钢结构雨棚设计计算书.docx
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钢结构雨棚设计计算书
钢结构雨棚设计计算书
一、计算依据:
1.《建筑结构荷载规范》
2.《钢结构设计规范》GB50017-2003
3.《玻璃幕墙工程技术规范》
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ω0=0.700(kN/m2),考虑到结构的重要性,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:
z=0.74。
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,即采用其标准值。
1、风荷载
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:
Wk=zszWo················(1.1)
式中:
Wk---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;
Wo---基本风压(kN/m2)按《技术要求》Wo=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)
z(C类)
5
0.74
10
0.74
15
0.74
20
0.85
即风荷载设计值为:
W=γWWK=1.4WK··············(1.2)
2、地震作用
雨棚平面外地震作用标准值计算公式如下:
qEK=
·················(1.3)
雨棚平面内地震作用标准值计算公式如下:
PE=
·················(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)
为单位面积的幕墙结构自重(kN/m2);取
=0.4kN/m2
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=1.3qEK·············(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=1.0WK+0.6qEK-1.0qGk·············(1.6)
W合=1.0W+0.6qE-1.0qG·············(1.7)
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)。
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
雨棚结构自重:
qGK=0.4KN/m2
qG=1.2×0.4=0.48KN/m2
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:
Wk=zszWo
=2.25×2×0.74×1.1×
=2.564KN/m2
W=1.4WK=3.59KN/m2
2.3作用
地震作用:
qEk=3.0×
×0.6=0.144KN/m2
qE=1.3X0.144=0.188KN/m2
六、荷载组合
竖直方向
标准值:
W合K=2.564+0.6×0.144-0.4=2.25KN/m2
设计值:
W合=3.59+0.6×0.188-0.48=3.223KN/m2
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合×B=3.223×2.18=7.03KN/m
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
Wk=zszWo
=2.25×1.5×0.74×1.1×
=1.923KN/m2
W=1.4WK=2.692KN/m2
qEk=3.0×
×0.6=0.144KN/m2
qE=1.3X0.144=0.188KN/m2
W合=2.692+0.6×0.188=2.805KN/m2
q1=W合×H/2=2.805×4.5/2=6.31KN/m
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。
(1)计算参数
此力学模型的受力:
Case
LoadType
List
LoadValues
1
self-weight
1to7
PZNegative
1
uniformload
2to7
PZ=7.03(kN/m)
1
uniformload
1
PY=6.31(kN/m)
型材截面特性:
SectionName
BarList
AX(mm^2)
AY(mm^2)
AZ(mm^2)
IX(mm^4)
IY(mm^4)
IZ(mm^4)
300X12
1
13824.000
6624.000
6624.000
286654464.000
191434752.000
191434752.000
180X100X8
2to7
4224.000
1344.000
2624.000
15175695.515
17723392.000
6899712.000
杆件参数:
Bar
Node1
Node2
Section
Material
Length(m)
Gamma(Deg)
Type
1
1
2
300X12
STEEL
10.90
0.0
N/A
2
3
4
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
3
5
6
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
4
7
8
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
5
9
10
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
6
11
12
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
7
13
14
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
节点参数:
Node
X(m)
Y(m)
Z(m)
SupportCode
Support
1
-11279.00
6924.12
0.0
xxxxxx
Fixed
2
-11268.10
6924.12
0.0
xxxxxx
Fixed
3
-11278.90
6924.12
0.0
4
-11278.90
6921.62
0.0
5
-11274.64
6924.12
0.0
6
-11274.64
6921.62
0.0
7
-11276.82
6924.12
0.0
8
-11276.82
6921.62
0.0
9
-11270.28
6924.12
0.0
10
-11270.28
6921.62
0.0
11
-11272.46
6924.12
0.0
12
-11272.46
6921.62
0.0
13
-11268.20
6924.12
0.0
14
-11268.20
6921.62
0.0
(2)结果输出
支座反力:
Node/Case
FX(kN)
FY(kN)
FZ(kN)
MX(kNm)
MY(kNm)
MZ(kNm)
1/1
0.00
-34.39
-44.32
62.80
63.93
-62.47
2/1
0.00
-34.39
-44.32
62.80
-63.93
62.47
Case1
DL1
SumofVal.
0.00
-68.78
-88.65
125.60
-0.00
0.00
SumofReac.
0.00
-68.78
-88.65
-613681.96
-999374.67
775383.50
Sumofforc.
0.0
68.78
88.65
613681.96
999374.67
-775383.50
CheckVal.
0.00
0.00
-0.00
-0.00
-0.00
-0.00
Precision
2.23250e-014
2.04358e-028
杆件内力:
Bar
FX(kN)
FZ(kN)
MY(kNm)
1/MAX
0.00
44.32
63.93
1/MIN
-0.00
-44.32
63.93
2/MAX
-0.00
-0.00
20.93
2/MIN
-0.00
-16.75
0.00
3/MAX
-0.00
-0.00
20.93
3/MIN
-0.00
-16.75
0.00
4/MAX
0.0
-0.00
20.93
4/MIN
0.0
-16.75
0.00
5/MAX
0.0
0.0
20.93
5/MIN
0.0
-16.75
0.00
6/MAX
0.0
-0.00
20.93
6/MIN
0.0
-16.75
0.00
7/MAX
0.00
0.00
20.93
7/MIN
0.00
-16.75
0.00
节点位移:
Node/Case
UX(mm)
UZ(mm)
RY(Deg)
1/1
0.0
0.0
0.0
2/1
0.0
0.0
0.0
3/1
-0.0000
0.0079
-0.0
4/1
0.3852
9.6575
-0.0
5/1
-0.0000
5.6723
-0.0
6/1
2.0721
24.5302
-0.0
7/1
-0.0000
2.5222
-0.1
8/1
4.1443
21.7571
-0.1
9/1
-0.0000
2.5222
0.1
10/1
-4.1443
21.7571
0.1
11/1
-0.0000
5.6723
0.0
12/1
-2.0721
24.5302
0.0
13/1
-0.0000
0.0079
0.0
14/1
-0.3852
9.6575
0.0
此力学模型的节点应力极值:
Smax(N/mm^2)
Smin(N/mm^2)
Smax(My)(N/mm^2)
Smin(My)(N/mm^2)
Fx/Ax(N/mm^2)
MAX
106.30
-0.00
106.30
-0.00
0.00
Bar
5
2
4
7
7
Node
9
4
7
14
14
Case
1
1
1
1
1
MIN
0.00
-106.30
0.00
-106.30
-0.00
Bar
3
3
7
4
3
Node
6
5
14
7
6
Case
1
1
1
1
1
(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),Umax=24.5302mm。
根据规范对钢骨料刚度要求,钢骨料的最大允许挠度不大于L/200(对于悬臂梁L为悬伸长度的2倍),即
Umax=24.5302mm≤25mm
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:
σmax=106.30N/mm2
可见:
故结构的强度能满足要求。
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- 钢结构 雨棚 设计 计算