金属屋面工程-铝镁锰板--力学计算书.doc

办公楼节能改造金属屋面工程力学计算书2009年11月19日目 录第一章、结构深化设计依据1第二章、铝镁锰金属面板强度计算3第三章、彩色压型钢底板强度计算6第四章、屋面檩条强度、刚度计算8第五章、挑檐次结构计算131.计算简图132.几何信息133.荷载信息154.内力位移计算结果185.设计验算结果28第六章、构件连接计算331. T型支座计算332.自攻钉计算343.焊缝计算35第一章、结构深化设计依据一、设计院提供的相关图纸。二、国家相关的标准及规范民用建筑设计通则 GB 503522005房屋建筑制图统一标准 GB/T 50001-2001建筑制图标准 GB/T50104-2001屋面工程技术规范 GB50345-2004镀锌钢板(带)镀层重量测定方法 GB/T1839彩色涂层钢板和钢带试验方法 GB/T13448-2006低合金高强结构钢 GB/T1591-1994连续热镀锌钢板及钢带 GB/T2518-2004建筑用硅酮结构密封胶 GB/T16776-2005压型金属板设计施工规范 TBJ216-88金属屋面的设计和安装规范 AS1562建筑幕墙 GB/T 21086-2007玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003钢结构工程施工质量验收规范 GB50205-2001建筑结构荷载规范 GB50009-2001（2006年版）建筑工程施工质量验收统一标准 GB50300-2001建筑装饰装修工程质量验收规范 GB50210-2001铝合金建筑型材 GB5237 -2004铝及铝合金彩色涂层板、带材 YS/T431-2000变形铝及铝合金牌号表示方法 GB/T16474-1996变形铝合金状态代号 GB/T16475-1996铝及铝合金阳极氧化阳极氧化膜总规范 GB8013建筑橡胶密封垫预成型实心硫化的结构密封垫用材料规范GB10711建筑窗用弹性密封剂 JC485-2007硫化橡胶或热塑橡胶撕裂强度的测定 GB/T529-1999 橡胶邵尔A型硬度试验方法 GB531硫化橡胶密度的测定 GB/T533-1991碳素结构钢 GB/ T700- 2006优质碳素结构钢 GB699-1999合金结构钢 GB3077-1999碳素结构钢和低合金结构冷轧薄钢板及钢带 GB/T912-1989碳素结构钢和低合金结构冷轧厚钢板及钢带 GB/T3274-2007不锈钢棒 GB/T1220-2007 不锈钢冷加工棒 GB/T4226-1984不锈钢冷轧钢板及钢带 GB/T3280-2007不锈钢热轧钢板及钢带 GB/T4237-2007冷顶锻用不锈钢丝 GB/T4232-1993金属弯曲试验方法 GB/T232-1999金属拉伸试验方法 GB/T228冷弯薄壁型钢结构技术规范 GBJ18高耐候结构钢 GB/T4171-2000焊接结构用耐候钢 GB/T4172-2000紧固件螺栓和螺钉 GB/T5277紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺栓 GB/T3098.6-2000紧固件机械性能 不锈钢螺母 GB/T3098.15-2000铝合金门插锁 QB/T3885-1999铝合金撑档 QB/T3887-1999铝合金窗锁 QB/T3900-1999建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法 GB/T15227-2007建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T18250-2000建筑幕墙抗震性能震动台试验方法 GB/T18576-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2001（2008-8-1局部修订）钢结构设计规范 GB50017-2003紧固件机械性能自攻螺钉 GB/T 3098.5其余国家和地区有关建筑结构设计、施工验收规范、规程第二章、铝镁锰金属面板强度计算因本工程屋面板均采用0.9厚400板宽的铝锰镁合金屋面板,且构造相同只验处檩距最大工况满足即可。1.基本数据 屋面最高处标高 35.00 m b.