钢结构雨篷设计计算书

1、雨篷设计计算书钢结构雨篷设计计算书1 基本参数1.1 雨篷所在地区： 苏州地区；1.2 地面粗糙度分类等级： 按建筑结构荷载规范(GB50009-2012) A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；依照上面分类标准，本工程按B类地形考虑。2 雨篷荷载计算2.1 玻璃雨篷的荷载作用说明：玻璃雨篷承受的荷载包括：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。(1)自重：包括玻璃、连接件、附件等的自重，可以按照400N/m2估算：(2)风荷载：是垂直作用于雨篷表面的

2、荷载，按GB50009采用；(3)雪荷载：是指雨篷水平投影面上的雪荷载，按GB50009采用；(4)活荷载：是指雨篷水平投影面上的活荷载，按GB50009，可按500N/m2采用； 在实际工程的雨篷结构计算中，对上面的几种荷载，考虑最不利组合，有下面几种方式，取用其最大值： A：考虑正风压时： a.当永久荷载起控制作用的时候，按下面公式进行荷载组合： Sk+=1.35Gk+0.6×1.4wk+0.7×1.4Sk(或Qk) b.当永久荷载不起控制作用的时候，按下面公式进行荷载组合： Sk+=1.2Gk+1.4×wk+0.7×1.4Sk(或Qk) B：考虑负

3、风压时： 按下面公式进行荷载组合： Sk-=1.0Gk+1.4wk2.2 风荷载标准值计算：按建筑结构荷载规范(GB50009-2012)计算： wk+=gzzs1+w0 7.1.1-2GB50009-2012 2006年版 wk-=gzzs1-w0上式中： wk+：正风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； wk-：负风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：4m； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)： gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地： gz=0.92×(1+2f)

4、 其中：f=0.387×(Z/10)-0.12 B类场地： gz=0.89×(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： gz=0.85×(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地： gz=0.80×(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于B类地形，5m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16)=1.8844 z：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： A类场地： z=1.379×(Z/10)0.24

5、当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m； B类场地： z=(Z/10)0.32 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地： z=0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地： z=0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于B类地形，5m高度处风压高度变化系数： z=1.000×(Z/10)0.32=1 s1：局部风压体型系数，对于雨篷结构，按

6、规范，计算正风压时，取s1+=2；计算负风压时，取s1-=-2.0； 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况，当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时，局部风压体型系数s1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时，局部风压体型系数s1(A)可按面积的对数线性插值，即： s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 在上式中：当A10m2时取A=10m2；当A1m2时取A=1m2； w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012附表D.4(全国

7、基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，苏州地区取0.00045MPa；(1)计算构件的风荷载标准值： 构件的从属面积： A=3×1.5=4.5m2 LogA=0.653 sA1+(A)=s1+(1)+s1+(10)-s1+(1)logA =1.739 sA1-(A)=s1-(1)+s1-(10)-s1-(1)logA =1.739 wkA+=gzzsA1+w0 =1.8844×1×1.739×0.00045 =0.001474MPa wkA-=gzzsA1-w0 =1.8844×1×1.739×0.00045 =0.0

8、01474MPa(2)计算面板部分的风荷载标准值： 面板构件的从属面积： A=1.5×1.5=2.25m2 LogA=0.352 sB1+(A)=s1+(1)+s1+(10)-s1+(1)logA =1.859 sB1-(A)=s1-(1)+s1-(10)-s1-(1)logA =1.859 wkB+=gzzsB1+w0 =1.8844×1×1.859×0.00045 =0.001576MPa wkB-=gzzsB1-w0 =1.8844×1×1.859×0.00045 =0.001576MPa2.3 风荷载设计值计算： w

9、A+：正风压作用下作用在雨篷上的风荷载设计值(MPa)； wkA+：正风压作用下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； wA-：负风压作用下作用在雨篷上的风荷载设计值(MPa)； wkA-：负风压作用下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； wA+=1.4×wkA+ =1.4×0.001802 =0.002523MPa wA-=1.4×wkA- =1.4×0.001802 =0.002523MPa wB+：正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载设计值(MPa)； wkB+：正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa)； wB-：负风压作用下作用在雨

