1 100 满足设计要求 立柱顶部扭转角 Mth 0 QG Ip 0 383 10 3 rad 标志结构最大总水平水平位移 f fx fp l1 0 009 m 标志结构最大相对水平位移为 fp L 0 009 0 017 满足设计要求 横梁垂直总位移计算 两根横梁间部分由横梁永久荷载产生的转角 Myh1 0 QEI 0 090 10 3 rad 单根横梁由此引起的垂直位移 fy l1 0 000 m 横梁垂直总位移 fn1 fy fy 0 004 m 6 立柱与横梁的连接计算立柱与横梁的连接计算 6 1 螺栓强度验算螺栓强度验算 6 1 1 螺栓数据螺栓数据 连接螺栓拟采用 A 级 级普通螺栓 8 M 24 查表得 单个螺栓受拉承载力设计值Ntb 59 93 KN 受剪 单剪 承载力设 计值Nvb 76 91 KN 合成剪力 Q 4 256 KN 合成弯距 8 873 KN m 螺栓孔数目 8 每个螺栓所受的剪力Nv 0 532 KN 基准角度 22 92 螺栓 1 y1 0 077 m 螺栓 2 y2 0 194 m 螺栓 3 y3 0 241 m 螺栓 4 y4 0 192 m 螺栓 5 y5 0 075 m 螺栓 6 y6 0 042 m 螺栓 7 y7 0 089 m 螺栓 8 y8 0 040 m 由各 y 值可见 y2 距旋转轴的距离最远 其拉力N Mby3 yi 2 Mb 为各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和 则Mb N yi2 y3 式中 yi2 y1 y2 y5 0 144 为受拉螺栓距旋转轴的距离和 以过悬臂法兰盘圆心 分别与 M 方向重合和垂直的两根直线为 x 和 y 轴 设受压区最大压应力为 cmax 则受压区压力对旋转轴产生的力矩 为 Mc c 2 0 012 y2 0 5 y 0 0760 dy 压应力合力绝对值为 Nc c 2 0 012 y2 0 5 dy 上式中 c 为距 x 轴和 y 距离处法兰受压区的压应力 c cmzx y 0 15 2 0 05 2 0 15 2 根据法兰盘的平衡条件 Mb Mc M Nc Ni 经整理 0 597N3 16 467 10 4 cmax 8872 646 3 230N3 19 038 10 3 cmax 0 解得 N3 10 124 KN cmax 1 718 MP 6 1 2 螺栓强度验算螺栓强度验算 Nv Nvb 2 Nmax Ntb 2 0 169 1 满足设计要求 拟定法兰盘厚度 20 0 mm 则单个螺栓承压力设计值为Ncb 192 00 KN Nv 0 53 KN Ncb 满足设计要求 6 2 法兰盘的确定法兰盘的确定 受压侧受力最大的法兰盘区格为三边支撑板 其自由边长 a2 2 0 33 sin 180 0 8 0 126 m 固定边长 b2 0 149 m b2 a2 1 180 m 查表得 0 120 因此 M cmaxa22 3 292 kN m m 法兰盘的厚度 t 6 Mmax fb1 0 010 m 0 020 m 满足设计要求 受拉侧法兰盘的厚度 由下式求得 t 6 Na Lai D 2 Lai fb1 0 0111 m 0 020 m 满足设计要求 6 3 加劲肋确定加劲肋确定 由受压区法兰盘的分布反力得到的剪力 Vi 0 126 0 149 1717559 878 sin 180 N 2 32 319 KN 螺栓拉力所产生的剪力Vi 10 12 KN 加劲肋高度 Hri 0 20 m 厚度 Tri 0 02 m 剪应力为 Vi HriTri 8 08 MPa fv 125 00 MPa 满足设计 要求 设加劲肋与标志立柱的竖向连接角焊缝尺寸Hf 8 00 mm 焊缝计算长度lw 490 00 mm 角焊缝的抗剪强度 Vi 2 0 7 helw 15 19 MPa 160 00 MPa 满足设计要求 7 柱脚强度验算柱脚强度验算 7 1 受力情况受力情况 铅垂力 G 0 GG 1 00 0 90 2641 66 2 38 kN 水平力 F 4 139 kN 合成弯距 M 4 360 kN 扭距 M 8 172 kN 7 2 底板法兰盘受压区的长度底板法兰盘受压区的长度 Xn 偏心距 e M G 4360 06 2377 50 1 834 m 法兰盘几何尺寸 L 0 800 m B 1 200 m Lt 0 100 m 基础采用 C30 砼 n Es Ec 206000 00 10 6 30000 00 106 6 867 地脚螺栓拟采用 12 M 30 规格 受拉地脚螺栓的总面积 Ae 4 5 606e 4 22 424 4 m2 受压区的长度 Xn 根据下式试算求解 Xn3 3 e L 2 Xn 2 6 n A e e L 2 Lt L Lt Xn B 0 式中 e 1 83 m L 0 80 m B 1 20 m n 6 87 Ae 22 42 10 4 m2 Lt 0 10 m 求解该方程 得Xn 0 143 m 7 3 底板法兰盘下的混凝土最大受压应力底板法兰盘下的混凝土最大受压应力 c 2 G