荷载 活载q0= 0.50 kN/m2 施工、检修荷载P1= 1.00 kN 基本风压0= 0.40 kN/m2 0.9mm厚铝合金屋面板 0.03 kN/m2 c.材料力学特性 铝合金设计强度fy= 180.00 N/mm2 铝合金弹性模量E= 6.90E+04 N/mm2 2.普通面板和底板验算 2.1屋面铝合金板，型号：65/400，t= 0.90 mm 檩距取l= 1.58 m 2.1.1荷载计算 a.恒载 面板自重 0.033 kN/m2 b.活荷载、检修荷载见基本数据 c.风荷载(按GB50009-2001(2006版),地面粗糙度取B类)： 设计高度H1= 35.00 m 风压高度变化系数z= 1.49 风压高度阵风系数gz= 1.00 风载体型系数sl= -0.80 风荷载计算：gzslz0= -0.48 kN/m2 d.抗震要求参照相关规范采用构造设计 2.2荷载组合 a.1.2恒荷载+1.4活荷载 均布荷载标准值qk1= 0.53 kN/m2 均布荷载设计值q1= 0.74 kN/m2 经查厂家荷载表（附表二0.9mm厚度）可知计算满足。 b.1.2恒荷载+1.4施工检修荷载 均布荷载标准值qk2= 0.033 kN/m2 集中荷载标准值pk2= 1.00 kN均布荷载设计值q2= 0.040 kN/m2 集中荷载设计值p2= 1.40 kN将集中荷载P按内力等效原则转化为均布荷载q为： q=2P/l=21.4/1.68= 1.67 kN/m (参结构静力手册) 均布荷载转化为面荷载q2 1.67 kN/m 板面上荷载设计值(q2+q2) 1.71 kN/m 经查厂家荷载表（附表二0.9mm厚度）可知计算满足。 c.1.0恒荷载+1.4风荷载(负风压） 均布荷载标准值qk3= -0.44 kN/m2 均布荷载设计值q3= -0.63 kN/m2 经查厂家荷载表（附表一0.9mm厚度）可知计算满足。第三章、彩色压型钢底板强度计算1.基本数据 屋面最高处标高 35.00 m b.荷载 屋面施工时应搭设跳板等措施,不得直接作用在底板上。底板计算时不再考虑活荷载和施工荷载。基本风压0= 0.40 kN/m2 50mm玻璃棉吸音层 0.006 kN/m2 0.5mm压型钢承板 0.04 kN/m2 其它配件 0.01 kN/m2 c.材料力学特性 钢材设计强度fy= 205.00 N/mm2 铝合金弹性模量E= 2.06E+05 N/mm2 2.底板验算 2.1下层底板，型号：YX15-225-900， t=0.5 mm 有效截面特性： Ief= 16425.00 mm4 Wef= 1513.12 mm3 板跨取l= 1.58m 底板自重 0.015 kN/m2 2.2荷载计算 a.恒载竖向总值 下层板自重0.015 kN/m 50mm玻璃棉吸音层 0.005 kN/m 配件 0.005 kN/m 0.025 kN/m c.风荷载 设计高度H1= 35.00 m 风压高度变化系数z= 1.49 风压高度阵风系数gz= 1.00 风载体型系数s= 0.20 建筑物内表面 风荷载计算：gzsz0= 0.13 kN/m2 2.2.2荷载组合 a.1.2恒载 均布荷载标准值qk1= 0.02 kN/m 均布荷载设计值q1= 0.03 kN/m b1.2恒载+1.4风荷载 均布荷载标准值qk= 0.16 kN/m 均布荷载设计值q= 0.21 kN/m 2.2.3内力计算 组合a： M= q1l12/8=0.143.02/8= 0.01 kN.m 组合b： M= ql2/8=0.333.02/8= 0.07 kN.m 2.2.4强度验算(取最不利组合） 最大应力Mx/Wex= 6.16 205.00 N/mm2(符合要求) 2.2.5挠度验算 max=5qkl4/(384EIx)= 0.60 l/200= 7.90 mm（符合要求） 第四章、屋面檩条强度、刚度计算因本工程屋面檩条型号一致，只验间距和跨度最大的位置满足即可。1.基本数据檩条间距为1.58m；檩条的跨度为3.6m；檩条截面采用：C-120*50*20*2.5-Q235；以下为截面的基本参数：A(cm2)=5.98e0(cm)=4.03Ix(cm4)=129.4ix(cm)=4.65Wx(cm3)=21.57Iy(cm4)=20.96iy(cm)=1.87Wy1(cm3)=12.28Wy2(cm3)=6.36It(cm4)=0.1246Iw(cm6)=660.9没有布置拉条；屋面的坡度角为3度；净截面折减系数为0.98；能构造保证檩条下翼缘在风吸力下的稳定性（檩条底面有压型钢板）；简图如下所示：2.