10、篷玻璃上的风荷载设计值(MPa)； wkB-：负风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa)； wB+=1.4×wkB+ =1.4×0.001927 =0.002698MPa wB-=1.4×wkB- =1.4×0.001927 =0.002698MPa2.4 雪荷载标准值计算： Sk：作用在雨篷上的雪荷载标准值(MPa) S0：基本雪压，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012取值，苏州地区50年一遇最大积雪的自重：0.0002MPa. r：屋面积雪分布系数，按表6.2.1，为2.0。 根据<<

11、建筑结构荷载规范>>GB50009-2012公式6.1.1屋面雪荷载标准值为： Sk=r×S0 =2.0×0.0002 =0.0004MPa2.5 雪荷载设计值计算： S：雪荷载设计值(MPa)； S=1.4×Sk =1.4×0.0004 =0.00056MPa2.6 雨篷面活荷载设计值： Q：雨篷面活荷载设计值(MPa)； Qk：雨篷面活荷载标准值取：500N/m2 Q=1.4×Qk =1.4×500/1000000 =0.0007MPa 因为SkQk，所以计算时活荷载参与正压组合！2.7 雨篷构件恒荷载设计值： G+：

12、正压作用下雨篷构件恒荷载设计值(MPa)； G-：负压作用下雨篷构件恒荷载设计值(MPa)； Gk：雨篷结构平均自重取0.0004MPa； 因为Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以： G+=1.2×Gk =1.2×0.0004 =0.00048MPa G-=Gk =0.0004MPa2.8 选取计算荷载组合：(1)正风压的荷载组合计算： SkA+：正风压作用下的荷载标准值组合(MPa)； SA+：正风压作用下的荷载设计值组合(MPa)； SkA+=Gk+wkA+0.7Qk =0.002552MPa SA+=G+wA+0.7Q =0.003493MPa SkB+：正风压

13、作用下的玻璃的荷载标准值组合(MPa)； SB+：正风压作用下的玻璃的荷载设计值组合(MPa)； SkB+=Gk+wkB+0.7Qk =0.002677MPa SB+=G+wB+0.7Q =0.003668MPa(2)负风压的荷载组合计算： SkA-：负风压作用下的荷载标准值组合(MPa)； SA-：负风压作用下的荷载设计值组合(MPa)； SkA-=Gk+wkA- =0.001402MPa SA-=G-+wA- =1.0Gk+1.4wkA- =0.002123MPa SkB-：负风压作用下的玻璃的荷载标准值组合(MPa)； SB-：负风压作用下的玻璃的荷载设计值组合(MPa)； SkB-=G

14、k+wkB- =0.001527MPa SB-=G-+wB- =1.0Gk+1.4wkB- =0.002298MPa(3)最不利荷载选取： SkA：作用在构件上的最不利荷载标准值组合(MPa)； SA：作用在构件上的最不利荷载设计值组合(MPa)； 按上面2项结果，选最不利因素(正风压情况下出现)： SkA=0.002552MPa SA=0.003493MPa SkB：作用在玻璃上的最不利荷载标准值组合(MPa)； SB：作用在玻璃上的最不利荷载设计值组合(MPa)； 按上面2项结果，选最不利因素(正风压情况下出现)： SkB=0.002677MPa SB=0.003668MPa3 雨篷杆件计

15、算基本参数： 1：计算点标高：4m； 2：力学模型：悬臂梁； 3：荷载作用：均布荷载(无拉杆作用)； 4：悬臂总长度：L=1500mm 6：分格宽度：B=1250mm7：悬臂梁用200*200*8*10 T型钢，材质：Q235；8：埋板用300*250*12mm厚钢板本处杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：3.1 结构的受力分析：(1)荷载集度计算： qk：组合荷载作用下的线荷载集度标准值(按矩形分布)(N/mm)； q：组合荷载作用下的线荷载集度设计值(按矩形分布)(N/mm)； Sk：组合荷载标准值(MPa)； S：组合荷载设计值(MPa)； B：分格宽度(mm)； qk=Sk

16、B =0.002552×1500 =3.828N/mm q=SB =0.003493×1500 =5.24N/mm(2)拉杆轴力计算： 由于拉杆在雨篷外力作用下在铰接点产生的位移量在垂直方向上的矢量代数和等于拉杆在轴力作用下产生的位移量在垂直方向上的矢量即： P：拉杆作用力在垂直方向上的分力(N)； qL4(3-4a/L+(a/L)4)/24EI-Pb3/3EI=PL拉杆/EA E：材料的弹性模量，为206000MPa； 3.2 选用材料的截面特性：(1)悬臂的截面特性： 材料的抗弯强度设计值：f=215MPa； 材料弹性模量：E=206000MPa； 主力方向惯性矩：I=

