采光顶(阳光房)钢结构计算书

1、某大型采光顶(阳光房钢结构计算书 强度计算信息采光顶设计计算书计算:校核:审核:公司名称:克莱斯科北京门窗有限公司二一X年X月X日目录一、风荷载计算.错误!未定义书签。强度计算信息采光顶设计计算书一、计算依据及说明1.工程概况说明工程名称:工程名称工程所在城市:北京公司地址:北京市通州区马驹桥镇姚辛庄工程所属建筑物地区类别:C类工程所在地区抗震设防烈度:9度工程基本风压:0.45kN/m2工程强度校核处标高:10m2.设计依据建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版建筑设计防火规范GB50016-2006建筑用不锈钢绞线JG/T200-2007建筑幕墙GB/T21086-2007

2、建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程JGJ/T151-2008不锈钢棒GB/T1220-2007混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓JG160-2004铝合金结构设计规范GB50429-2007建筑陶瓷薄板应用技术规程JGJ/T172-2009建筑玻璃采光顶JG/T231-2008建筑抗震设计规范GB50011-2001(2008年版建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001钢结构设计规范GB50017-2003玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003塑料门窗工程技术规程JGJ103-2008中空玻璃稳态U值(传热系数的计算和测定GB/T22476-2008玻璃幕墙工程质量检验标准JGJ/T139

3、-2001金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001建筑制图标准GB/T50104-2001建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009全玻璃幕墙工程技术规程DBJ/CT014-2001点支式玻璃幕墙工程技术规程CECS127:2001点支式玻幕墙支承装置JC1369-2001吊挂式玻幕墙支承装置JC1368-2001建筑结构用冷弯矩形钢管JG/T178-2005建筑用不锈钢绞线JG/T200-2007铝合金建筑型材基材GB/T5237.1-2008铝合金建筑型材阳极氧化、着色型材GB/T5237.2-2008铝合金建筑型材电泳涂漆型材GB/T5237.3-2008铝合金建筑型材粉末喷涂型

4、材GB/T5237.4-2008铝合金建筑型材氟碳漆喷涂型材GB/T5237.5-2008铝合金建筑型材隔热型材GB/T5237.6-2008建筑幕墙平面内变形性能检测方法GB/T18250-2000建筑幕墙抗震性能振动台试验方法GB/T18575-2001铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求YS/T437-2009紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱GB3098.1-2000紧固件机械性能螺母粗牙螺纹GB3098.2-2000紧固件机械性能螺母细牙螺纹GB3098.4-2000紧固件机械性能自攻螺钉GB3098.5-2000紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱GB3098.6-2000紧固件机械

5、性能不锈钢螺母GB3098.15-2000螺纹紧固件应力截面积和承载面积GB/T16823.1-1997搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带GB/T13790-2008陶瓷板GB/T23266-2008建筑幕墙用瓷板JG/T217-2007干挂空心陶瓷板JC/T1080-2008耐候结构钢GB/T4171-2008平板玻璃GB11614-2009浮法玻璃GB11614.2-2009夹层玻璃GB15763.3-2009中空玻璃GB/T11944-2002钢化玻璃GB15763.2-2005半钢化玻璃GB/T17841-2008铝及铝合金轧制板材GB/T3880-1997干挂饰面石材及其金属挂件JC83018

6、302-2005建筑用铝型材、铝板氟碳涂层JC133-2000建筑用安全玻璃防火玻璃GB15763.1-2009混凝土接缝用密封胶JC/T881-2001幕墙玻璃接缝用密封胶JC/T882-2001石材幕墙接缝用密封胶JC/T883-2001中空玻璃用弹性密封胶JC/T486-2001中空玻璃用复合密封胶条JC/T1022-2007天然花岗石建筑板材GB/T18601-2009铝合金门窗GB/T8478-2008混凝土结构后锚固技术规程JGJ145-2004公共建筑节能设计标准GB50189-2005建筑用硬质塑料隔热条JG/T174-2005建筑用隔热铝合金型材穿条式JG/T175-2005