荷载组合及荷载标准值考虑恒载工况(D)、活载工况(L)、风载工况(W)；强度验算时考虑以下荷载工况组合：1.2D+1.4L1.2D+1.4L+0.84W1.2D+0.98L+1.4W1.35D+0.98LD+1.4W挠度验算时考虑以下荷载工况组合：D+LD+W恒载：面板自重: 0.2kN/m2自动考虑檩条自重；活载：屋面活载: 0.5kN/m2雪荷载: 0.35kN/m风载：基本风压: 0.4kN/m2体型系数-0.8，风压高度变化系数1.49风振系数为1；风压综合调整系数1.05；风载标准值：-0.81.4911.050.4=-0.5006kN/m2；3.受弯强度验算最不利工况为：1.2D+1.4L最不利截面位于，离开首端1800mm绕3轴弯矩：M3= 2.493kNm绕2轴弯矩：M2= 0.1318kNm计算当前受力下有效截面：毛截面应力计算1=2.493/21.571000-(0.1318)/12.281000=104.86N/mm2（上翼缘支承边）2=2.493/21.571000+(0.1318)/6.361000=136.308N/mm2（上翼缘卷边边）3=-(2.493)/21.571000-(0.1318)/12.281000=-126.321N/mm2（下翼缘支承边）4=-(2.493)/21.571000+(0.1318)/6.361000=-94.873N/mm2（下翼缘卷边边）计算上翼缘板件受压稳定系数k支承边应力：1=104.86N/mm2非支承边应力：2=136.308N/mm2较大的应力：max=136.308N/mm2较小的应力：min=104.86N/mm2较大的应力出现在非支承边压应力分布不均匀系数：=min/max=104.86/136.308=0.7693部分加劲板件，较大应力出现在非支承边，-1时，k=1.15-0.22+0.0452=1.15-0.220.7693+0.0450.76932=1.007计算下翼缘板件受压稳定系数k支承边应力：1=-126.321N/mm2非支承边应力：2=-94.873N/mm2全部受拉，不计算板件受压稳定系数计算腹板板件受压稳定系数k第一点应力：1=-126.321N/mm2第二点应力：2=104.86N/mm2较大的应力：max=104.86N/mm2较小的应力：min=-126.321N/mm2压应力分布不均匀系数：=min/max=-126.321/104.86=-1.205在计算k时，当0，故=1.15-0.150.7693=1.035Bc=50=(2051.4241.007/136.308)0.5=1.469B/t=50/2.5=20=1.0351.469=1.52B/t18，有效宽度Be=50全板件有效计算下翼缘板件有效宽度全部受拉，全部板件有效。计算腹板板件有效宽度=50/120(23.87/1.007)0.5=2.0281.1，故k1=0.11+0.93/(2.028-0.05)2=0.3476=-1.2050，故=1.15Bc=120/1-(-1.205)=54.43=(2050.347623.87/104.86)0.5=4.028B/t=120/2.5=48=1.154.028=4.632B/t18，有效宽度Be=54.43全板件有效扣除失效板件，计算可知Wex=21.567cm3Wey1=12.28cm3Wey2=6.36cm3Ae=5.98cm2考虑净截面折减：Wenx=21.135cm3Weny1=12.034cm3Weny2=6.233cm3Aen=5.86cm21=2.493/21.135103-(0.1318)/12.034103=107.019N/mm22=2.493/21.135103+(0.1318)/6.233103=139.108N/mm23=-(2.493)/21.135103-(0.1318)/12.034103=-128.917N/mm24=-(2.493)/21.135103+(0.1318)/6.233103=-96.827N/mm2139.108205，合格！4. 