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雨蓬计算书
雨蓬钢结构计算
第一章、计算资料
1.1计算依据
本计算书依据规范如下:
(1)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)
(2)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
(3)《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)
(4)其它相关规范规程
1.2基本参数
使用年限:
按主体结构50年考虑。
场地类别:
C类
基本风压:
0.65kN/m2
基本雪压:
0.40kN/m2
第二章、荷载及作用组合
一、恒荷载
1、自重荷载标准值
(1)钢结构自重DEAD:
SAP2000程序自动计算,钢材容重78.5kN/m3。
(2)玻璃面板及其配件重量:
GAK:
玻璃面板自重面荷载标准值
面板采用4mm厚铝塑复合板,铝塑复合板容重28kN/m3
GAK=4×10-3×28=0.112kN/m2
GGK:
考虑各种零部件及LOG后的幕墙面板自重面荷载标准值取
GGK=1.0kN/m2
2、自重荷载设计值
rG:
永久荷载分项系数,取rG=1.2
GG:
考虑各种零部件等后雨蓬重力荷载设计值
GG=rG·GGk=1.2×1.0=1.2kN/m2
二、风荷载
基本风压
0.65kN/m2,场地类别C类。
垂直于建筑物表面的风荷载标准值按下式计算
。
1、负风压作用(作用方向竖直向上)
βgz:
阵风系数,取βgz=2.2218
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.5.1
μS:
风荷载体型系数,取μS=-2.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条
μZ:
风压高度变化系数,取μZ=0.736
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表7.2.1
W0:
作用在雨蓬上的风荷载基本值0.65kN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4(按50年一遇)
WK1:
作用在雨蓬上的负风荷载标准值
WK1=βgz·μS·μZ·W0=2.2218×(-2.0)×0.736×0.65=-2.1266kN/m2(表示负风压)
rW:
风荷载分项系数,取rW=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.5条
W1:
作用在雨蓬上的负风荷载设计值
W1=rW·WK1=1.4×(-2.1266)=-2.977kN/m2
2、正风压作用(作用方向竖直向下)
WK2:
作用在雨蓬上的正风荷载标准值
μS:
风荷载体型系数,取μS=+1.0+0.2=+1.2
WK2=βgz·μS·μZ·W0=2.218×1.2×0.736×0.65=1.276kN/m2
rW:
风荷载分项系数,取rW=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.5条
W2:
作用在雨蓬上的正风荷载设计值
W2=rW·WK2=1.4×1276=1786kN/m2
三、雪荷载作用
S0:
基本雪压,取S0=0.4kN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4
μr:
积雪分布系数,取μr=1.0
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001表6.2.1
SK:
雪荷载标准值
SK=μr·S0=1.0×0.4=0.4kN/m2
rs:
雪荷载作用效应的分项系数,取rs=1.4
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第3.2.5条
S:
雪荷载设计值
S=rs·SK=1.4×0.4=0.56kN/m2
四、活荷载
按上人屋面考虑雨蓬活荷载
活荷载标准值取qk=1.0kN/m2
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006版)第4.3.1条
五、施工和检修集中荷载
施工和检修集中荷载(简称“施检荷载”)
在雨蓬长度方向每隔1.0m布置一个集中荷载,集中荷载取为1.0kN,最不利布置施检荷载。
六、荷载效应组合
在进行荷载组合时,分别考虑正风荷载控制的向下组合COMB1、永久荷载起控制作用向下组合COMB2,以及由负风荷载控制的向上组合COMB3,在进行组合时根据规范雪荷载和活荷载不同时考虑,取其较大值,此处活荷载qk=0.5kN/m2>雪荷载标准值SK=0.4kN/m2,所以考虑活荷载而不考虑雪荷载。