17、15260000mm4； 主力方向截面抵抗矩：W=181000mm3； 塑性发展系数：=1.05； 材料弹性模量：E=206000MPa；3.3 梁的抗弯强度计算：抗弯强度应满足： NL/A+Mmax/Wf上式中： NL：梁受到的轴力(N)； A：梁的截面面积(mm3)； Mmax：悬臂梁的最大弯矩设计值(N·mm)； W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；则： NL=Pctg =13551.688N NL/A+Mmax/W=13551.688/2867+4031812.5/1.05/181000 =25

18、.941MPa215MPa悬臂梁抗弯强度满足要求。3.4 梁的挠度计算：主梁的最大挠度可能在2点出现，其一是C点，另一点可能在AB段之间，下面分别计算：(1)C点挠度的验算： dfp：集中力作用下的C点挠度(mm)； dfq：均布荷载作用下的C点挠度(mm)； dfc：组合荷载作用下的C点挠度(mm)； dfp=Pb2L(3-b/L)/6EI =16.842mm dfq=qL4/8EI =16.877mm dfc=|dfp-dfq| =|16.842-16.877| =0.035mm df,lim：按规范要求，悬臂的挠度限值(mm)； df,lim=2L/250=24mm dfc=0.035m

19、mdf,lim=24mm悬臂梁件C点的挠度满足要求!(2)AB段最大挠度的验算： dfx：悬臂梁AB段挠度计算值(mm)； x：距固定端距离为x处(最大挠度处)； 经过计算机的优化计算，得： x=1419mm dfx=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3×(2-3(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI| =0.382mm dfx=0.382mmdf,lim=24mm悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求!4 雨篷焊缝计算基本参数： 1：焊缝高度：hf=6mm； 2：焊缝有效截面抵抗矩：W=128000mm3； 3：焊缝有效截面积：A=2200mm2；4.1 受力分析

20、： V：固端剪力(N)； NL：轴力(mm)，拉为正、压为负； M：固端弯矩(N·mm)； |V|=|P-qL| =|7819.275-5.24×3000| =7900.725N NL=13551.688N |M|=|Pb-qL2/2| =4031812.5N·mm4.2 焊缝校核计算：校核依据： (f/f)2+f2)0.5ffw 7.1.3-3GB50017-2003上式中： f：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)； f：正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22； f：按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力(MPa)； ffw：角焊缝的

21、强度设计值(MPa)； (f/f)2+f2)0.5 =(M/1.22W+NL/1.22A)2+(V/A)2)0.5 =(4031812.5/1.22/128000+13551.688/1.22/2200)2+(7900.725/2200)2)0.5 =31.076MPa 31.076MPaffw=160MPa焊缝强度能满足要求。5 雨篷埋件计算(后锚固结构)5.1 校核处埋件受力分析： V：剪力设计值(N)； N：轴向拉(压)力设计值(N)，本处为轴向压力； M：根部弯矩设计值(N·mm)；根据前面的计算，得： N=13551.688N V=7900.725N M=4031812.5

22、N·mm锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算： 按5.2.2JGJ145-2004规定，在轴心拉力和弯矩共同作用下(下图所示)，进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：1：当N/n-My1/yi20时：Nsdh=N/n+My1/yi22：当N/n-My1/yi2<0时：Nsdh=(NL+M)y1/yi/2在上面公式中：M：弯矩设计值；Nsdh：群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；y1，yi：锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；y1/，yi/：锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；L：轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；在本例中：N/n-My1/yi2=1

23、3551.688/4-4031812.5×75/22500=-10051.453因为： -10051.453<0所以： Nsdh=(NL+M)y1/yi/2=16827.297N按JGJ102-2003的5.5.7中第七条规定，这里的Nsdh再乘以2就是现场实际拉拔应该达到的值。5.2 群锚受剪内力计算： 按5.3.1JGJ145-2004规定，当边距c10hef时，所有锚栓均匀分摊剪切荷载； 当边距c<10hef时，部分锚栓分摊剪切荷载；其中：hef：锚栓的有效锚固深度；c：锚栓与混凝土基材之间的距离；本例中：c=200mm<10hef=1000mm所以部分螺栓受

