钢结构雨棚设计计算书
一、计算依据:
1.《建筑结构荷载
规范
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》
2(《钢结构设计规范》GB50017-2003
3(《玻璃幕墙
工程
路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
技术规范》
4(《建筑抗震设计规范》
二、计算基本参数:
1(本工程位于深圳市,基本风压ω=0.700(kN/m2),考虑到结构0
的重要性,按50年
一遇考虑乘以系数1.1,故本工程基本风压ω=1.1x0.7=0.77(kN/m2)。
2. 地面粗糙度类别按C类考虑,风压高度变化系数取5.0米处(标高最高处),查下页表1-1知,该处风压高度变化系数为:,=0.74。z依据《玻璃幕墙工程技术规范》,风荷载体形系数,对于挑檐风荷载向上取μs=2.0,瞬时风压的阵风系数βz=2.25 。
3. 本工程耐火等级一级,抗震设防七度。
三、结构受力分析
该处雨棚是以钢架作为承重结构的悬臂体系。
四、设计荷载确定原则:
作用于垂直雨棚平面的荷载主要是风荷载、地震作用及雨棚结构自重,其中风荷载引起的效应最大。
在进行雨棚构件、连接件承载力计算时,必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数,即采用其设计值;进行位移和挠度计算时,各分项系数均取1.0,即采用其
标准
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值。
1、风荷载
1- 1
根据《玻璃幕墙工程技术规范》,垂直于雨棚平面上的风荷载标准值,
按下列公式(1.1)计算:
W k = ,z ,s ,z Wo ????????????????(1.1) 式中: W k ---风荷载标准值 (kN/m2);
,z---瞬时风压的阵风系数;βz=2.25
,s---风荷载体型系数;向上取μs=2.0
,z---风荷载高度变化系数,并与建筑的地区类别有关;按《建
筑结构荷载规范》GBJ9-87取值;
o W---基本风压(kN/m2) 按《技术要求》W o =1.1x0.700=0.770(kN/m2) 按《玻璃幕墙工程技术规范》要求,进行建筑幕墙构件、连接件和锚
固件承载力计算时,风
荷载分项系数应取γw= 1.4
表1-1
高度(m) , (C类)z
5 0.74
10 0.74
15 0.74
20 0.85
即风荷载设计值为:
W= γW = 1.4W ??????????????(1.2) WKK
2、地震作用
雨棚平面外地震作用标准值计算公式如下:
Gk
qEK =,E,max ?????????????????(1.3) A
雨棚平面内地震作用标准值计算公式如下:
1- 2
PE =,E,max G ?????????????????(1.4)
式中, qEK为垂直雨棚平面的分布地震作用;(kN/m2)
PE为平行于雨棚平面的集中地震作用;(kN)
,E为地震动力放大系数;取,E=3.0
,max为水平地震影响系数最大值;取,max=0.08(7度抗震设计)
G为幕墙结构自重(kN)
GkGk
为单位面积的幕墙结构自重(kN/m2) ;取=0.4kN/m2 AA
按规范要求,地震作用的分项系数取γE= 1.3,即地震作用设计值为: qE=γEqEK = 1.3 qEK ?????????????(1.5)
3、雨棚结构自重
按规范要求,幕墙结构自重的分项系数取γG=1.2。
4、荷载组合
按规范要求对作用于雨棚同一方向上的各种荷载应作最不利组合。对垂直于雨棚平面上的荷载,其最不利荷载组合为:
WK合=1.0 WK + 0.6 qEK - 1.0q ?????????????(1.6) Gk
W合=1.0 W + 0.6 qE - 1.0q ?????????????(1.7) G
其中, WK合为组合荷载的标准值(kN/m2);
W合 为组合荷载的设计值(kN/m2)。
1- 3
五 、计算部位的选取及荷载的确定
该雨棚最不利位置为标高5.0m处,按该处雨棚的平面布置,取出一个纵向的计算单元,如图一阴影部分所示。 1. 水平荷载
该雨棚可以简化为一悬臂板,故可以忽略水平方向的荷载。 2. 竖直荷载
2.1恒荷载
2 雨棚结构自重: q=0.4KN/m GK
2 q=1.2×0.4=0.48KN/m G
2.2活荷载
垂直方向对结构产生作用的活荷载仅有风荷载。
根据公式(1.1)~(1.4)可得:
仅考虑风荷载向上:
W k = ,z ,s ,z Wo
=2.25×2×0.74×1.1×0.7
2 =2.564KN/m