7、民用建筑能耗数据采集标准JG/T154-2007建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法JGJ/T211-2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成份GB/T20878-2007百页窗用铝合金带材YS/T621-2007建筑物防雷检测技术规范GB/T21434-2008混凝土加固设计规范GB50367-2006小单元建筑幕墙JG/T217-2008普通装饰用铝塑复板GB/T22412-2008冷弯型钢GB/T6725-2008建筑抗震加固技术规程JGJ/T116-2009公共建筑节能改造技术规范JGJ176-2009热轧型钢GB/T706-2008建筑外门窗保温性能分级及检测方法GB/T8484-2

8、008建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002中国地震烈度表GB/T17742-2008绿色建筑评价标准GB/T50378-20063.基本计算公式(1.场地类别划分:根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别:A 类近海面,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;工程名称按C 类地区计算风压(2.风荷载计算:风荷载计算公式:W k =gz z sl W 0其中:W k -作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m 2gz -瞬时风压的阵风系数,按建筑结构荷载规范GB50009-

9、2001(2006年版取定根据不同场地类型,按以下公式计算:gz =K(1+2f 其中K 为地区粗糙度调整系数,f 为脉动系数A 类场地:gz =0.92(1+2f 其中:f =0.387(Z10(-0.12B 类场地:gz =0.89(1+2f 其中:f =0.5(Z10(-0.16C 类场地:gz =0.85(1+2f 其中:f =0.734(Z10(-0.22D 类场地:gz =0.80(1+2f 其中:f =1.2248(Z10(-0.3z -风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定,根据不同场地类型,按以下公式计算:A 类场地:z =1.379(Z100.24

10、B 类场地:z =(Z100.32C 类场地:z =0.616(Z100.44D 类场地:z =0.318(Z100.60本工程属于C 类地区sl -风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版取定W 0-基本风压,按全国基本风压图,北京地区取为0.45kN/m 2(3.地震作用计算:q EAk =E max G Ak其中:q EAk -水平地震作用标准值E -动力放大系数,按 5.0取定max -水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定:6度(0.05g:max =0.047度(0.1g:max =0.087度(0.15g:max =0.128度(0.2g:ma

11、x =0.168度(0.3g:max =0.249度(0.4g:max =0.32北京地区设防烈度为9度,根据本地区的情况,故取max =0.16G Ak -幕墙构件的自重(N/m 2(4.荷载组合:结构设计时,根据构件受力特点,荷载或作用的情况和产生的应力(内力作用方向,选用最不利的组合,荷载和效应组合设计值按下式采用:G S G +w w S w +E E S E +T T S T各项分别为永久荷载:重力;可变荷载:风荷载、温度变化;偶然荷载:地震水平荷载标准值:q k =W k +0.5q EAk ,维护结构荷载标准值不考虑地震组合水平荷载设计值:q=1.4W k +0.51.3q EA

12、k荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用:对永久荷载采用标准值作为代表值,其分项系数满足:a.当其效应对结构不利时:对由可变荷载效应控制的组合,取1.2;对有永久荷载效应控制的组合,取1.35b.当其效应对结构有利时:一般情况取1.0;对结构倾覆、滑移或是漂浮验算,取0.9可变荷载根据设计要求选代表值,其分项系数一般情况取1.4二、单坡采光顶荷载计算1.风荷载标准值计算Wk:作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m 2z :计算高度10mz:10m 高处风压高度变化系数(按C 类区计算:(GB50009-2001z=0.616(zf:脉动系数:(GB50009-2001f=0.535(1.8

13、(0.22-0.16(z 10-0.22gz=0.85(1+2f= 2.0979A:单坡采光顶屋面坡面角度为30度当前坡面为封闭式落地单坡屋面=0.13972kN/m2=-0.3493kN/m22.风荷载设计值计算W:风荷载设计值:kN/m2w :风荷载作用效应的分项系数:1.4按玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-2003W1=w Wk1=1.40.13972=0.195608kN/m2W2=w Wk2=1.4(-0.3493=-0.489019kN/m23.雪荷载标准值计算Sk:雪荷载标准值(kN/m2S0:基本雪压,北京50年一遇最大积雪的自重:0.4kN/m2根据现行GB50009-2

