157米高导视牌结构计算书.docx

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157米高导视牌结构计算书

15.7米高导视牌结构计算书

一、设计依据

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）

《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS148:

2003）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）

《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）

工程基本条件：

1、设计概况

工程名称:

15.7米高导视牌

工程所在地:

武汉

建筑物安全等级:

一级

建筑物设计使用年限:

20年

基本风压:

0.40kN/㎡（取100年）

地面粗糙度:

B

基本雪压:

0.50kN/㎡

地震基本烈度:

6度

结构构件应力比控制:

0.90

二、计算简图

采用sap2000v15.1.1软件进行计算

本工程由两根相对独立的构件组成。

构件1:

15.7米高，材质为Q235B，见下图

构件2:

14米高，材质为Q235B，见下图

三、荷载计算

1、恒载

面板为2mm厚不锈钢板，加发光字等，Gk=0.25KN；

构件自重由软件自动添加。

2、活载

考虑导视牌顶端检修荷载，Sk=1KN/m

3、风荷载

《户外广告设施钢结构技术规程》4.2.1：

施加在户外广告牌高度Z处的单位面积风荷载标准值Wk应按下式计算：

本导视牌风荷载标准值按每2米进行分段计算

其中14-15.7米段风荷载标准值计算过程如下：

风荷载作用处按15米计

风荷载体型系数根据《高耸结构设计规范》4.2.7第3条第1项次悬臂结构体型，μs=2。

基本风压按100年取W0=0.4kN/m2

风振系数βz的计算过程如下：

经sap2000软件分析，结构的第一振型自振周期为0.99S。

重复上述计算过程，得出各段高度处的风荷载标准值

高度区间

风荷载标准值（kN）

14-16m

2.17

12-14m

1.97

10-12m

1.62

8-10m

1.38

6-8m

1.19

4-6m

1.02

0-4m

1

转换成线荷载（正面）

高度区间

风荷载标准值

（kN/m²）

构件1宽度

（m）

构件1线荷载

（kN/m）

构件2宽度

（m）

构件2线荷载

（kN/m）

14-16m

2.17

1.6

3.47

1.2

12-14m

1.97

3.15

2.36

10-12m

1.62

2.59

1.94

8-10m

1.38

2.21

1.66

6-8m

1.19

1.90

1.43

4-6m

1.02

1.63

1.22

0-4m

1

1.60

1.20

转换成线荷载（侧面）

高度区间

风荷载标准值

（kN/m²）

侧面宽度

（m）

侧面线荷载

（kN/m）

14-16m

2.17

0.2

0.43

12-14m

1.97

0.2

0.39

10-12m

1.62

0.3

0.49

8-10m

1.38

0.3

0.41

6-8m

1.19

0.4

0.48

4-6m

1.02

0.4

0.41

0-4m

1

0.4

0.40

侧面风荷载均按0.5kNm²计

四、荷载组合

五、构件计算分析

1、加载

风荷载工况1：

风荷载工况2：

活载：

2、运算结果

（1）强度验算

所有杆件强度应力比均小于0.90，故强度满足要求。

（2）变形验算

风荷载工况1：

风荷载工况1情况下，构架1受荷最大。

构架1高15.7m，根据《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.1，在风荷载标准值作用下，落地式广告牌钢结构顶点的水平位移不应超过该点离地高度的1/100。

即15.7/100=0.157m

构件1顶点水平位移0.0729m，0.0729<0.157，故变形满足要求。

风荷载工况2：

风荷载工况2情况下，构架2受荷最大。

构架2高14m，根据《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.1，在风荷载标准值作用下，落地式广告牌钢结构顶点的水平位移不应超过该点离地高度的1/100。

即14/100=0.14m

构件1顶点水平位移0.0598m，0.0598<0.14，故变形满足要求。

标准组合：

标准组合情况下，构件1顶点竖向位移值为0.006m，构件2顶点竖向位移值为0.011m。

构件1水平方向悬臂长度为2.7米，构件2水平方向悬臂长度为3.7米，参照《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.3，悬臂梁的挠度限值为l/150（l为悬臂长度）。