2轴挠度验算最不利工况为：D+L最不利截面位于，离开首端1800mm挠度限值为：3600/150=24mm挠度为：9.487mm9.48724，合格！5. 2轴长细比验算2轴长细比为：3600/18.7=192.513192.513200，合格！6. 3轴长细比验算3轴长细比为：3600/46.5=77.41977.419200，合格！第五章、挑檐次结构计算屋面檐口次结构采用同济大学的3D3S进行建模计算1.计算简图 计算简图 (圆表示支座，数字为节点号) 节点编号图 单元编号图2.几何信息 各节点信息如下表：节点号x坐标(m)y坐标(m)z坐标(m)x向约束y向约束z向约束绕x约束绕y约束绕z约束10.6861.9660.181 20.6691.9660.038 30.2281.9660.242 40.6281.9660.242 52.1151.9661.045 62.1421.9660.505 71.5161.9661.015 81.5431.9660.475 93.6801.9661.127 103.7071.9660.583 112.1541.966-0.134 122.1341.9660.254 130.6741.9660.627 140.3101.9660.459 150.2751.9660.425 160.2481.9660.384 170.2311.9660.339 180.2241.9660.290 190.2431.9660.195 200.2681.9660.153 210.3011.9660.117 220.3411.9660.089 230.3861.9660.071 244.1501.966-0.035 253.6311.9660.329 263.6501.966-0.060 274.1301.9660.354 280.7641.9660.432 各单元信息如下表：单元号截面名称长度(m)面积(mm2)绕2轴惯性矩(x104mm4)绕3轴惯性矩(x104mm4)绕2轴计算长度系数绕3轴计算长度系数小节点释放大节点释放1方50x2.500001.000-Ry Rz2方50x2.50.21545817171.0001.000Ry Rz-3矩空40*30*20.40045817171.0001.000-4方50x2.50.54145817171.0001.000Ry Rz-5方50x2.50.54145817171.0001.000Ry Rz-6方50x2.50.54445817171.0001.000Ry Rz-7方50x2.50.38845817171.0001.000Ry Rz-8方50x2.50.28545817176.2431.000-9方50x2.50.92745817171.4331.000-10方50x2.50.40145817173.3101.000-11矩空40*30*20.049254541.0001.000-12矩空40*30*20.049254541.0001.000-13矩空40*30*20.049254541.0001.000-14矩空40*30*20.049254541.0001.000-15矩空40*30*20.049254541.0001.000-16矩空40*30*20.049254541.0001.000-17矩空40*30*20.049254541.0001.000-18矩空40*30*20.049254541.0001.000-19矩空40*30*20.049254541.0001.000-20矩空40*30*20.049254541.0001.000-21方50x2.50.50045817173.9971.000-22方50x2.51.49445817171.1911.000-23方50x2.50.38945817171.0001.000-Ry Rz24方50x2.50.38945817171.0001.000Ry Rz-25方50x2.50.60045817173.6111.000-26方50x2.51.56745817171.3831.000-27方50x2.51.49945817171.3341.000-3.