24、剪，承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：Vsdh=V/m=3950.362N锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算：NRd,s=kNRk,s/RS,N 6.1.2-1JGJ145-2004NRk,s=Asfstk 6.1.2-2JGJ145-2004上面公式中：NRd,s：锚栓钢材破坏时的受拉承载力设计值；NRk,s：锚栓钢材破坏时的受拉承载力标准值； k：地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5JGJ145-2004选取；As：锚栓应力截面面积；fstk：锚栓极限抗拉强度标准值；RS,N：锚栓钢材受拉破坏承载力分项系数；NRk,s=Asfstk =113.1×800 =90480NRS,

25、N=1.2fstk/fyk1.4 表4.2.6JGJ145-2004fyk：锚栓屈服强度标准值； RS,N=1.2fstk/fyk =1.2×800 /640=1.5 取：RS,N=1.5 NRd,s=kNRk,s/RS,N =1×90480/1.5 =60320NNsdh=16827.297N锚栓钢材受拉破坏承载力满足设计要求！混凝土锥体受拉破坏承载力计算： 因锚固点位于结构受拉面，而该结构为普通混凝土结构，故锚固区基材应判定为开裂混凝土。混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算： NRd,c=kNRk,c/Rc,NNRk,c=NRk,c0

26、5;Ac,N/Ac,N0×s,Nre,Nec,Nucr,N在上面公式中：NRd,c：混凝土锥体破坏时的受拉承载力设计值；NRk,c：混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值； k：地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5JGJ145-2004选取； Rc,N：混凝土锥体破坏时的受拉承载力分项系数，按表4.2.6JGJ145-2004采用，取2.15； NRk,c0：开裂混凝土单锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值； NRk,c0=7.0×fcu,k0.5×hef1.5(膨胀及扩孔型锚栓) 6.1.4JGJ145-2004 NRk,c0=3.0×

27、fcu,k0.5×(hef-30)1.5(化学锚栓) 6.1.4条文说明JGJ145-2004其中： fcu,k：混凝土立方体抗压强度标准值，当其在45-60MPa间时，应乘以降低系数0.95； hef：锚栓有效锚固深度； NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×(hef-30)1.5 =9623.409NAc,N0：混凝土破坏锥体投影面面积，按6.1.5JGJ145-2004取； scr,N：混凝土锥体破坏情况下，无间距效应和边缘效应，确保每根锚栓受拉承载力标准值的临界间矩。 scr,N=3hef =3×100 =300mmAc,N0=scr,N2 =

28、3002 =90000mm2Ac,N：混凝土实有破坏锥体投影面积，按6.1.6JGJ145-2004取：Ac,N =(c1+s1+0.5×scr,N)×(c2+s2+0.5×scr,N)其中： c1、c2：方向1及2的边矩； s1、s2：方向1及2的间距； ccr,N：混凝土锥体破坏时的临界边矩，取ccr,N=1.5hef=1.5×100=150mm； c1ccr,N c2ccr,N s1scr,N s2scr,NAc,N=(c1+s1+0.5×scr,N)×(c2+s2+0.5×scr,N) =(150+200+0.5&#

29、215;300)×(100+150+0.5×300) =200000mm2s,N：边矩c对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.7JGJ145-2004采用： s,N=0.7+0.3×c/ccr,N1 (膨胀及扩孔型锚栓) 6.1.7JGJ145-2004 s,N=1 (化学锚栓) 6.1.7条文说明JGJ145-2004其中c为边矩，当为多个边矩时，取最小值，且需满足cmincccr,N，按6.1.11JGJ145-2004： 对于膨胀型锚栓(双锥体) cmin=3hef 对于膨胀型锚栓 cmin=2hef 对于扩孔型锚栓 cmin=hefs,N=0.7+0.3&

