广州白云机场计算书

1、广州白云国际机场扩建工程航站楼东三、西三指廊及相关连接楼屋面及雨篷项目设计计算书一、工程概况广州新白云国际机场是中国重要的门户机场之一，是华南地区的枢纽机场，是一座大型的现代化国际航空港。本期工程是一期工程续建工程，工程总建筑面积平方米，建筑物由3个伸缩缝分成5部分。本工程由东西连接楼，东西三指廊、雨蓬组成。指廊，雨蓬为平面的长方形，连接楼为扇形。东连接楼首层15.4米、西连接楼首层14.2米、东三指廊首层15.2米、西三指廊首层13.9米、指廊长211.3米、宽45米。连接楼为近似82.15米宽，365.129米长，且在WE处半径为3076米的圆弧带形，雨蓬为钢结构。张拉膜结构雨篷位于连接楼

2、路侧和新贵宾室的北侧，张拉膜结构（包括雨篷和张拉膜老虎天窗）的展开面积约为28900平方米。本屋面工程面积约为60000平方米。主要由四部分组成：1、金属屋面，覆盖层面板采用进口的AA5052铝镁锰合金板，形式为直立锁边暗扣式板型；2、张拉膜老虎天窗，东西连接楼各16个，共有32个；3、LOW-E夹胶玻璃采光天窗； 4、钢筋混凝土屋面。二、设计原则 1、屋面使用功能及构件强度与变形的充分保证本设计重点是在满足屋面系统的保温隔热、防水排水、隔声降噪、防雷防火、屋面构件承载力及适应结构变形等功能的前提下，实现平滑过渡的空间曲面，保证建筑曲线的平滑、和谐。 2、合理的选择屋面材料与系统完美结合设计在

3、绝对满足屋面使用功能及安全的前提下，应同时充分考虑将来的屋面免维护，故在屋面选材方面要谨慎从事，充分发挥材料的特性，加强节约意识，以最大限度的做到经济合理。 3、结构的合理性及可操作性是工程质量与工期的保证结构设计的合理程度，特别是屋面檐口、连接楼张拉膜老虎天窗和指廊天窗构造、屋面天沟排布的合理程度，直接影响工程的质量与实际操作的可行性，也是工期保障的前提。三、设计依据：1、“广州白云机场扩建工程屋面及雨篷工程”招标文件； 2、招标人提供的相关招标图纸；3、采技术标准及施工与验收规范：（1）、建筑设计类设计依据及标准、规范适用参考备注民用建筑设计通则GB 503522005房屋建筑制图统一标准

4、GB/T 50001-2001建筑制图标准GB/T50104-2001建筑设计防火规范GB 500162006高层民用建筑设计防火规范GB 50045-95（2005年版）公共建筑节能设计标准GB50189-2005建筑采光设计标准GB/T50033-2001民用建筑隔声设计规范GBJ118-1988建筑物防雷设计规范GB50057-1994（2000版）（2）、结构设计类设计依据及标准、规范适用参考备注建筑结构制图标准GB/T50105-2001建筑结构荷载规范GB50009-2001，建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001钢结构设计规范GB50017-2003建筑抗震设计规范G

5、B50011-2001高层民用钢结构技术规程JGJ99-1998冷弯薄壁型钢结构技术规范 GB50018-2002建筑设计防火规范（GB50016-2001）（3）、幕墙设计类设计依据及标准、规范适用参考备注建筑幕墙JG3035-1996玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003金属、石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001点支式玻璃幕墙工程技术规程CECS127-2001建筑幕墙工程技术规程（玻璃幕墙分册）DBJ08-56-1996建筑幕墙物理性能分级GB/T15225-1994建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2003玻璃幕墙光学性能GB/T8091-2000（4）、检测验收类设计依据及

6、标准、规范适用参考备注建筑工程施工质量验收统一标准GB50300-2001玻璃幕墙工程质量检验标准JGJ/T139-2001建筑装饰装修工程质量验收规范GB50210-2001建筑幕墙风压变形性能测试方法GB/T15227-1994建筑幕墙雨水渗透性能测试方法GB/T15228-1994建筑幕墙空气渗透性能测试方法GB/T15226-1994钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001建筑幕墙平面内变形性能检测方法GB/T18250-2000建筑材料放射性核素限量GB6566-2001建筑密封材料试验方法GB/T13477-2002（5）、铝型材及铝板类设计依据及标准、规范适用参考备注铝

