雨棚集中荷载.docx

1、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

2、程 JGJ113-2003普通平板玻璃 GB4871-1995浮法玻璃 GB116141999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/T

3、1591-1994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

4、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+0.61.4wk+0.71.4Sk(或

5、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+1.4wk+0.71.4Sk(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+=gzzs+w0 7.1.1-2GB50009-2001 wk-=gzzs-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； gz：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算: gz=K(1+2f)

6、 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地: gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: gz=0.80(1+2f) 其中：f=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： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=1.6019 z：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: z=1.379(Z/10)0.

7、24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，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： z=0.616(Z/10)0.44=1.6966 s：风荷载体型系数，对于雨蓬结构，按规范，计算正风压时，取s+=1.0；计算负风压时，取s-=-2.0； w0：基本风压值(MPa)，根据现行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+=gzzs+w0 =1.60191.69661.00.00045 =0.0

8、01223MPa wk-=gzzs-w0 =1.60191.69662.00.00045 =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+=1.4wk+ =1.40.001223 =0.001712MPa w-=1.4wk- =1.40.002446 =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，

9、根据现行GB50009-2001取值，北京地区50年一遇最大积雪的自重:0.0004MPa. r：屋面积雪分布系数，按表6.2.1GB50009-2001，为1.0。 根据GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为： Sk=rS0 =1.00.0004 =0.0004MPa5.雪荷载设计值计算： S：雪荷载设计值(MPa)； S=1.4Sk =1.40.0004 =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/m2 Q=1.4Qk =1.4500/1000000 =0.0007MPa 因为SkQk，所以计算

10、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+=1.2Gk =1.20.0004 =0.00048MPa G-=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 =0.001973MPa S+=G+w+0.7Q =0.002682MPa(

11、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- =0.002046MPa S-=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=0.002046MPa S=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：

12、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=1000mm a2=1000mm a3=1000mm Pk1=SkBa2/2 =1534.5N P1=SBa2/2 =2

13、268N Pk3=SkBa3/2 =1534.5N P3=SBa3/2 =2268N Pk2=SkB(a2+a3)/2 =3069N P2=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(Nmm)； Mi：单个作用力Pi作用下悬臂梁根部弯矩设计值(Nmm)； 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=Pibi M=Mi M1=P1b1 =2268000Nmm M3=P3b3 =6804000Nmm M2=P2b2 =9072000Nmm M=Mi =181

14、44000Nmm2.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：=1.053.梁的抗弯强度计算：按悬臂梁抗弯强度公式,应满足： M/Wf上式中： M：悬臂梁的弯矩设计值(Nmm)； W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；则： M/W=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

15、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-i)/6EI i=bi/a df=dfi df1=Pk1b12a(3-1)/6EI =2.508mm df3=Pk3b32a(3-3)/6EI =16.93mm df2=Pk2b22a(3-2)/6EI =17.557mm df=dfi =36.995mm df,lim=3000/250=12mm 36

16、.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(Nmm) V=SaB =0.00302430001500 =13608N M=18144000Nmm2.焊缝校核计算：校核依据： (f/f)2+f2)0.5ffw 7.1.3-3GB50017-2003上式中： f：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)； f：正面角焊缝的强度设计

17、值增大系数，取1.22； f：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)； (f/f)2+f2)0.5 =(M/1.22W)2+(V/A)2)0.5 =(18144000/1.22/76970)2+(13608/2532.4)2)0.5 =193.295MPa 193.295MPaffw=160MPa焊缝强度不能满足要求六、幕墙玻璃的选用与校核基本参数： 1：计算点标高：100m； 2：玻璃板尺寸：宽高=BH=1500mm1500mm； 3：玻璃配置：单片玻璃，钢化玻璃：10mm；模型简图为：1.玻璃板块荷载组合计算：(1)玻璃板块自重： Gk

18、：玻璃板块自重标准值(MPa)； G：玻璃板块自重设计值(MPa)； t：玻璃板块厚度(mm)； g：玻璃的体积密度(N/mm3)； wk+：正风压作用下作用在雨蓬上的风荷载标准值(MPa)； Gk=gt =0.000025610 =0.000256MPa因为Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以： G+：正压作用下雨蓬玻璃恒荷载设计值(MPa)； G-：负压作用下雨蓬玻璃恒荷载设计值(MPa)； Gk：玻璃板块自重标准值(MPa)； G+=1.2Gk =1.20.000256 =0.000307MPa G-=Gk =0.000256MPa(2)正风压的荷载组合计算： Sk+：正风压作用下