14、001取值Sk=rS0=0.80.4=0.32kN/m24.雪荷载设计值计算S:雪载荷设计值(kN/m2s:雪载荷分项系数为 1.4S=sSk=1.40.32=0.448kN/m25.自重荷载设计值G:构件自重荷载设计值(kN/m2WGT:幕墙面板和构件平均平米重量取0.5kN/m2GAK:构件自重荷载标准值(kN/m2rg:恒载荷分项系数为 1.2GAK=WGT=0.5kN/m2G=rgGAK=1.20.5=0.6kN/m26.竖向均布地震作用计算GK:重力荷载代表值取结构自重值(kN/m2GK=GAK=0.5kN/m2vmax:竖向地震影响系数最大值:0.104qEVk:分布竖向地震作用标

15、准值(kN/m2=50.1040.5=0.26kN/m2rE:地震作用分项系数:1.3qEAV:分布竖向地震作用设计值(kN/m2qEAV=rEqEVk=1.30.26=0.338kN/m27.荷载组合计算考虑三种工况1.风荷载为主要荷载,组合为(考虑正风荷载、地震荷载、雪荷载、重力荷载:分为两个方向进行组合:(1.重力方向Szkg=GAK=0.5kN/m2Szg=GAKG+SksS+qEVkEE=0.51.2+0.321.40.7+0.261.30.5=1.0826kN/m2(2.垂直于坡面方向正风荷载计算Szkp1=Wkp1=0.13972kN/m2Szp1=Wkp1w=0.139721.

16、4=0.195608kN/m22.风荷载为主要荷载,组合为(考虑负风荷载、地震荷载、雪荷载、重力荷载:分为两个方向进行组合:(1.重力方向Szkg=GAK=0.5kN/m2Szg=GAKG+SksS+qEVkEE=0.51.2+0.321.40.7+0.261.30.5=1.0826kN/m2(2.垂直于坡面方向负风荷载计算Szkp2=Wkp2=-0.3493kN/m2Szp2=Wkp2w=-0.34931.4=-0.489019kN/m23.雪荷载为主要荷载,组合为(考虑地震荷载、雪荷载、重力荷载:由于没有风荷载,故只有一个方向的荷载进行组合:Szsk=GAK+Sk=0.5+0.32=0.8

17、2kN/m2Szs=GAKG+Sks+qEVkEE=0.51.2+0.321.4+0.261.30.5=1.217kN/m24.活荷载为主要荷载,组合为(考虑地震荷载、活荷载、重力荷载:由于没有风荷载,故只有一个方向的荷载进行组合:Szlk=GAK+Lk=0.5+0.5=1kN/m2Szl=GAKG+Lkl+qEVkEE=0.51.2+0.51.4+0.261.30.5=1.469kN/m25.综合上面情况,计算最大面板荷载情况(1.在正风荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为标准值Swka =Szkg cos(A+Szkp1=0.572733kN/m2设计值Swa =Szgcos

18、(A+Szp1=1.13317kN/m2(2.在负风荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为标准值Swkb =Szkgcos(A+Szkp2=0.0837131kN/m2设计值Swb =Szgcos(A+Szp2=0.44854kN/m2(3.在雪荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为标准值:Ssk =Szskcos(A=0.710141kN/m2设计值:Ss =Szscos(A=1.05395kN/m2(4.在活荷载为主要荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为标准值:Slk =Szlkcos(A=0.866025kN/m2设计值:Sl =Szlcos(A=1.27219