7、合金建筑型材GB/T5237.15237.5-2000铝及铝合金阳极氧化、阳极氧化膜的总规范GB8013-1987铝幕墙板 板基YS/T429.1-2000铝幕墙板氟碳喷涂铝单板GB/T429.2-2000建筑用铝型材、铝板氟碳涂层JC/T133-2000铝合金建筑型材 第1部分：基材GB/T 5237.1-2004铝合金建筑型材 第2部分：阳极氧化、 着色型材GB/T 5237.2-2004铝合金建筑型材 第3部分：电泳涂漆型材GB/T 5237.3-2004铝合金建筑型材 第4部分：粉末喷涂型材GB/T 5237.4-2004铝合金建筑型材 第5部分：氟碳漆喷涂型材GB/T 5237.5-

8、2004铝及铝合金挤压型材尺寸偏差GB/T 14846 铝及铝合金波纹板GB/T 4438 工业用铝及铝合金热挤压型材 GB/68922000氟碳漆喷涂型材GB/T5237.5（6）、玻璃类设计依据及规范适用参考备注浮法玻璃GB11614-1999建筑用安全玻璃钢化玻璃GB15763.2中空玻璃GB11944-2002建筑用安全玻璃 防火玻璃GB15763.1-2001夹层玻璃GB9962-1999镀膜玻璃 第一部分 阳光控制镀膜玻璃GB/T18915.1-2002镀膜玻璃 第二部分 低辐射镀膜玻璃GB/T18915.2-2002铝合金玻璃幕墙LXB001-93（7）、钢结构类设计依据及规范适

9、用参考备注优质碳素结构钢GB/699-1999不锈钢热轧钢板GB/T5237-1992低合金高强度结构钢GB/T1591-1994合金结构钢GB/T3077-1999钢结构防火涂料应用技术规程CECS24：90钢结构防火涂料GB14907-2002不锈钢热轧等边角钢GB/T 4227-1984 不锈钢棒 GB1220-92不锈钢冷加工钢棒 GB4226-1984不锈钢热轧钢板GB/T 4237-1992 碳钢焊条GB/T 5117-95 低合金钢焊条GB/T 5118-95 建筑钢结构焊接规程JGJ 81-2002 碳素结构钢GB 70088厚度方向性能钢板（GB 531385）、建筑钢结构用

10、冷弯矩型钢管JG/T178-2005、冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002 碳素结构钢和低合金钢热轧厚钢板和钢带（GB 327488）结构用无缝钢管（GB 81621999）低压流体输送用焊接钢管（GB/T 30912001）、直缝电焊钢管（GB 1379392）埋弧焊用碳钢丝和焊剂（GB/T 529399）热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差（GB/T7091988）无粘结预应力钢绞线（JG 1612004）、重要用途钢丝绳（ GB 8918-2006）、斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件（GB/T 18365-2001）、建筑缆索用钢丝（CJ 3077-1998）、建

11、筑缆索用高密度聚乙烯塑料（CJ/T 3078-1998）热轧钢板表面质量的一般要求（GB/T14977-94）预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规和（JGJ85-2002）预应力筋用锚具、夹具和连接器（GB/T 14370-2000）钢结构工程施工质量验收规范（GB 50205-2001）厚钢板超声波检验方法（GB/T- 29702004）无缝钢管超声波探伤方法（GB 865188）钢结构焊逢外形尺寸（GB 577796）高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程（JGJ 8291）涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级（GB 892388）建筑防腐蚀工程施工及验收规范（GB 50212-2002）（8

12、）、橡胶及塑料制品类设计依据及规范适用参考备注硅酮建筑密封胶GB/T14683-2003建筑用硅酮结构密封胶GB16776-2003建筑窗用弹性密封剂JC485-1992聚硫建筑密封膏JC483-1992中空玻璃用弹性密封胶JC/T486-2001中空玻璃用丁基热熔密封胶JC/T914-2003聚氨酯建筑密封胶JC/T482-2003建筑密封材料试验方法GB/T13477.113477.20-2002幕墙玻璃接缝用密封胶JC/T882-2001（9）、建筑配件类设计依据及规范适用参考备注紧固件机械性能自攻螺钉GB/T3098.5-2000紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱GB/T3098.1-2