荷载效应组合如下所示:
(1)、正风荷载控制的向下组合COMB1:
1.2×恒荷载(DEAD+GGK1)+1.4×正风压+1.40×0.7×活载+1.4×0.7×施检荷载
(2)、永久荷载起控制作用向下组合COMB2:
1.35×恒荷载(DEAD+GGK1)+1.4×0.6×正风压+1.40×0.7×活载+1.4×0.7×施检荷载
(3)、负风荷载控制的向上组合COMB3
0.9×恒荷载(DEAD+GGK1)+1.4×负风压
(4)、以上各种工况组合的包络组合为COMB4
注:
在进行结构位移计算时,分项系数取为1.0,以上荷载均为标准值。
第三章、计算模型
一、计算说明
雨蓬钢结构标高取为5m,雨蓬钢结构(两侧)悬挑长度4.65m,雨蓬示意如下图所示。
雨蓬主要支撑结构采用变截面工字钢varI及上部拉杆PIPE1作为主要支撑结构,变截面工字钢varI与主体结构采用刚接,拉杆PIPE1与主体结构采用铰接,其下部与工字钢连接处也采用铰接节点。
为了有效的减小变截面工字钢varI与主体结构连接处的弯矩,减小对主体混凝土结构的影响,需将工字钢之间通过较强构件连接,使雨蓬形成整体的受力体系,这样将大大减小没有拉杆处工字钢与主体结构连接处的弯矩。
基于H型钢var1:
工字钢截面采用250X200X12X14;H型钢var2:
工字钢截面采用GB-HM300X200X8X12;H型钢var3:
工字钢截面采用GB-HW350X350X12X19拉杆PIPE:
GB-SSPΦ219X10圆钢管;
图1雨蓬结构示意图
图2雨蓬节点编号图
二、计算模型及约束条件
如图2所示,拉杆下端与工字钢采用铰接,释放其连接处转动自由度,其余杆件之间均采用刚接。
三、荷载施加
每根工字钢所承担的荷载分格宽度为B=2400mm。
(1)衡荷载
玻璃作用在雨蓬之后,以集中荷载的形式传递给钢结构,风压垂直于面板。
衡荷载标准集中荷载施加如下图所示:
(2)正风压加载
风荷载作用在雨蓬之后,以均布线荷载的形式传递给钢结构,风压垂直于面板.
风荷载标准集中荷载施加如下图所示:
(3)负风压加载
风荷载作用在雨蓬之后,以均布线荷载的形式传递给钢结构,风压垂直于面板.
风荷载标准集中荷载施加如下图所示:
(4)、地震荷载
玻璃面板及零部件自重荷载作用以均布线荷载的形式传递给钢结构,方向竖直向下。
具体施加荷载详见SAP模型。
以上所列均为线荷载标准值,应将以上荷载组合后进行强度验算。
第四章、结果分析
一、构件校核
(1)工字钢var1校核,工字钢中部截面最危险,所以对中部截面进行校核
a)工字钢截面特性:
如图4.1所示。
图4.1工字钢var1其截面特性
b)该类构件最大长细比
,满足要求。
,满足要求。
c)最不利荷载组合下变截面工字钢内力:
Mx=85.8975KN.m
d)计算结果
Mx/(γxWnx)=85.8975x106/(1.05x712055.3)=114.88MPa<215MPa
构件强度满足规范要求。
(2)工字钢var3校核,工字钢跟部截面最危险,所以对跟部截面进行校核
a)工字钢截面特性:
如图4.2所示。
图4.2工字钢var3其截面特性
b)该类构件最大长细比
,满足要求。
,满足要求。
c)最不利荷载组合下变截面工字钢内力:
Mx=-129.1306KN.m
d)计算结果
Mx/(γxWnx)=129.1306x106/(1.05x2303000)=53.4MPa<215MPa
构件强度满足规范要求。
(3)PIPE:
GB-SSPΦ219X10圆钢管杆件校核
a)截面特性:
如图4.3所示。
图4.3拉杆PIPE:
GB-SSPΦ219X10圆钢管其截面特性
b)该类构件最大长细比因拉杆在负风压作用下可转变成压杆,故长细比按150控制)
λx=ιox/ix=9600/74=129.7<150满足要求。
λy=ιoy/iy=9600/74=129.7<150满足要求。
c)最不利荷载组合下PIPE内力:
N=2.94KNMx=7.328KN.m可见此根杆件主要是受弯矩,为受弯构件,其余内力较小可不计。
d)计算结果
N/S+Mx/(xWnx)=2940/6566000+7.328x106/(1.05x32820000)
=0.217MPa<215MPa
构件强度满足规范要求。
二、应力校核
其余次要杆件校核由程序自动完成,其应力比如下图所示:
由上图可知,钢结构最大的应力比为0.711,满足强度要求。
三、挠度校核
在荷载设计值作用下,钢结构的最大位移如下图所示:
由上图可知,在荷载作用下工字钢中部最大位移:
Uz=49.36mm<8540/150=56.93mm,满足要求,可见其在标准值作用下更满足强度要求。
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