雨棚-集中荷载

京XX大学体育馆玻璃雨蓬设计计算书设计：校对：审核：批准：沈阳YY幕墙工程有限公司二〇〇六年三月二十九日钢结构雨蓬设计计算书一、计算引用的规范、标准及资料1.幕墙设计规范：《建筑幕墙》JG3035-1996《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《金属与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《全玻璃幕墙工程技术规程》DBJ/CT014-20012.建筑设计规范：《建筑结构荷载规范》GB50009-2001《钢结构设计规范》GB50017-2003《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-20023.玻璃规范：《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003《普通平板玻璃》GB4871-1995《浮法玻璃》GB11614－1999《钢化玻璃》GB/T9963-1998《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB/T17841-1999《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2001《中空玻璃》GB/T11944-2002《夹层玻璃》GB9962-19994.钢材规范：《碳素结构钢》GB/T700-1988《优质碳素结构钢》GB/T699-1999《合金结构钢》GB/T3077-1999《不锈钢和耐热钢冷扎带钢》GB/T4239-1991《高耐候结构钢》GB/T4171-2000《焊接结构用耐候钢》GB/T4172-2000《低合金高强度结构钢》GB/T1591-1994《碳素结构和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-1989《碳素结构和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-1988《结构用无缝钢管》JBJ1025.《建筑结构静力计算手册》(第二版)6.土建图纸：二、基本参数1.雨蓬所在地区：北京地区；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C类地区考虑。三、雨蓬荷载计算1.玻璃雨蓬的荷载作用说明：玻璃雨蓬承受的荷载包括：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。(1)自重。包括玻璃、杆件、连接件、附件等的自重，可以按照400N/m2估算：(2)风荷载。是垂直作用于雨蓬表面的荷载，按GB50009采用；(3)雪荷载。是指雨蓬水平投影面上的雪荷载，按GB50009采用；(4)活荷载。是指雨蓬水平投影面上的活荷载，按GB50009，可按500N/m2采用；在实际工程的雨蓬结构计算中，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：考虑负风压时：按下面公式进行荷载组合：Sk-=1.0Gk+1.4wk2.风荷载标准值计算：按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算：wk+=βgzμzμs+w0……7.1.1-2[GB50009-2001]wk-=βgzμzμs-w0上式中：wk+：正风压下作用在雨蓬上的风荷载标准值(MPa)；wk-：负风压下作用在雨蓬上的风荷载标准值(MPa)；Z：计算点标高：100m；βgz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算:βgz=K(1+2μf)其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数A类场地:βgz=0.92×(1+2μf)其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12B类场地:βgz=0.89×(1+2μf)其中：μf=0.5(Z/10)-0.16C类场地:βgz=0.85×(1+2μf)其中：μf=0.734(Z/10)-0.22D类场地:βgz=0.80×(1+2μf)其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地区，100m高度处瞬时风压的阵风系数：βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6019μz：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:μz=1.379×(Z/10)0.24当Z300m时，取Z=300m，当Z5m时，取Z=5m；B类场地:μz=(Z/10)0.32当Z350m时，取Z=350m，当Z10m时，取Z=10m；C类场地:μz=0.616×(Z/10)0.44当Z400m时，取Z=400m，当Z15m时，取Z=15m；D类场地:μz=0.318×(Z/10)0.60当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于C类地区，100m高度处风压高度变化系数：μz=0.616×(Z/10)0.44=1.6966μs：风荷载体型系数，对于雨蓬结构，按规范，计算正风压时，取μs+=1.0；计算负风压时，取μs-=-2.0；w0：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，北京地区取0.00045MPa；wk+=βgzμzμs+w0=1.6019×1.6966×1.0×0.00045=0.001223MPawk-=βgzμzμs-w0=1.6019×1.6966×2.0×0.00045=0.002446MPa3.风荷载设计值计算：w+：正风压作用下作用在雨蓬上的风荷载设计值(MPa)；wk+：正风压作用下作用在雨蓬上的风荷载标准值(MPa)；w-：负风压作用下作用在雨蓬上的风荷载设计值(MPa)；wk-：负风压作用下作用在雨蓬上的风荷载标准值(MPa)；w+=1.4×wk+=1.4×0.001223=0.001712MPaw-=1.4×wk-=1.4×0.002446=0.003424MPa4.