13、001紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹GB/T3098.2-2000紧固件机械性能、螺母、细牙螺纹GB/T3098.4-2000紧固件机械性能、不锈钢螺栓、螺钉和螺柱GB/T3098.6-2000紧固件机械性能、不锈钢螺母GB/T3098.15-2000螺栓或螺钉和平垫圈组合件GB/T9074.1-2002射钉GB/T18981-2003紧固件机械性能抽芯铆钉GB/T3098.19-2004封闭型平圆头抽芯铆钉GB/T12615.14-2004封闭型沉头抽芯铆钉GB/T12616.1-2004点支式玻璃幕墙支承装置JG138-2001吊挂式玻璃幕墙支承装置JG139-2001六角头螺栓六角头螺栓

14、C级GB/T 5782/5780 钢结构用高强度大六角头螺栓.大六角螺母.垫圈与技术条件GB/T 1228-1231紧固件螺栓和螺钉通孔GB/T 5277 紧固件机械性能自攻螺钉GB/T 3098.5 （10）、其它：压型金属板设计施工规范（JBJ82-91）；膜结构技术规程（CECS158：2004）；屋面工程技术规范GB50345-2004；屋面工程质量验收规范GB50207-2002。民用航空运输机场安全保卫设施建设标准MH70031995民用航空运输机场及民用航空其他建设工程竣工验收规定民航总局第69号令。四、 设计条件 1、工程地点：广州市花都区和白云区交接处，北纬23.8，西纬11

15、3。 2、气温：040；最热月的相对湿度平均值：83%。3、年平均降雨量：1100mm/年；暴雨量：200mm/h。4、海拔高度：0.000=15.8（国家85黄海高程），其余详立面高度。5、主导风向：冬季为北风，夏季为东南风。 风荷载基本风压为0.6kN/ m2 (基本风压按50年重现期风压值)。 地面粗糙度为B类。6、民用建筑分类：4类7、地面粗糙度：B类8、地震荷载： 基本设防烈度： 6度 抗震措施设防烈度： 7度 建筑物防震分类： 乙类 9、屋面防水等级： I级五、金属屋面工程部分计算书：（一）、材料数据：1、材料重力体积密度：铝 ： 27.0 KN/m3 钢材： 78.5 KN/m3

16、 2、材料力学性能：Q235钢材强度设计值： f(拉、压、弯)215N/mm2 fv(剪) 120N/mm2 fce(端面承压)325N/mm2 注：冷弯薄壁型钢的f(拉、压、弯)设计值为：205N/mm2 E43型焊条手工焊. 焊缝强度设计值：f(拉、压、弯、剪)160N/mm2 (角焊缝)螺栓连接的强度设计值： f(拉、压)170N/mm2 f(剪) 130N/mm2 3、材料弹性模量及线胀系数：材料 弹性模量 E(N/mm2) 线胀系数(10-5 ) 铝合金 0.70105 2.35 钢、不锈钢 2.06105 1.2（二）、屋面荷载统计：1、屋面自重（1）、0.9mm面板自重 0.03

17、5 kN/m2 （2）、110mm厚带单面防潮贴面玻璃棉毡 0.022 kN/m2 合计 0.057 kN/m22、屋面活荷载屋面检修活荷载： 0.5 kN/m23、风荷载：（1）、金属屋面各部位基本风压：w0 = 0.6 kN/ m2 (主要是负压)风压高度变化系数，按高度21.526m、B类场地取值：z = 1.42风荷载体型系数：s1= 0.8（风压） s2 = 2.0（风吸）阵风系数，按高度30m、B类场地取值：gz = 1.64风荷载标准值：wk1 =gzzs1 w0 = 0.86 kN/m2 （风压）wk2 =gzzs2 w0 = 2.15 kN/m2 （风吸）-2.5 kN/m2