30、#215;c/ccr,N1 =0.7+0.3×150/150 =1所以，s,N取1。re,N：表层混凝土因为密集配筋的玻璃作用对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.8JGJ145-2004采用，当锚固区钢筋间距s150mm或钢筋直径d10mm且s100mm时，取1.0；re,N=0.5+hef/2001 =0.5+100/200 =1所以，re,N取1。ec,N：荷载偏心eN对受拉承载力的降低影响系数，按6.1.9JGJ145-2004采用； ec,N=1/(1+2eN/scr,N)=1ucr,N：未裂混凝土对受拉承载力的提高系数，按规范对于非化学锚栓取1.4，对化学锚栓取2.44；

31、把上面所得到的各项代入，得：NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×s,Nre,Nec,Nucr,N =9623.409×200000/90000×1×1×1×2.44 =52180.262N NRd,c=kNRk,c/Rc,N =1×52180.262/2.15 =24269.889NNsdg=13551.688N所以，群锚混凝土锥体受拉破坏承载力满足设计要求！5.3 锚栓钢材受剪破坏承载力计算： VRd,s=kVRk,s/Rs,V 6.2.2-1JGJ145-2004其中： VRd,s：钢材破坏时的受剪

32、承载力设计值； VRk,s：钢材破坏时的受剪承载力标准值； k：地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5JGJ145-2004选取； Rs,V：钢材破坏时的受剪承载力分项系数，按表4.2.6JGJ145-2004选用： Rs,V=1.2fstk/fyk 表4.2.6JGJ145-2004按规范，该系数要求不小于1.25、fstk800MPa、fyk/fstk0.8；对本例， Rs,V=1.2fstk/fyk 表4.2.6JGJ145-2004=1.2×800/640=1.5实际选取Rs,V=1.5； VRk,s=0.5Asfstk 6.2.2-2JGJ145-2004 =0.5&

33、#215;113.1×800 =45240N VRd,s=kVRk,s/Rs,V =1×45240/1.5 =30160NVsdg=7900.725N所以，锚栓钢材受剪破坏承载力满足设计要求！混凝土楔形体受剪破坏承载力计算： VRd,c=kVRk,c/Rc,V 6.2.3-1JGJ145-2004VRk,c=VRk,c0×Ac,V/Ac,V0×s,Vh,Va,Vec,Vucr,V 6.2.3-2JGJ145-2004在上面公式中： VRd,c：构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力设计值；VRk,c：构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力标准值； k：地震作用下锚固

34、承载力降低系数，按表7.0.5JGJ145-2004选取； Rc,V：构件边缘混凝土破坏时的受剪承载力分项系数，按表4.2.6JGJ145-2004采用，取1.8； VRk,c0：混凝土理想楔形体破坏时的受剪承载力标准值，按6.2.4JGJ145-2004采用； Ac,V0：单锚受剪，混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积，按6.2.5JGJ145-2004采用； Ac,V：群锚受剪，混凝土理想楔形体破坏时在侧向的投影面积，按6.2.6JGJ145-2004采用； s,V：边距比c2/c1对受剪承载力的影响系数，按6.2.7JGJ145-2004采用； h,V：边厚比c1/h对受剪承载力的影响

35、系数，按6.2.8JGJ145-2004采用； a,V：剪切角度对受剪承载力的影响系数，按6.2.9JGJ145-2004采用； ec,V：偏心荷载对群锚受剪承载力的降低影响系数，按6.2.10JGJ145-2004采用； fucr,V：未裂混凝土级锚区配筋对受剪承载力的提高影响系数，按6.2.11JGJ145-2004采用；下面依次对上面提到的各参数计算：c1=150mmc2=100mms,V=0.7+0.3×c2/1.5c11 6.2.7JGJ145-2004 =0.7+0.3×100/1.5/150 =0.833<1取： s,V=0.833VRk,c0=0.45

36、×(dnom)0.5(lf/dnom)0.2(fcu,k)0.5c11.5 6.2.4JGJ145-2004其中：dnom：锚栓外径(mm)；lf：剪切荷载下锚栓有效长度，取lfhef，且lf8d，本处取96mm； VRk,c0=0.45×(dnom)0.5(lf/dnom)0.2(fcu,k)0.5c11.5 =0.45×(12)0.5(96/12)0.2(30)0.5×1501.5 =23774.897NAc,V0=4.5c12 6.2.5JGJ145-2004 =4.5×1502 =101250mm2Ac,V=(1.5c1+s2+c2)×h 6.2.6-3JGJ145-2004 =(1.5×15