2 W=1.4W=3.59KN/m K
1- 4
2.3作用
2 地震作用:q=3.0×0.08×0.6=0.144KN/m Ek
2 q=1.3X0.144=0.188KN/m E
六 、荷载组合
竖直方向
2标准值:W=2.564+0.6×0.144-0.4=2.25KN/m 合K
2设计值:W=3.59+0.6×0.188-0.48=3.223KN/m 合
七 、雨棚钢架的计算
1、荷载确定
由图一所示的计算单元知,计算单元的宽度为2180mm。经受力分析及简化,取上图所示的力学模型计算。
q= W×B=3.223×2.18=7.03KN/m 合
此外雨棚上方大玻璃幕墙(顶部标高9.5米,分格高度为4.5米)传给雨棚钢梁的均布荷载为q1
W k = ,z ,s ,z Wo
1- 5
=2.25×1.5×0.74×1.1×0.7
2 =1.923KN/m
2 W=1.4W=2.692KN/m K
2 q=3.0×0.08×0.6=0.144KN/m Ek
2 q=1.3X0.144=0.188 KN /m E
2 W=2.692+0.6×0.188=2.805 KN /m 合
q= W×H/2=2.805×4.5/2=6.31KN/m 1合
2、强度校核
在软件ROBOT中建立上图所示的力学模型。
此力学模型的节点编号、杆件编号见下图。
13
74
58
116
912
13210
14
Z
YX
1- 6
2
1
4
3
6
(1) 计算参数
5
Z YX7
此力学模型的受力:
Case Load List Load Values
Type
1 self-weigh1to7 PZ Negative
t
1 uniform 2to7 PZ=7.03(kN/m)
load
1 uniform 1 PY=6.31(kN/m)
load
型材截面特性:
Section BaAX AY AZ IX IY IZ Name r (mm^2(mm(mm(mm(mm(mm
Li) ^2) ^2) ^4) ^4) ^4)
st
300X12 1 13824.6624.6624.286619141914
1- 7
000 000 000 544634753475
4.000 2.000 2.000 180X1002t4224.01344.2624.151717726899
X8 o7 00 000 000 5695.3392.712.0
515 000 00
杆件参数:
BaNodNodSectMaterLenGaType r e 1 e 2 ion ial gth m
(m) ma
(De
g)
1 2 300STEE10.90.0 N/A 1
X12 L 0
3 4 180STEE2.50 0.0 N/A 2
X10L
0X8
5 6 180STEE2.50 0.0 N/A 3
X10L
0X8
7 8 180STEE2.50 0.0 N/A 4
X10L
0X8
9 10 180STEE2.50 0.0 N/A 5
X10L
0X8
11 12 180STEE2.50 0.0 N/A 6
X10L
0X8
13 14 180STEE2.50 0.0 N/A 7
X10L
0X8
节点参数:
1- 8
NodX Y Z Support Support
e (m) (m) (m) Code
-1126920.0 xxxxxx Fixed 1
79.04.12 0
-1126920.0 xxxxxx Fixed 2
68.14.12 0
-1126920.0 3
78.94.12 0
-1126920.0 4
78.91.62 0
-1126920.0 5
74.64.12 4
-1126920.0 6
74.61.62 4
-1126920.0 7
76.84.12 2
-1126920.0 8
76.81.62 2
-1126920.0 9
70.24.12 8
-1126920.0 10
70.21.62 8
-1126920.0 11
72.44.12 6
-1126920.0 12
72.41.62 6
1- 9
-1126920.0 13
68.24.12
0
-1126920.0 14
68.21.62
0
(2)结果输出
支座反力:
Node/CaFX FY FZ MX MY MZ
se (kN) (kN) (kN) (kNm) (kNm) (kNm
)
0.00 -34.39 -44.32 62.80 63.93 -62.47 1/ 1
0.00 -34.39 -44.32 62.80 -63.93 62.47 2/ 1
Case 1 DL1
0.00 -68.78 -88.65 125.60 -0.00 0.00 Sum of
Val.