18、wk2=2.5 kN/m2（2）、室外屋面按照设计图纸要求取值 由于檐口位置风压很小而风吸很大，仅取风吸荷载最大的端山墙外挑部位进行校核。wk3 =3.8 kN/m2 （风吸） （三）、屋面设计验算：根据招标图纸，本屋面分为2个区间进行计算。区间1为整体屋面，采用该屋面最危险部位进行计算。区间2为室外屋面，采用该屋面最危险的檐口部位进行计算。经综合比较本屋面负风压起控制作用。A、区间1（金属屋面各部位）1. 屋面板验算：本屋面系统板型采用经系统专用立边机加工而成的，0.9mm厚，立边高度为65mm、宽度400mm的公母扣标准板，其母扣立边为93。该板型可以方便的实现弯曲造型；并可以自由在特制支

19、座上滑动，防水性能极佳。截面特性如下表所示： 65/400型立边咬合铝、锰、镁合金板受向下荷载时的截面参数板厚自重惯性矩跨中允许弯矩允许支座反力连续板支座允许弯矩 MB/M0B,kRB/R0B,k1T mmG KN/m2Jef,k cm4/mMF,k KNm/mRa,k KN/mM0B,k KNm/mR0B,k KN/mMaxMB,k KNm/mMaxRB,k KN/m0.90.03553.91.6412.02.125722.0721.1lm1lm1.165/400型立边咬合铝、锰、镁合金板受向上荷载时的截面参数板厚惯性矩跨中允许弯矩允许支座反力连续板支座允许弯矩 M/M0B,kR/R0B,k

20、1T mmJef,k cm4/mMF,k KNm/mRa,k KN/mM0B,k KNm/mR0B,k KN/mMaxMB,k KNm/mMaxRB,k KN/m0.945.11.8814.81.8847.81.639.54lm1lm1.1屋面板通过T型支座连接在上，由T型支座支撑，故屋面板的受力应为多跨连续梁的形式，为简化计算，在验算中，屋面板按五跨连续进行计算，取1m的宽度进行单位宽度的验算，在强度验算时，考虑结构重要性系数为1.1（1.1）。其计算模型为：屋面板自重为0.035KN/m2，屋面风荷载为-2.5KN/m2，屋面板跨度1.5m。1、室内及室外前后挑檐部位屋面板验算：(1)荷载

21、统计及组合： a)正向荷载（受力方向向下）：标准值：qk0.0570.860.5KN/m2 1.415KN/m2设计值：q 1.20.0571.4(0.860.5) KN/m 1.972KN/m2 b)负向荷载（受力方向向上）：标准值：qk0.0570.9(2.5) KN/m2 2.45KN/m2设计值：q 0.90.0571.4(2.5) KN/m2 3.45KN/m2(2)正向荷载下屋面板的强度和挠度的综合验算： a)屋面板强度验算：i. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078lql20.0781.11.9721.520.38 KNm1.64 KNm满足要求。ii. 屋面板在支座处最大弯矩：

22、Mf20.105lql20.1051.11.9721.520.512 KNm2.07 KNm满足要求。iii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132lql1.1321.11.9721.53.68 KN21.1 KN满足要求。iv. 屋面板边支座反力：R2 0.394lql0.3941.11.9721.51.28KN12.0KN满足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.512/2.123.68/5720.240.0060.2461满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.064ql4100EI 0.0641.4151.541000.753.9 (m) 0.12mmL/2506.4mm

23、满足要求(3)负向荷载下屋面板的强度和挠度的综合验算： a)屋面板强度验算：i. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078lql20.0781.1(3.45)1.520.67 KNm|Mf1|1.88 KNm满足要求。ii. 屋面板在支座处最大弯矩：Mf20.105lql20.1051.1(3.45)1.520.9 KNm|Mf2|1.63 KNm满足要求。iii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132lql1.1321.1(3.45)1.56.44 KN|R1|9.54 KN满足要求。iv. 屋面板边支座反力:R2 0.394lql0.3941.1(3.45)1.52.24 KN|R2|14.8

24、 KN满足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.9/1.886.44/47.80.480.1350.621满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.064ql4100EI 0.0642.451.541000.745.1 (m) 0.25mmL/2506.4mm满足要求B、区间2（端山墙外挑檐部分）最大风压为负风压 Wk =-3.8 kN/m21. 屋面板验算：65/400型立边咬合铝板受向上压力时的截面参数板厚惯性矩跨中允许弯矩允许支座反力连续板支座允许弯矩 M/M0B,kR/R0B,k1T mmJef,k cm4/mMF,k KNm/mRa,k KN/mM0B,k KNm/mR0