荷载信息 结构重要性系数： 1.00 *以下为单元荷载汇总表: 单位：力(kN)；分布力(kN/m)；弯距(kN.m)；分布弯距(kN.m/m)第 0 工况单元荷载表单元号工况号类型方向Q1Q2X1X280均布荷载Z-0.1-0.10.00.090均布荷载Z-0.1-0.10.00.0100均布荷载Z-0.1-0.10.00.0110均布荷载Z-0.1-0.10.00.0120均布荷载Z-0.1-0.10.00.0130均布荷载Z-0.1-0.10.00.0140均布荷载Z-0.1-0.10.00.0150均布荷载Z-0.1-0.10.00.0160均布荷载Z-0.1-0.10.00.0170均布荷载Z-0.1-0.10.00.0180均布荷载Z-0.1-0.10.00.0190均布荷载Z-0.1-0.10.00.0200均布荷载Z-0.1-0.10.00.0210均布荷载Z-0.1-0.10.00.0220均布荷载Z-0.1-0.10.00.0250均布荷载Z-0.1-0.10.00.0260均布荷载Z-0.1-0.10.00.0270均布荷载Z-0.1-0.10.00.0第 2 工况单元荷载表单元号工况号类型方向Q1Q2X1X292均布荷载X-1.5-1.50.00.092均布荷载Z3.23.20.00.0102均布荷载X-1.5-1.50.00.0102均布荷载Z3.23.20.00.0112均布荷载X-2.4-2.40.00.0112均布荷载Z2.52.50.00.0122均布荷载X-2.9-2.90.00.0122均布荷载Z1.91.90.00.0132均布荷载X-3.3-3.30.00.0132均布荷载Z1.21.20.00.0142均布荷载X-3.5-3.50.00.0142均布荷载Z0.50.50.00.0152均布荷载X3.53.50.00.0152均布荷载Z0.30.30.00.0252均布荷载X-0.2-0.20.00.0252均布荷载Z3.53.50.00.0262均布荷载X-0.2-0.20.00.0262均布荷载Z3.53.50.00.0第 3 工况单元荷载表单元号工况号类型方向Q1Q2X1X283均布荷载X-0.3-0.30.00.083均布荷载Z-2.9-2.90.00.0163均布荷载X-2.8-2.80.00.0163均布荷载Z-0.9-0.90.00.0173均布荷载X-2.5-2.50.00.0173均布荷载Z-1.5-1.50.00.0183均布荷载X-2.1-2.10.00.0183均布荷载Z-2.0-2.00.00.0193均布荷载X-1.7-1.70.00.0193均布荷载Z-2.4-2.40.00.0203均布荷载X-1.1-1.10.00.0203均布荷载Z-2.7-2.70.00.0213均布荷载X0.10.10.00.0213均布荷载Z-2.9-2.90.00.0223均布荷载X-0.3-0.30.00.0223均布荷载Z-2.9-2.90.00.0273均布荷载X0.10.10.00.0273均布荷载Z-2.9-2.90.00.0 *以下为单元荷载图: 单位：力(kN)；分布力(kN/m)；弯距(kN.m)；分布弯距(kN.m/m)第 0 工况单元荷载简图第 2 工况单元荷载简图第 3 工况单元荷载简图 荷载组合 (1) 1.20 恒载 (2) 1.00 恒载 + 1.40 风载工况2 + 1.40 风载工况34.内力位移计算结果4.1内力 最不利内力表 (单位：N、Q(kN)；M(kN.m)；位置(m)单元号名称组合号序号位置轴力N剪力Q2剪力Q3弯距M2弯距M3N最大210.05.20.00.00.0-0.01M3最大110.00.30.00.00.00.0N最小110.10.3-0.00.00.00.0M3最小110.10.30.00.00.0-0.0N最大210.04.90.0-0.00.00.02M3最大110.2-0.2-0.00.00.00.0N最小110.2-0.2-0.00.00.00.0M3最小110.1-0.2-0.00.00.0-0.0N最大210.02.30.20.00.00.13M3最大210.02.30.20.00.00.1N最小110.00.10.00.00.00.0M3最小210.42.30.20.00.00.0N最大210.07.60.00.00.00.04M3最大110.0-0.30.00.00.00.0N最小110.5-0.3-0.00.00.0-0.0M3最小110.3-0.30.00