雪荷载标准值计算：Sk：作用在雨蓬上的雪荷载标准值(MPa)S0：基本雪压，根据现行建筑结构荷载规范GB50009-2001取值，北京地区50年一遇最大积雪的自重:0.0004MPa.μr：屋面积雪分布系数，按表6.2.1[GB50009-2001]，为1.0。根据建筑结构荷载规范GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为：Sk=μr×S0=1.0×0.0004=0.0004MPa5.雪荷载设计值计算：S：雪荷载设计值(MPa)；S=1.4×Sk=1.4×0.0004=0.00056MPa6.雨蓬面活荷载设计值：Q：雨蓬面活荷载设计值(MPa)；Qk：雨蓬面活荷载标准值取：500N/m2Q=1.4×Qk=1.4×500/1000000=0.0007MPa因为Sk≤Qk，所以计算时活荷载参与正压组合！7.雨蓬构件恒荷载设计值：G+：正压作用下雨蓬构件恒荷载设计值(MPa)；G-：负压作用下雨蓬构件恒荷载设计值(MPa)；Gk：雨蓬结构平均自重取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=0.00048MPaG-=Gk=0.0004MPa8.选取计算荷载组合：(1)正风压的荷载组合计算：Sk+：正风压作用下的荷载标准值组合(MPa)；S+：正风压作用下的荷载设计值组合(MPa)；Sk+=Gk+wk++0.7Qk=0.001973MPaS+=G++w++0.7Q=0.002682MPa(2)负风压的荷载组合计算：Sk-：负风压作用下的荷载标准值组合(MPa)；S-：负风压作用下的荷载设计值组合(MPa)；Sk-=Gk+wk-=0.002046MPaS-=G-+w-=1.0Gk+1.4wk=0.003024MPa(3)最不利荷载选取：Sk：最不利荷载标准值组合(MPa)；S：最不利荷载设计值组合(MPa)；按上面2项结果，选最不利因素(负风压情况下出现)：Sk=0.002046MPaS=0.003024MPa四、雨蓬杆件计算基本参数：1：计算点标高：100m；2：力学模型：悬臂梁；3：荷载作用：集中力荷载；4：悬臂总长度：a=3000mm；5：分格宽度：B=1500mm；6：玻璃板块配置：单片玻璃10mm；7：悬臂梁材质：Q235；本处幕墙杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：1.悬臂梁的受力分析：(1)集中荷载值计算：本工程结构的每个梁上，共有i=3个集中力作用点，下面对这些力分别求值：Pki：每个集中力的标准值(N)；Pi：每个集中力的设计值(N)；ai：每个分格的沿悬臂梁方向的长度(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)；a1=1000mma2=1000mma3=1000mmPk1=SkBa2/2=1534.5NP1=SBa2/2=2268NPk3=SkBa3/2=1534.5NP3=SBa3/2=2268NPk2=SkB(a2+a3)/2=3069NP2=SB(a2+a3)/2=4536N(2)雨蓬杆件截面最大弯矩(根部处)的弯矩设计值计算：M：全部作用力作用下悬臂梁根部弯矩设计值(N·mm)；Mi：单个作用力Pi作用下悬臂梁根部弯矩设计值(N·mm)；bi：单个作用力Pi作用点到悬臂梁根部的距离(mm)；Pi：每个集中力的设计值(N)；Mi=Pi×biM=ΣMiM1=P1b1=2268000N·mmM3=P3b3=6804000N·mmM2=P2b2=9072000N·mmM=ΣMi=18144000N·mm2.选用材料的截面特性：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=1980000mm4主力方向截面抵抗矩：W=39700mm3塑性发展系数：γ=1.053.梁的抗弯强度计算：按悬臂梁抗弯强度公式,应满足：M/γW≤f上式中：M：悬臂梁的弯矩设计值(N·mm)；W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)；γ：塑性发展系数，取1.05；f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；则：M/γW=18144000/1.05/39700=435.264MPa215MPa悬臂梁抗弯强度不满足要求。4.梁的挠度计算：df：全部作用力作用下悬臂梁悬臂端挠度计算值(mm)；df,lim：悬臂梁悬臂端挠度限值(mm)；dfi：单个作用力Pi作用下悬臂梁悬臂端挠度计算值(mm)；bi：单个作用力Pi作用点到悬臂梁根部的距离(mm)；Pi：每个集中力的设计值(N)；a：悬臂梁总长度(mm)；dfi=Pibi2a(3-βi)/6EIβi=bi/adf=Σdfidf1=Pk1b12a(3-β1)/6EI=2.508mmdf3=Pk3b32a(3-β3)/6EI=16.93mmdf2=Pk2b22a(3-β2)/6EI=17.557mmdf=Σdfi=36.995mmdf,lim=3000/250=12mm36.995mmdf,lim=12mm悬臂梁杆件的挠度不满足要求!五、雨蓬焊缝计算基本参数：1：焊缝高度：hf=6mm；2：焊缝有效截面抵抗矩：W=76970mm3；3：焊缝有效截面积：A=2532.4mm2；1.受力分析：V：剪力(N)a：悬臂长度(mm)：B：分格宽度(mm)；M：弯矩(N·mm)V=SaB=0.003024×3000×1500=13608NM=18144000N·mm2.焊缝校核计算：校核依据：((σf/βf)2+τf2)0.5≤ffw7.1.3-3[GB50017-2003]上式中：σf：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)；βf：正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；τf：按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力(MPa)；ffw：角焊缝的强度设计值(MPa)；((σf/βf)2+τf2)0.5=((M/1.22W)2+(V/A)2)0.5=((1814