25、B,k KN/mMaxMB,k KNm/mMaxRB,k KN/m0.945.11.8814.81.8847.81.639.54lm1lm1.1屋面板通过T型支座连接在檩条上，由T型支座支撑，故屋面板的受力应为多跨连续梁的形式，为简化计算，在验算中，屋面板按五跨连续进行计算，取1m的宽度进行单位宽度的验算，在强度验算是，考虑结构重要性系数为1.1（l1.1）。其计算模型为：屋面板自重为0.057KN/m2，屋面风荷载为-3.8KN/m2，屋面板跨度1.5m。 (1)荷载统计及组合：负向荷载（受力方向向上）：标准值：qk0.057(3.8) KN/m 3.74KN/m设计值：q 1.20.057

26、1.4(3.8) KN/m 5.25KN/m (3)负向荷载下屋面板的强度和挠度的综合验算： a)屋面板强度验算：i. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078lql20.0781.1(5.25)1.521.01KNm|Mf1|1.88 KNm满足要求。ii. 屋面板在支座处最大弯矩：Mf20.105lql20.1051.1(5.25)1.521.36 KNm|Mf2|1.63 KNm满足要求。iii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132lql1.1321.1(5.25)1.59.41 KN|R1|9.54 KN满足要求。iv. 屋面板边支座反力:R2 0.394lql0.3941.1(5.25

27、)1.53.413 KN|R2|14.8KN满足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k1.37/1.889.46/47.80.730.20.931满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.064ql4100EI 0.0643.761.541000.754.4 0.32mmL/2506mm满足要求。（四）、附件强度计算：铝支座连接强度验算：1、铝支座部分与压型钢板通过高强铝镁合金拉爆铆钉，每组共4个拉爆铆钉钉，选用AIMg5料号的拉爆铆钉，根据厂家提供的数据，该锚钉在穿透1.2mm厚钢材时的抗拉拔强度为6.695 KN。每个铝支座由4颗铆钉连接在压型钢板上，故其连接强度可达到46.695

28、 KN26.78 KN，考虑结构重要性系数为1.1，要求屋面负向荷载不大于12.17 KN。屋面最大负风压为3.8KN/m2，忽略屋面板和铝支座的自重。铝支座的受荷面积为1.50.4 m20.6 m2N1.4pA1.43.80.6 3.19 KN12.17 KN满足要求。2、铝支座部分与檩条通过自攻钉连接在一起，每组共4个自攻钉，自攻钉选用TDA-S-S16-6.5X32料号的自攻钉，根据厂家提供的数据，TDA-S-S16-6.5X32料号的自攻钉在穿透1.2mm厚钢材是的抗拉拔强度为6.695 KN。每个铝支座由4颗自攻钉连接在檩条上，故其连接强度可达到46.695 KN26.78 KN，考

29、虑结构重要性系数为1.1，要求屋面负向荷载不大于12 .17KN。对屋面进行荷载统计和计算：屋面最大负风压为3.8KN/m2，忽略屋面板和铝支座的自重。铝支座的受荷面积为1.50.4 m20.6 m2N1.4pA1.43.80.6 3.19 KN12.17 KN满足要求。（五）、温度变形的控制： 根据广州地区的相关资料，屋面板夏季最高温度不超过100，冬季极端低温不低于10。最大温差TT2T180。为了防止由于温度变化造成屋面板伸缩变化，影响屋面板的正常排水。进而对整个结构的安全和稳定性产生影响。所以屋面板预留了一定的伸缩量，以防止由于温度变化对整个屋面系统产生影响。屋面板在设计时，板长端预留

30、搭结长度100mm，上层的屋面板按50m长布置。（一）、屋面板线胀系数： 1、铝、锰、镁合金屋面板： 2.35x10-5 m/(m0C)2、不锈钢天沟板： 1.20x10-5 m/(m0C)（二）、变形验算1、屋面板最大计算长度：50m天沟板最大计算长度：30m室外最大实际温差：580C屋面板最大设计温差：1100C屋面板最大容许变形：100mm天沟板最大容许变形：30mm2、屋面板变形计算：屋面板设计变形量：= 2.35x10-5x110x50 = 0.09 m = 94 mm因为= 94 mm = 100 mm，屋面板变形满足要求。3、天沟板变形计算：天沟板设计变形量：= 1.2x10-5