构件1挠度限值2.7/150=0.018，0.0006<0.018，满足要求。

构件2挠度限值3.7/150=0.0247，0.011<0.0247，满足要求。

六、支座节点计算

1、支座反力

节点编号

2、构件1支座节点

（1）节点平面图如下：

（2）锚栓承载力验算

选用M48地脚螺栓，有效直径43.31mm，

抗拉承载力设计值Ntb=3.14*43.31*43.31/4*180*0.001=265kN

265kN>71.84kN,螺栓满足设计要求

（3）焊缝验算

柱截面与底板采用全对接焊缝，强度满足要求。

（4）柱脚抗剪验算

锚栓所承受的拉力为：

Ta=590kN

柱脚底板的摩擦力：

Vfb=0.4*（N+Ta）=0.4×（123+590）=285kN

柱脚所承受的剪力：

V=（Vx2+Vy2）0.5=（462+222）0.5=50.99kN≤285，满足

（5）混凝土承载力验算

控制工况：

组合工况1

N=-123kN；Mx=196kN·m；My=420kN·m；

按单向公式双向叠加计算

①单独X向偏压下计算

偏心距：

e=420/123×103=3414.634mm

底板计算方向长度：

L=940mm

底板垂直计算方向长度：

B=2140mm

锚栓在计算方向离底板边缘距离：

d=120mm

e1=L/6=940/6=156.667mm

e2=L/6+d/3=940/6+120/3=196.667mm

e>e2，故：

混凝土弹性模量：

Ec=30000N/mm2

钢材弹性模量：

Es=206000N/mm2

弹性模量比：

n=Es/Ec=206000/30000=6.867

锚栓的总有效面积：

Ae=10312.032mm2

有一元三次方程的各系数如下：

A=1

B=3*（e-0.5L）=3×（3414.634-940/2）=8833.902

C=6*n*Ae/B*（e+L/2-d）=6×6.867×10312.032/2140×（3414.634+940/2-120）=747395.456

D=-C*（L-d）=-747395.456×（940-120）=-612864274.096

解方程式：

Ax3+Bx2+Cx+D=0，得：

x=222.128mm

σcx=2*N*（e+L/2-d）/B/x/（L-d-x/3）

=2×123×（3414.634+940/2-120）/2140/222.128/（940-120-222.128/3）×103

=2.612N/mm2

锚栓群承受的拉力：

Tax=N*（e-L/2+x/3）/（L-d-x/3）

=123×（3414.634-940/2+222.128/3）/（940-120-222.128/3）

=497.746kN

单个锚栓承受的最大拉力：

Ntax=Tax/7=497.746/7=71.107kN

②单独Y向偏压下计算

偏心距：

e=196/123×103=1593.496mm

底板计算方向长度：

L=2140mm

底板垂直计算方向长度：

B=940mm

锚栓在计算方向离底板边缘距离：

d=170mm

e1=L/6=2140/6=356.667mm

e2=L/6+d/3=2140/6+170/3=413.333mm

e>e2，故：

混凝土弹性模量：

Ec=30000N/mm2

钢材弹性模量：

Es=206000N/mm2

弹性模量比：

n=Es/Ec=206000/30000=6.867

锚栓的总有效面积：

Ae=5892.589mm2

有一元三次方程的各系数如下：

A=1

B=3*（e-0.5L）=3×（1593.496-2140/2）=1570.488

C=6*n*Ae/B*（e+L/2-d）=6×6.867×5892.589/940×（1593.496+2140/2-170）=643997.545

D=-C*（L-d）=-643997.545×（2140-170）=-1268675163.538

解方程式：

Ax3+Bx2+Cx+D=0，得：

x=627.259mm

σcy=2*N*（e+L/2-d）/B/x/（L-d-x/3）

=2×123×（1593.496+2140/2-170）/940/627.259/（2140-170-627.259/3）×103

=0.5908N/mm2

锚栓群承受的拉力：

Tay=N*（e-L/2+x/3）/（L-d-x/3）

=123×（1593.496-2140/2+627.259/3）/（2140-170-627.259/3）

=51.171kN

单个锚栓承受的最大拉力：

Ntay=Tay/4=51.171/4=12.793kN

③应力合成

底板下混凝土压应力:

σc=σcx+σcy=3.203N/mm2

混凝土抗压强度设计值：

fc=14.3N/mm2

底板下混凝土最大受压应力：

σc=3.203N/mm2≤14.3，满足

3、构件2支座节点

同构件1支座节点计算方法，满足设计要求。

墙下有筋条基计算

一、设计依据

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）①

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）②

二、示意图

三、计算信息

构件编号:

JC-1计算类型:

验算截面尺寸

1.几何参数

墙宽bo=1140mm

基础水平长度B1=2000mmB2=2000mm

基础端部高度h1=300mm

基础根部高度h2=300mm

基础总高度H=600mm

as=40mm

ho=560mm

2.材料信息

墙体材料:

混凝土

基础砼等级:

C30ft=1.43N/mm2fc=14.3N/mm2

基础钢筋级别:

HRB400fy=360N/mm2

3.计算信息

结构重要性系数:

γo=1.0

基础埋深:

dh=1.800m

基础及其上覆土的平均容重:

γ=20.000kN/m3

最小配筋率ρmin=0.150%

4.作用在基础顶部荷载标准组合值

F=50.000kN

M=135.000kN*m

V=25.000kN

ks=1.35

Fk=F/ks=50.000/1.35=37.037kN

Mk=M/ks=135.000/1.35=100.000kN*m

Vk=V/ks=25.000/1.35=18.519kN

5.修正后的地基承载力特征值

fa=100.000kPa

四、计算参数

1.基础计算长度By=1m

2.基础总宽Bx=B1+B2=2.000+2.000=4.000m

3.基础底面积A=Bx*By=4.000*1.000=4.000m2

4.Gk=γ*Bx*By*dh=20.000*4.000*1.000*1.800=144.000kN

G=1.35*Gk=1.35*144.000=194.400kN

五、计算作用在基础底部弯矩值

Mdk=Mk+Vk*H=100.000+18.519*0.600=111.111kN*m

Md=M+V*H=135.000+25.000*0.600=150.000kN*m

六、验算地基承载力

1.验算轴心荷载作用下地基承载力

pk=（Fk+Gk）/A=（37.037+144.000）/4.000=45.259kPa

因γo*pk=1.0*45.259=45.259kPa≤fa=100.000kPa

轴心荷载作用下地基承载力满足要求

2.验算偏心荷载作用下地基承载力

x方向偏心荷载作用下地基反力计算

enk=（B2+B1）/2-B2

=（2.000+2.000）/2-2.000

=0.000m

exk=[Mdk+（Fk+Gk）*enk]/（Fk+Gk）

=[111.111+（37.037+144.000）*0.000]/（37.037+144.000）

=0.614m

因|exk|≤Bx/6x方向小偏心，由公式【①5.2.2-2】和【①5.2.2-3】推导

Pkmax=（Fk+Gk）/A*（1+6*|exk|/Bx）

=（37.037+144.000）/4.000*（1+6*|0.614|/4.000）

=86.926kPa

Pkmin=（Fk+Gk）/A*（1-6*|exk|/Bx）

=（37.037+144.000）/4.000*（1-6*|0.614|/4.000）

=3.593kPa

γo*Pkmax=1.0*86.926=86.926kPa≤1.2*fa=1.2*100.000=120.000kPa

偏心荷载作用下地基承载力满足要求

七、基础受弯计算

1.计算ex

en=（B2+B1）/2-B2=（2.000+2.000）/2-2.000=0.000m

ex=（Md+（F+G）*en）/（F+G）

=（150.000+（50.000+194.400）*0.000）/（50.000+194.400）

=0.614m

2.计算地基承载力

因|ex|≤Bx/6小偏心

Pmax=（F+G）/A*（1+6*|ex|/Bx）

=（50.000+194.400）/4.000*（1+6*|0.614|/4.000）

=117.350kPa

Pmin=（F+G）/A*（1-6*|ex|/Bx）

=（50.000+194.400）/4.000*（1-6*|0.614|/4.000）

=4.850kPa

因ex>0

P=Pmin+（B1+bo/2）*（Pmax-Pmin）/Bx

=4.850+（2.000+1.140/2）*（117.350-4.850）/4.000

=77.131kPa

3.计算弯矩

墙体材料为混凝土

a1=B2-bo/2=2.000-1.140/2=1.430m

a2=B1-bo/2=2.000-1.140/2=1.430m

a=max（a1,a2）=max（1.430,1.430）=1.430m

MI=1/6*a2*（2*Pmax+P-3*G/A）

=1/6*1.4302*（2*117.350+77.131-3*194.400/4.000）

=56.586kN*m

八、基础受剪计算

1.计算剪力

pk=（Fk+Gk）/B=（37.0+144.0）/4.0=45.26kN/m

Vs=1m*pk=1m*45.26=45.26kN

基础底面短边尺寸大于柱宽加两倍基础有效高度，不需验算受剪承载力！

九、配筋计算

1.计算基础底板X方向钢筋

Asx=γo*MI/（0.9*ho*fy）

=1.0*56.59*106/（0.9*560*360）

=311.9mm2

Asxmin=ρmin*By*H=0.150%*1000*600=900.0mm2

Asx=max（Asx,Asxmin）=max（311.9,900.0）=900mm2

Asx1=Asx/By=900/1000=900mm2/m

选择钢筋12@125,实配面积为905mm2/m。