19、kN/m 2综合上面计算可知,面板强度验算如下:采用荷载组合标准值为0.866025kN/m2荷载组合设计值为1.27219kN/m2三、玻璃计算1.玻璃面积B:该处玻璃幕墙分格宽: 1.54m H:该处玻璃幕墙分格高: 1.68m A:该处玻璃板块面积:A=B H=1.541.68=2.5872m22.玻璃板块自重G SAk :中空夹胶玻璃板块平均自重(不包括铝框:玻璃的体积密度为:25.6(kN/m 3BL_w:中空夹胶玻璃外层玻璃厚度:6mm BL_z:中空夹胶玻璃中间层玻璃厚度:6mm BL_n:中空夹胶玻璃内层玻璃厚度:6mmG SAk =25.6BL_w+BL_z+BL_n1000

20、=25.66+6+61000=0.4608kN/m23.玻璃强度计算选定面板材料为:6(浮法+12+6(浮法+1.14+6(浮法中空夹胶玻璃校核依据:fgq:玻璃所受组合荷载:1.27219kN/m 2a:玻璃短边边长:1.54m b:玻璃长边边长:1.68mto:中空夹胶玻璃外侧玻璃板块厚度:6mmtm:中空夹胶玻璃中间玻璃板块厚度:6mmti:中空夹胶玻璃内侧玻璃板块厚度:6mmE:玻璃弹性模量:72000N/mm2w:玻璃所受应力:采用风荷载与地震荷载组合:q=1.27219kN/m2荷载分配系数计算当前玻璃结构为6(浮法+12+6(浮法+1.14+6(浮法中空夹胶玻璃,考虑内层夹胶先组

21、合然后与外层中空再组合的原则ten:内层夹胶组合等效厚度ten=3tm3+ti3ren:内层夹胶组合分配系数ren=ten3 ten3+to3=tm3+ti3 tm3+ti3+to3ro,rm,ri:外层、中间层、内层玻璃荷载分配系数ro=1.1to3to3+ten3=1.1to3to3+tm3+ti3=1.16363+63+63 =0.366667rm=rentm3tm3+ti3=tm3+ti3tm3+ti3+to3tm3tm3+ti3=63 63+63+63=0.333333ri=renti3tm3+ti3=ti3to3+tm3+ti3=63 63+63+63=0.333333面荷载设计值

22、组合作用下各层玻璃所受的面荷载分别为: qo=roq=0.46647kN/m2qm =rm q =0.424063kN/m 2qi =ri q =0.424063kN/m 2面荷载标准值作用下各层玻璃所受的荷载分别为:qko =ro qk=0.317543kN/m 2qkm =rm qk =0.288675kN/m 2qki =ri qk =0.288675kN/m 2参数计算:风荷载标准值作用下o=qko a 4109=0.3175431.5441097200064=19.1402m=qkm a 4109=0.2886751.5441097200064=17.4002i=qki a 4109

23、=0.2886751.5441097200064=17.4002各层玻璃应力计算:wo=6m qo a 21000to 2o (JGJ102-2003620.923439=8.73452N/mm 2wm=6m qm a 21000tm 2m (JGJ102-2003wi=6m qi a 21000ti 2i (JGJ102-2003=8.00032N/mm 28.73452N/mm 2fg=28N/mm 28.00032N/mm 2fg=28N/mm 28.00032N/mm 2fg=28N/mm 2玻璃的强度满足4.玻璃跨中挠度计算校核依据:dfdflim=1.54601000=dflimm

24、m D:玻璃刚度(Nmm:玻璃泊松比:0.2E:玻璃弹性模量:72000N/mm2te:中空夹胶玻璃的等效厚度当前玻璃结构为6(浮法+12+6(浮法+1.14+6(浮法中空夹胶玻璃,考虑内层夹胶先组合然后与外层中空再组合的原则ten:内层夹胶组合等效厚度ten=3tm 3+ti3te =0.953to 3+ten3=0.953to 3+tm 3+ti3=0.95363+63+63=8.22082mmD=E te 312(1-2=720008.22082312(1-0.22=3.47237e+006N mmqk:玻璃所受组合荷载标准值:0.866025kN/m参数计算:=qk a 4E te 4