31、x110x30 = 0.0288 m = 28.8 mm因为= 28.8 mm = 30 mm，天沟板变形满足要求。故温度变化不会对屋面板的防水造成不利影响。（六）、屋面排水计算：广州地区50年一遇的降水强度为qs12.6L/s100m2，根据厂家提供的资料，铝镁锰合金板表面的氟碳喷涂的表面磨擦系数为0.150.17，在计算中，取n0.17；不锈钢的表面磨擦系数为0.0125。1、屋面板排水计算：屋面板有效宽度为0.39m最大排水距离按45m平均坡度为：i10%单板集雨量： QbLqs/100 0.394512.6103/100 (m3/s) 0.0022 m3/s采用曼宁公式计算排水量流量：

32、 QpAC(Ri)1/2其中谢才系数CR1/6/n屋面板的有效高度H045mm有效截面积 AbH039045 mm217550 mm2水力半径 RbH0/(b2H0) 36.6 mm代入曼宁公式得 Qp0.017550.03662/30.11/2/0.170.0036 m3/sQP因此，在天沟排水顺畅的条件下，雨水不会漫过屋面板立边，满足要求。2、檐口天沟排水计算：屋面天沟宽度为1200mm，有效高度为450mm，最小平均排水坡度为1%。屋面板最大排水距离按45m，天沟的排水宽度为30m。檐口天沟汇雨量： QbLqs/100 45x3012.6103/100 (m3/s) 0.17 m3/s采

33、用曼宁公式计算排水量流量： QpAC(Ri)1/2其中谢才系数CR1/6/n天沟的有效宽度b1200mm，有效高度H0450mm。有效截面积 AbH01200450 mm2 mm2水力半径 RbH0/(b2H0) 257.14 mm代入曼宁公式得 Qp0.5400.2572/30.010.5/0.01251.7 m3/sQP因此雨水不会漫过天沟，安全。（七）、 屋面系统防雷设计普通金属屋面的防雷处理是在屋面板上设置网络状避雷带，这种做法影响屋面的美观性，同时由于固定避雷带物要在屋面板上打螺钉，增加防水隐患。根据国家建筑物防雷设计规范（GB50057-94）第4.1.4条的规定，除第一类防雷建筑

34、物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为接闪器，但应符合下列要求：金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm；金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm;金属板下面有易燃物品时，其厚度，钢板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm；金属板无绝缘被覆层。本方案采用的镀铝锌屋面板满足上述所有条件，因此可以将屋面板作为接闪器，从而使屋面整洁美观。避雷引下线采用镀锌扁钢从支座连接到檩条（与支座螺栓连接，与檩条焊接）。避雷引下线间距10米。（八）、 屋面系统防火设计作为大型的公共建筑，屋面材料的防火性能也非常重要，它关系到大众的人身安全和社会影响，不容许在消防方面出现任何不安全

35、因素。本方案采用的镀铝锌屋面板、以及不锈钢螺钉、铝合金配件等，均为不燃材料，即使在出现火灾等意外情况时，屋面系统也不会燃烧及产生有毒气体，所以本方案的屋面系统在防火方面是安全可靠的。六、膜结构部分计算书（一）、设计方法首先，通过施加预应力用最小曲面法确定膜结构的初始稳定状态，即膜的找形，然后分别施加自重，风荷载及雪荷载进行膜，索及钢构的整体计算，从而评价结构稳定性，强度和刚度。张拉膜曲面的稳定性是依靠经向和纬向两个主轴方向反向的曲率来保障的。其中一个方向的曲率如果是下凹的，另一方向就是上凸的。并且膜材纤维的排列与这两个主轴方向一致。图1是具有两个相反曲率的张拉曲面示意图。图1具有两个相反曲率的

