广告牌钢结构设计计算书

广告牌钢结构设计计算书

1基本参数

1.1广告牌所在地区：

福州地区；

1.2地面粗糙度分类等级：

按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)

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广告牌荷载计算

2.1广告布广告牌的荷载作用说明：

广告牌承受的荷载包括：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。

(1)自重：包括广告布、杆件、连接件、附件等的自重，可以按照400N/m2估算：

⑵风荷载：是垂直作用于广告牌表面的荷载，按GB50009采用；

(3)雪荷载：是指广告牌水平投影面上的雪荷载，按GB50009采用；

(4)活荷载：是指广告牌水平投影面上的活荷载，按GB50009,可按500N/m2采用；

在实际工程的广告牌结构计算中，对，面的几种荷载，考虑最不利组合，有

下面儿种方式，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，液下面公式进行荷载组合：

Sk(=l.35Gk+0.6X1.4wk+0.7XL4Sk(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+l.4Xwk+0.7X1.4Sk(或Qk)

B：考虑负风压时：

按下面公式进行荷载组合：

Sk.=1.0Gk+l.4wk

2.2风荷载标准值计算：

按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算：

、丫卜尸B8,3,usl,wo……7.1.l-2[GB50009-20012006年版]

wk=Bgzu%口siw0

上式中：

Wk.：正风压下作用在广告牌上的风荷载标准值(MPa)；

wi负风压下作用在广告牌上的风荷载标准值(MPa)；

Z：计算点标高：6m；

8小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):

3gx=K(l+2uf)

其中K为地面粗糙度调整系数，-为脉动系数

-012

A类场地：Pgz=0.92X(1+2L)其中：u^O.387X(Z/1O)-

B类场地:P^=0.89X(1+2其中：u尸0.5(Z/10)*6

22

C类场地：B『0.85X(1+2口)其中：ut=0.734(Z/10)-°-

-03

D类场地:PM=0.80X(1+2uf)其中:UF1.2248(Z/1O)-

对于B类地形,6m高度处瞬时风压的阵风系数:

O16

PRZ=0.89X(1+2义(0.5(Z/10)'))=1.8558

Uz：风压高度变化系数；

根据不同场地类型,按以下公式计算：

021

A类场地：uz=l.379X(Z/1O)-

当Z>300m时,取Z=300m,当Z〈5n时，取Z=5m；

032

B类场地：Uz=(Z/lO)

当Z>350m时,取Z=350m,当Z〈10m时,取Z=10m；

0,1

C类场地：nz=0.616X(Z/10)

当Z>400【n时，取Z=400m,当Z〈15m时，取Z=15m；

060

D类场地：uz=0.318X(Z/1O)-

当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m；

对于B类地形，6m高度处风压高度变化系数：

Yl.OOOX(Z/10严二1

Us.：局部风压体型系数，对于广告牌结构，按规范，计算正风压时，取u

SB=1.3；计算负风压时，取usi-=-2.0；

另注：上述的局部体型系数U31(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等

于1府的情况，当围护构件的从属面积A大于或笨于lorn?时，局部风压体型系数

Li(lO)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于lOn?而大于1nl2时，局部风

压体型系数Li(A)可按面积的对数线性插值，即：

%(A)=US1(1)+[US1(10)-uS1(1)]logA

在上式中：当A21(W时取AWOn?；当AW市时取八二1nl2；

wo：基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范〉GB50009-2001附表

D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，福州地区取0.0007MPa；

(1)计算龙骨构件的风荷载标准值：

龙骨构件的从属面积：

A=6X1.5=9m2

LogA=0.954

USAH(A)=IISH(1)+[nsH(10)-usl+(l)]logA

=1.052

nSAI-(A)=usi-(1)+[Psl-(10)-usl-(1)]1ogA

=1.618

\VkA+=Bgz□zUsAl+Wo

=1.8558X1X1.052X0.0007

=0.001367MPa

=

WkA-gzUzUsAl-Wfl

=1.8558X1X1.618X0.0007

=0.002102MPa

(2)计算广告布部分的风荷载标准值：

广告布构件的从属面积：

A=l.5X1.5=2.25m2

LogA=0.352

uSBH(A)=usH(1)+[usl+(10)-u(1)]logA

=1.208

u,01(A)=ual(l)+[iisl(10)-u,,(l)]logA

=1.859

WkB4二BRZUz口sBhWo

=1.8558X1X1.208X0.0007

=0.001569MPa

WkB-=3gzUzPsBlWo

=1.8558X1X1.859X0.0007

=0.002415MPa

2.3风荷载设计值计算：

w.v：正风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载设计值(MPa)；

取八，正风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载标准值(MPa)；

wA-：负风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载设计值(MPa)；

wkA.：负风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载标准值(MPa)；

w,v=l.4XwkV

=1.4X0.001367

=0.001914MPa

wA-=l.4XwkA.