.00.0-0.0N最大210.01.60.00.00.00.05M3最大110.5-0.0-0.00.00.00.0N最小110.5-0.0-0.00.00.00.0M3最小110.3-0.0-0.00.00.0-0.0N最大210.03.00.00.00.00.06M3最大110.0-0.10.00.00.00.0N最小110.5-0.1-0.00.00.0-0.0M3最小110.3-0.10.00.00.0-0.0N最大210.46.9-0.00.00.0-0.07M3最大110.40.2-0.00.00.00.0N最小110.00.20.00.00.00.0M3最小110.20.2-0.00.00.0-0.0N最大110.3-0.00.10.00.00.08M3最大210.0-0.62.3-0.00.00.5N最小210.0-0.62.3-0.00.00.5M3最小110.3-0.00.10.00.00.0N最大110.0-0.00.00.00.00.09M3最大210.4-0.80.10.00.00.3N最小210.9-0.82.6-0.0-0.0-0.5M3最小210.9-0.82.6-0.0-0.0-0.5N最大110.0-0.10.10.00.00.010M3最大210.4-0.8-0.3-0.0-0.00.1N最小210.4-0.8-0.3-0.0-0.00.1M3最小210.0-0.8-2.30.0-0.0-0.5N最大110.0-0.10.00.00.00.011M3最大210.0-0.90.00.00.00.1N最小210.0-0.90.2-0.0-0.00.1M3最小110.0-0.10.00.00.00.0N最大110.0-0.10.10.00.00.012M3最大210.0-0.80.40.0-0.00.1N最小210.0-0.80.6-0.0-0.00.0M3最小110.0-0.10.10.00.00.0N最大110.0-0.10.10.00.00.013M3最大210.0-0.70.80.0-0.00.0N最小210.0-0.71.0-0.0-0.0-0.0M3最小210.0-0.71.0-0.0-0.0-0.0N最大110.0-0.10.10.00.00.014M3最大110.0-0.10.10.00.00.0N最小210.0-0.51.4-0.0-0.0-0.1M3最小210.0-0.51.4-0.0-0.0-0.1N最大110.0-0.00.10.00.0-0.015M3最大210.0-0.21.20.0-0.00.1N最小210.0-0.21.20.0-0.00.1M3最小110.0-0.00.10.00.0-0.0N最大110.0-0.1-0.00.00.0-0.016M3最大210.0-0.80.90.0-0.00.0N最小210.0-0.80.7-0.0-0.0-0.0M3最小210.0-0.80.7-0.0-0.0-0.0N最大110.0-0.1-0.10.00.0-0.017M3最大110.0-0.1-0.10.00.0-0.0N最小210.0-1.00.3-0.0-0.0-0.0M3最小210.0-1.00.3-0.0-0.0-0.0N最大110.0-0.1-0.10.00.0-0.018M3最大110.0-0.1-0.10.00.00.0N最小210.0-1.0-0.1-0.0-0.0-0.0M3最小210.0-1.0-0.00.00.0-0.0N最大110.0-0.1-0.10.00.00.019M3最大110.0-0.1-0.10.00.00.0N最小210.0-1.0-0.5-0.0-0.0-0.0M3最小210.0-1.0-0.30.0-0.0-0.0N最大110.0-0.0-0.10.00.00.020M3最大210.0-0.8-0.9-0.0-0.00.0N最小210.0-0.8-0.9-0.0-0.00.0M3最小210.0-0.8-0.70.0-0.0-0.0N最大210.0-0.0-0.1-0.00.0-0.021M3最大210.5-0.0-2.20.00.00.6N最小110.5-0.0-0.10.00.00.0M3最小210.0-0.0-0.1-0.00.0-0.0N最大110.0-0.00.10.00.00.122M3最大211.5-0.6-3