36、张拉曲面张拉曲面中两个主轴方向的内力可以抵抗垂直曲面的外荷载，如图1所示。其平衡条件可以表示为如下形式：式中 P-单位面积上的外力；，-经向和纬向单位长度的内力；，-经向和纬向的曲率半径。随着外荷载的增加，膜面形状改变，其中一个主轴方向的应力将抵抗外荷载，另一个主轴方向的应力将对曲面起到平衡作用。所以，在膜材的设计中，考虑膜材的双轴拉伸特性，包括弹性模量、泊松比等参数是至关重要的（二）、结构计算分析原理采用非线性有限元方法对膜，索及钢构进行整体分析。假定膜和钢索单元不管是在受压或受弯时均无抵抗力，并且认为材料是各向异性的，适用虎克定律。作用在三角形膜单元表面上的外部荷载由节点力表示，三角形膜单

37、元所属面积由其周边的单元来决定。依据节点荷载，分析变形之后的三角形膜单元的双向应力。有限变形的应变和变形量之间的关系遵从有限变形理论：1、膜单元假定膜材料的特性是线性的，并适用虎克定律。认为膜材是各向异性的，其应力应变等式如下：2、索单元3、梁单元U,V,W单元在局部坐标系下沿x、y、z方向的变形xx方向应变, yy方向应变, Ux方向位移， Vy方向位移， Wz方向位移, txx方向膜应力， tyy方向膜应力， txy剪应力， Etxx方向弹性模量， Etyy方向弹性模量， xx方向泊松比, yy方向泊松比， Gt剪切模量, xy面内剪应变, xz面内剪应变。在非线性有限元方法中，通过联立单

38、元各节点的平衡方程，可以得到膜结构的整体刚度法的基本方程KD = P+R式中：K为结构的总刚度矩阵，D为节点位移矢量，P为外荷载矢量，R为非线性矢量，也称不平衡矢量。结构计算大变形有限元软件使用增量形的牛顿拉夫逊方法求解以上结构基本方程组。（三）、设计软件说明1、设计及裁减软件-IMAGES软件说明：本公司使用膜结构设计和分析专用的大变形有限元软件IMAGES进行结构设计。它含有膜单元（只能受拉不能受压及剪切的特性），索单元（只能受拉不能受压的特性），杆单元（能受拉和受压）及梁单元（能受轴向力及弯矩）。该软件具有现代化的操作界面，可以根据需要用数字和色彩显示各种单元受力和载荷情况。该软件考虑到

39、了索膜结构的大变形特性，使其对索膜结构的分析更准确和可信。该软件至少可容纳14,000个杆单元和索单元，10,000个膜单元和4,000个梁单元。并可根据需要扩充容量。软件界面图老虎窗钢索膜整体分析计算示意图雨棚钢索膜整体分析计算示意图2、软件工作流程该软件的设计流程分为:建模(Modeling),找形(Shape finding),结构分析(Structure analyzing),结构分析后处理(Post-anal yzing),膜材裁剪方案(Cutting)。图2为软件工作流程图。、荷载按步长施加形成位移矢量解方程形成单元刚度矩阵汇总刚约束条件修正总刚求与前次位移矢量之偏差开始读入结构几

40、何信息及边界制约条件求节点不平衡矢量大于指定值满足要求判断结构破坏输出计算结果结束否是表1：流程图图2软件工作流程图3、膜材裁剪下料 下料设计软件使用太阳工业自主开发的配套软件IMAGES/NEST，简称IMN。该软件和数控裁剪机线连接，数控裁剪机根据软件的指令自动进行膜材的画线及裁剪。 该软件读入DXF形式或DAT形式的裁断图数据，根据人工指定的断面做出每一枚膜片，并指定水流方向，此过程称为CAM变换（图4）。将CAM变换后的膜片进行排版，该过程称为NESTLING（图5）。来自厂家的膜材上不可避免的会有或大或小的瑕疵，该软件会记录瑕疵的位置以便排版人员排版时跳过瑕疵位置，从而保证了现场使用