=1.4X0.002102

=0.002943MPa

w„.：正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa)；

或熊正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载标准值(MPa)；

w...：负风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa)；

wkB.：负风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载标准值(MPa)；

WR-=1.4XWkB+

=1.4X0.001569

=0.002197MPa

wB-=1.4XwkB-

=1.4X0.002415

=0.00338IMPa

2.4雪荷载标准值计算：

So作用在广告牌上的雪荷载标准值(MPa)

So：基本雪压，根据现行〈〈建筑结构荷载规范〉〉GB50009-2001取值，福州地

区50年一遇最大积雪的自重：OMPa.

ur：屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为2.0。

根据＜＜建筑结构荷载规范AGB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为：

Sk~口rXSo

=2.0X0

=0MPa

2.5雪荷载设计值计算：

S：雪荷载设计值：MPa)；

S=1.4XSk

=1.4X0

=0MPa

2.6广告牌面活荷载设计值：

Q：广告牌面活荷载设计值(MPa)；

Qu：广告牌面活荷载标准值取：500N/m2

Q=L4XQ-

=1.4X500/1000000

=0.0007MPa

因为SkWQu所以计算时活荷载参与正压组合！

2.7广告牌构件恒荷载设计值：

G.：正压作用下广告牌构件恒荷载设计值(MPa)；

G：负压作用下广告牌构件恒荷载设计值(MPa)；

Gk：广告牌结构平均自重取0.0004MPa；

因为金与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以：

Gt=1.2XGk

=1.2X0.0004

=0.00048MPa

G-=Gk

=0.0004MPa

2.8选取计算荷载组合：

(1)正风压的荷载组合计算：

Sk,・：正风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa)；

S.,：正风压作用下的龙骨的荷载设计值组合MPa)；

Su尸Gk+WkA++0.7Qk

=0.002117MPa

SA.=G++W,V+0.7Q

=0.002884MPa

SkB.：正风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa)；

SB.：正风压作用下的广告布的荷载设计值组合(MPa)；

SkB+=Gk+WkB++0.7Qk

=0.002319MPa

SB.=G*+wBf+0.7Q

=0.003167MPa

(2)负风压的荷载组合计算：

SkA-：负风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa)；

SA-：负风压作用下的龙骨的荷载设计值组合:MPa)；

SkA产Gk+WkA-

=0.001702MPa

SA-=G-+WA-

=1.0Gk+l.4wkA

=0.002543MPa

SkB-：负风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa)；

So：负风压作用下的广告布的荷载设计值组合(MPa)；

SkB尸Gk+WkB-

=0.002015MPa

Sn--G-+Wu-

=1.OGk+L4wkB-

=0.002981MPa

⑶最不利荷载选取：

Sk.\：作用在龙骨上的最不利荷载标准值组合:MPa)；

SA：作用在龙骨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=0.002117MPa

SA=0.002884MPa

SkII：作用在广告布上的最不利荷载标准值组合(MPa)；

SB：作用在广告布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=0.002319MPa

SD=0.003167MPa

3广告牌杆件计算

基本参数：

1：计算点标高：6m；

2：力学模型：悬臂梁.

3：荷载作用;均布荷Q有拉杆作用)；

4：悬臂总长度:L=6000mm,受力模型图中a=1000mm,b=5000mm；

5：拉杆截面面积：5856mm*

6：分格宽度：B=1500mm；

7：悬臂梁材质：Q235；

本处杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算：

3.1结构的受力分析:

⑴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/nun)；

q：组合荷载作用下的线荷载集度设计值(按矩形分布)(N/rrnn)；

So组合荷载标准值(MPa)；

S：组合荷载设计值(MPa)；

B：分格宽度(mm)；

qk=SkB

=0.002117X1500

=3.176N/mm

q二SB

=0.002884X1500

=4.326N/mm

(2)拉杆轴力计算:

由于拉杆在广告牌外力作用下在较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)；

qL1(3-4a/L+(a/L)')/24ET-Pb3/3EI=PL拄杆/EA

E：材料的弹性模量，为206000MPa；

Ljiff：拉杆的长度；

A：拉杆截面面积1mm2面

P=qL4A(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L拉杆D

=13053.489N

拉杆的轴向作用力为：

N=P/sina

=26118.987N

(3)广告牌杆件截面最大弯矩处(距悬臂端距离为x处)的弯矩设计值计算：

Ms：悬臂梁最大弯矩设计值(N•mm)；

x：距悬臂端距离为x处(最大弯矩处)；

q：组合荷载作用下的线荷载集度设计值(按矩形分布)(N/mm);

L：悬臂总长度(mn)；

a、b：长度参数，见模型图(nun)；

经过计算机的优化计算，得：

x=6000mm

IkI=IP(x-a)-qx2/21

=12600555N•mm

3.2选用材料的截面特性：

(1)悬臂杆件的截面特性：

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=88134270mM；

主力方向截面抵抗矩：W=590671mm3；

塑性发展系数：7=1.05；

⑵拉杆杆件的截面特性：

拉杆的截面面积：A=5856mm2；

材料的抗压强度设计值：f,=215MPa；

材料的抗拉强度设计值：f2=215MPa；

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/AHU/yW^f

上式中：

NL：梁受到的轴力(N)；

A：梁的截面面积；

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(mn?)；

Y：塑性发展系数，取1.05；

f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；

则：

N^Pctga

=22623.172N

H/A+NU/yW=22623.172/8256+12600555/1.05/590671

-23.057MPa<215MPa

悬臂梁抗弯强度满足要求。

3.4拉杆的抗拉(压)强度计算：

校核依据：

对于受拉杆件，校核：N/AWf

对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：N/6AWf

其中：

6：轴心受压柱的稳定系数,查表6.3.8[102-2003]及表C.2[GB50017-2003]

取值；

i：截面回转半径，i=(I/A)*

X：构件的长细比，不宜大于250,X=L/i；

因为风荷载是正风压荷载，所以，拉杆是承受拉力的。

校核依据：

N/AW215MPa

N/A=26118.987/5856

=4.46MPaW215MPa

拉杆的抗拉强度满足要求。

3.5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：

(DC点挠度的验算:

dtp：集中力作用下的C点挠度(mm)；

dlq：均布荷载作用下的C点挠度(mm)；

dtc：组合荷载作用下的C点挠度(mm)；

2

dfp=PbL(3-b/L)/6EI

=38.945mm

d.=qL78EI

=38.6nun

dlc=Idfp-dfq|

=|38.945-38.6

=0.345nun

df/加：按规范要求，悬臂杆件的挠度限值(mm)；

d1.iiB1=2L/250=48mm

dlt=0.345mm^df,b.=48mm

悬臂梁杆件C点的挠度满足要求！

(2)AB段最大挠度的验算：

dtl：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=3071mm

d.=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3X(2-3(x-a)/b+(x-a)7b3)/6EI|

=0.732mm

cllx~O.732mm1nl-48mm

悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求！

4广告牌焊缝计算

基本参数：

1：焊缝高度：hf=6mm；

2：焊缝有效截面纸抗矩：W=76970mm\

3：焊缝有效截面积：A=2532.4nun)

4.1受力分析：

V：固端剪力(N)；

NL：轴力(mm),拉为正、压为负；

M：固端弯矩(N・run)；

|V|=|P-qL|

=113053.489-4.326X60001

=12902.511N

N,=22623.172N

|M|=|Pb-qL721

=12600555N,mm

4.2焊缝校核计算：

校核依据：

((。JBJ2+T；)。.5<fJ7.1.3-3[GB50017-2003]

上式中：

。「：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)；

3：正面向焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；

if：按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力(MPa)；

f)：角焊缝的强度设计值(MPa)；

((“Ba日产

22a5

=((M/l.22W+NL/1.22A)+(V/A))

=((12600555/1.22/76970+22623.172/1.22/2532.4)2+(12902.511/2532.4)，°

=141.601MPa

141.601MPaWf；=：60MPa

焊缝强度能满足要求。

5广告牌埋件计算(土建预埋)

5.1校核处埋件受力分析：

V：剪力设计值(N)；

N：轴向拉(压)力没计值(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=22623.172N

V=12902.511N

M=12600555N・mm

5.2埋件计算：

校核依据，根据JGJ102-2003的规定，锚筋的总截面面积需要同时满足以下条件:

⑴当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，应同时满足下面的条件：

a：As^V/aravfy+N/0.8ahfy+M/l.3arabfyzC.0.1-1[JGJ102-2003]

b：As^N/0.8abfv+M/0.4aafzC.0.l-2[JGJ102-2003]

⑵当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应