19、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 =0.001829MPa S+=G+w+0.7Q =0.002509MPa(3)负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- =0.00219MPa S-=G-+w- =1.0Gk+1.4wk- =0.003168MPa(4)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=0.0021

20、9MPa S=0.003168MPa2.玻璃的强度计算：校核依据：fg ：玻璃的计算参数； ：玻璃的折减系数； Sk：最不利荷载标准值组合(MPa)； a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)； E：玻璃的弹性模量(MPa)； t：玻璃厚度(mm)； =Ska4/Et4 6.1.2-3JGJ102-2003 =0.0021912504/72000/104 =7.426按系数，查表6.1.2-2JGJ102-2003，=0.981； ：玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)； S：最不利荷载设计值组合(MPa) t：玻璃厚度(mm)； m：玻璃弯矩系数, 查表得m=0.154； =6mS

21、a2/t2 =60.1540.003168125020.981/102 =44.869MPa 44.869MPafg=42MPa(钢化玻璃)玻璃的强度不满足!3.玻璃最大挠度校核：校核依据： df=Ska4/Ddf,lim 6.1.3-2JGJ102-2003上面公式中： df：玻璃板挠度计算值(mm)； ：玻璃挠度的折减系数，按=Ska4/Et4查表，为0.981； ：玻璃挠度系数，查表得=0.02603； Sk：最不利荷载标准值组合(MPa)； a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)； D：玻璃的弯曲刚度(Nmm)； df,lim：许用挠度，取支撑点间玻璃面板长边边长的1/60，为20.83

22、3mm；其中： D=Et3/(12(1-2) 6.1.3-1JGJ102-2003上式中： E：玻璃的弹性模量(MPa)； t：玻璃的厚度(mm)； ：玻璃材料泊松比，为0.2； D=Et3/(12(1-2) =72000103/(12(1-0.22) =6250000Nmm df=Ska4/D =0.9810.026030.0021912504/6250000 =21.845mm 21.845mmdf,lim=20.833mm(钢化玻璃)玻璃的挠度不满足要求!七、雨蓬埋件计算(土建预埋)1.校核处埋件受力分析： V：剪力设计值(N)； N：轴向拉(压)力设计值(N)，本处无轴向拉、压力； M

23、：根部弯矩设计值(Nmm)；根据前面的计算，得： N=0N V=13608N M=18144000Nmm2.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：(1)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：ASV/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz C.0.1-1JGJ102-2003 b：ASN/0.8abfy+M/0.4arabfyz C.0.1-2JGJ102-2003(2)当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应同时满足下面的条件： c：AS(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3

24、arabfyz C.0.1-3JGJ102-2003 d：AS(M-0.4Nz)/0.4arabfyz C.0.1-4JGJ102-2003其中： AS：锚筋的总截面面积(mm2)； V：剪力设计值(N)； N：法向拉力或压力设计值(N)，压力设计值不应该大于0.5fcA，此处A为锚板的面积； M：弯矩设计值(Nmm)； ar：钢筋层数影响系数，二层取1.0，三层取0.9，四层取0.85； av：钢筋受剪承载力系数，不大于0.7； fy：锚筋抗拉强度设计值(MPa)，按GB50010选取，但不大于300MPa； ab：锚板弯曲变形折减系数； z：沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离(mm)

25、；另外： d：锚筋直径(mm)； t：锚板厚度(mm)； n：锚筋总数量； fc：混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)，按GB50010选取； av=(4.0-0.08d)(fc/fy)0.5 C.0.1-5JGJ102-2003 =(4.0-0.0812)(11.9/210)0.5 =0.724 因为av0.7,所以取0.7 ab=0.6+0.25t/d C.0.1-6JGJ102-2003 =0.6+0.258/12 =0.767 AS=nd2/4 =43.14122/4 =452.16mm2 V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz =880.31mm2AS=452.16mm2 N/0.8abfy+M/0.4arabfyz =2560.152mm2AS=452.16mm2所以，预埋件锚筋总截面积不满足承载力要求。