41、膜材的美观性。图3膜裁剪图图4 CAM变换图5 NESTLING(排版)（四）、老虎窗外膜结构计算书1、结构设计荷载及材料规格1.1. 恒载：仅计算膜材和钢索强度钢构自重不考虑膜材：0.015kN/m21.2 风荷载：按广东省建筑设计研究院提供的计算要求，风吸力:-1.5 kN/m2, 风压力:+0.45kN/m2。以上数值已包含所有相关修正系数。1.3活荷载：0.3 kN/m2。1.4 膜预张力：膜经向纬向均设定为3.0kN/m，其作用包含在恒载之内。1.5 荷载组合：工况1：1.0恒载1.4风吸力 ，以下简称 WL1,工况2：1.2恒载1.4风压力， 以下简称WL2, 工况3：1.2恒载1

42、.4活荷载, 以下简称LL1.6设计主要材料规格:1.6.1 膜材力学性能如下：外膜材料按PTFE膜材FGT-800规格验算，膜材抗拉强度4700/4000N/3cm材料经向/纬向抗拉强度 (sB)(kg/m)允许应力 (fm)(kg/m)长期(flm)re=5短期 (fsm)re=2.5FGT-800经向1598631976394纬向13605272154421.6.2抗力分项系数re（摘自膜结构技术规程CECS 158:2004）荷载组合抗力分项系数结构自重屋面活荷载初始预应力5.0结构自重雪荷载初始预应力5.0其它组合2.5钢索采用7x19 IWS 1670级 钢丝绳,PE包覆,钢索安全

43、系数1.82、膜应力验算老虎窗外膜FGT-800膜材应力验算 工况膜单元号最大膜应力（kgF/m）容许应力（kgF/m）膜材应力比判定经向维向经向维向经向维向1、WL1472242.37 1262.52 639454420.351 0.232 OK！7561948.02 2372.76 639454420.305 0.436 OK！2、WL2455996.39 1116.99 639454420.156 0.205 OK！455996.39 1116.99 639454420.156 0.205 OK！3、LL971381.41 398.27 319727210.119 0.146 OK！97

44、1381.41 398.27 319727210.119 0.146 OK！3、钢索应力判定外膜脊索采用22(7x19 IWS 1670级) 钢丝绳,PE包覆,钢索安全系数1.8老虎窗外膜脊索应力验算 序号索号直径规格工况索单最大拉力破断拉力容许拉力应力比判定(mm)元号(kN)(kN)(kN)1RC1227x19+IWSWL1579.802 268.0 148.9 0.536 OK！2RC1227x19+IWSWL25898.710 268.0 148.9 0.663 OK！3RC1227x19+IWSLL6037.626 268.0 148.9 0.253 OK！4、膜应力图WL1 膜材经

45、向应力WL1 膜材维向应力WL2 膜材经向应力WL2 膜材维向应力LL 膜材经向应力LL 膜材维向应力 5、钢索应力图WL1 钢索应力WL2 钢索应力LL 钢索应力6、膜面位移图WL1 膜面位移WL2 膜面位移LL 膜面位移7、支座反力 （五）、老虎窗内膜结构计算书1. 结构设计荷载及材料规格1.1. 恒载：仅计算膜材和钢索强度钢构自重不考虑膜材：0.015kN/m21.3 室内负压荷载：0.2 kN/m2。1.4 膜预张力：膜经向纬向均设定为3.0kN/m，其作用包含在恒载之内。1.5 荷载组合：工况1：恒载室内负压 ，以下简称 IL。 1.6设计主要材料规格:1.6.1 膜材力学性能如下：

46、内膜材料按PTFE膜材FGM-250规格验算，膜材抗拉强度2000/1300N/3cm材料经向/纬向抗拉强度 (sB)(kg/m)允许应力 (fm)(kg/m)长期(flm)re=5短期 (fsm)re=2.5FGM-250经向680313612721纬向442288417691.6.2抗力分项系数re（摘自膜结构技术规程CECS 158:2004）荷载组合抗力分项系数结构自重屋面活荷载初始预应力5.0结构自重雪荷载初始预应力5.0其它组合2.51.6.3 钢索采用7x7 IWS 1670级 钢丝绳,PE包覆,钢索安全系数1.82、膜应力验算老虎窗内膜FGM-250膜材应力验算 工况膜单元号最大膜应力（kgF/m）容许应力（kgF/m）膜材应力比判定经向维向经向维向经向维向1、IL1563333.54 238.47 272117690.123 0.135 OK！191253.22 341.79 272117690.093 0.193 OK