0.00 -68.78 -88.65 -613681-99937477538 Sum of
.96 .67 3.50 Reac.
0.0 68.78 88.65 613681.999374.-7753 Sum of
96 67 83.50 forc.
0.00 0.00 -0.00 -0.00 -0.00 -0.00 Check
Val.
2.2322.04358
50e-0e-028 Precisio
14 n
杆件内力:
1- 10
Bar FX FZ MY
(kN) (kN) (kNm)
0.00 44.32 63.93 1 / MAX
-0.00 -44.32 63.93 1 / MIN
-0.00 -0.00 20.93 2 / MAX
-0.00 -16.75 0.00 2 / MIN
-0.00 -0.00 20.93 3 / MAX
-0.00 -16.75 0.00 3 / MIN
0.0 -0.00 20.93 4 / MAX
0.0 -16.75 0.00 4 / MIN
0.0 0.0 20.93 5 / MAX
0.0 -16.75 0.00 5 / MIN
0.0 -0.00 20.93 6 / MAX
0.0 -16.75 0.00 6 / MIN
0.00 0.00 20.93 7 / MAX
0.00 -16.75 0.00 7 / MIN
节点位移:
Node/CaUX UZ RY
se (mm) (mm) (Deg)
0.0 0.0 0.0 1/ 1
0.0 0.0 0.0 2/ 1
-0.0000 0.0079 -0.0 3/ 1
0.3852 9.6575 -0.0 4/ 1
-0.0000 5.6723 -0.0 5/ 1
2.0721 24.530-0.0 6/ 1
2 -0.0000 2.5222 -0.1 7/ 1
4.1443 21.757-0.1 8/ 1
1 -0.0000 2.5222 0.1 9/ 1
-4.1443 21.7570.1 10/ 1
1 -0.0000 5.6723 0.0 11/ 1
-2.0721 24.5300.0 12/ 1
1- 11
2
-0.0000 0.0079 0.0 13/ 1
-0.3852 9.6575 0.0 14/ 1
此力学模型的节点应力极值:
S max S min S S Fx/Ax
(N/mm^2) (N/mm^max(Mmin(My) (N/m
2) y) (N/mm^m^2)
(N/mm2)
^2)
106.30 -0.00 106.30 -0.00 0.00 MAX
5 2 4 7 7 Bar
9 4 7 14 14 Node
1 1 1 1 1 Case
0.00 -106.30 0.00 -106.30 -0.00 MIN
3 3 7 4 3 Bar
6 5 14 7 6 Node
1 1 1 1 1 Case
(3)结果分析
节点位移分析:
由节点位移输出的结果可知,变形主要发生在Z轴方向,结构的最大变形在杆件3及杆件6的杆端(即6节点处及12节点处),U=24.5302mm。根据规范对钢骨料刚度要求,钢骨料的最大允许挠度max
1- 12
不大于L/200(对于悬臂梁L为悬伸长度的2倍),即[u]=2X2500/200=25mm
U=24.5302mm?25mm max
故结构的挠度能满足要求。
应力极值分析
由节点应力极值表可知,应力绝对值的最大值:
2 σ=106.30 N/mm max
可见:, ? f
故结构的强度能满足要求。
1- 13