25、720008.220824109=14.8122df:玻璃组合荷载标准值作用下挠度最大值df=qk a 4D3.47237e+0060.940751109=6.33877mm6.33877mmdflim=25.6667mm玻璃的挠度满足四、单坡面计算1.单坡面计算基本信息1基本信息单坡面底部长度为6.8m,顶高1.82205m单坡杆件长度为7.03988m采用有限元进行分析计算单坡面计算距离:左边1.68m,右边1.68m2杆件断面特性拱杆件截面材料特性如下:选定杆件材料类别:钢-Q235选用杆件型材名称:I16型材强度设计值:215N/mm2型材弹性模量:E=206000N/mm2X轴惯性矩

26、:Ix=1126.9cm4Y轴惯性矩:Iy=93.0488cm4X轴上部抵抗矩:Wx1=140.862cm3X轴下部抵抗矩:Wx2=140.862cm3Y轴左部抵抗矩:Wy1=21.1475cm3Y轴右部抵抗矩:Wy2=21.1475cm3型材截面积:A=26.1131cm2型材计算校核处抗剪壁厚:t=6mm型材截面面积矩:Ss=80.8326cm3塑性发展系数:=1.05 3计算说明根据荷载规范,由于单坡面特性,计算可以考虑三种工况:工况一:迎风风荷载为主要活荷载;工况二:背风风荷载为主要活荷载;工况三:雪荷载为主要活荷载.以下则按照这三种工况分别进行计算.4节点编号图 5单元编号图 2.单

27、坡面工况一计算1单坡面的荷载作用简图如下: 2经过有限元分析,得到相关信息如下: 3相关受力信息表格如下: 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 偏移(m 0.000 0.880 1.760 2.640 3.520 4.400 5.280 6.160 弯矩(kN.m 0.000 -5.652 -9.689 -12.112 -12.919 -12.112 -9.689 -5.652 (N/mm2 0.166 -38.339 -65.593 -81.930 -87.347 -81.930 -65.593 -38.339 b1 剪力(kN 7.341 5.505 3.670 1.835 -0.000

28、 -1.835 -3.670 -5.505 2 (N/mm 8.776 6.582 4.388 2.194 -0.000 -2.194 -4.388 -6.582 挠度(mm 0.000 -5.596 -10.269 -13.342 -14.412 -13.342 -10.269 -5.596 轴力(N -1.657 -1.243 -0.828 -0.414 0.000 0.414 0.828 1.243 列表条目 4拱杆件的应力图如下: 9 7.040 0.000 0.166 -7.341 -8.776 0.000 1.657 5支座反力信息如下: 支座编号 n1 n2 X向反力(kN -3

29、.500 -3.500 2 2 Y向反力(kN 6.662 6.662 转角反力(kN.m - 6最大应力为 87.3474N/mm 215N/mm ,满足要求 7最大位移校核 Dfmax=Leng/2501000 =7.03988/2501000 =28.1595mm 最大位移为 14.412mm28.1595mm,满足要求 3. 单坡面工况二计算 1单坡面的荷载作用简图如下: 第 14页 2经过有限元分析,得到相关信息如下: 3相关受力信息表格如下: 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 偏移(m 0.000 0.880 1.760 2.640 3.520 4.400 5.280 6.16

30、0 弯矩(kN.m 0.000 -2.535 -4.345 -5.432 -5.794 -5.432 -4.345 -2.535 (N/mm2 -0.166 -17.262 -29.462 -36.766 -39.173 -36.766 -29.462 -17.262 b1 剪力(kN 3.292 2.469 1.646 0.823 -0.000 -0.823 -1.646 -2.469 2 (N/mm 3.936 2.952 1.968 0.984 -0.000 -0.984 -1.968 -2.952 挠度(mm 0.000 -1.201 -2.204 -2.864 -3.094 -2.864 -2.204 -1.201 轴力(N -1.657 -1.243 -0.828 -0.414 0.000 0.414 0.828 1.243 列表条目 4拱杆件的应力图如下: 9 7.040 -0.000 -0.166 -3