采光顶计算书.docx
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采光顶计算书
双坡采光顶
设计计算书
设计:
校对:
审核:
批准:
二〇一一年四月十二日
目录
1计算引用的规范、标准及资料1
1.1幕墙设计规范:
1
1.2建筑设计规范:
1
1.3铝材规范:
2
1.4玻璃规范:
2
1.5钢材规范:
2
1.6胶类及密封材料规范:
3
1.7门窗及五金件规范:
3
1.8相关物理性能等级测试方法:
4
1.9《建筑结构静力计算手册》(第二版)4
1.10土建图纸:
4
2基本参数4
2.1采光顶所在地区4
2.2地面粗糙度分类等级4
3采光顶荷载计算5
3.1玻璃采光顶的荷载作用说明5
3.2风荷载标准值计算5
3.3风荷载设计值计算6
3.4雪荷载标准值计算7
3.5雪荷载设计值计算7
3.6采光顶构件自重荷载设计值7
3.7采光顶坡面活荷载设计值7
4选取计算荷载组合7
4.1风荷载标准为wk+情况下的荷载组合8
4.2风荷载标准为wk-情况下的荷载组合8
4.3极限状态的荷载确定9
5双坡采光顶立柱计算9
5.1立柱荷载计算9
5.2立柱的强度计算10
6采光顶玻璃的计算11
6.1玻璃板块荷载计算11
6.2玻璃板块荷载组合13
6.3玻璃的强度计算14
6.4玻璃的挠度计算15
7附录常用材料的力学及其它物理性能17
双坡采光顶设计计算书
计算引用的规范、标准及资料
幕墙设计规范:
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》CECS127-2001
《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001
《吊挂式玻璃幕墙支承装置》JG139-2001
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
《建筑玻璃采光顶》JG/T231-2007
建筑设计规范:
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002
《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版)
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-95
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《建筑表面用有机硅防水剂》JC/T902-2002
《建筑材料放射性核素限量》GB6566-2001
《建筑防火封堵应用技术规程》CECS154:
2003
《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002
《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版、局部修订)
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《建筑抗震设计规范》GB50011-2001(2008年版)
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000年版)
《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018-2002
《民用建筑设计通则》GB50352-2005
铝材规范:
《变形铝及铝合金化学成份》GB/T3190-2008
《建筑用隔热铝合金型材-穿条式》JG/T175-2005
《建筑用铝型材、铝板氟碳涂层》JG/T133-2000
《铝合金建筑型材第1部分基材》GB5237.1-2008
《铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材》GB5237.2-2008
《铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材》GB5237.3-2008
《铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材》GB5237.4-2008
《铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材》GB5237.5-2008
《铝合金建筑型材第6部分隔热型材》GB5237.6-2004
《铝及铝合金彩色涂层板、带材》YS/T431-2000
《一般工业用铝及铝合金板、带材》GB/T3880.1~3-2006
《铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求》YS/T437-2009
《有色电泳涂漆铝合金建筑型材》YS/T459-2003
玻璃规范:
《镀膜玻璃第1部分:
阳光控制镀膜玻璃》GB/T18915.1-2002
《镀膜玻璃第2部分:
低辐射镀膜玻璃》GB/T18915.2-2002
《防弹玻璃》GB17840-1999
《平板玻璃》GB11614-2009
《建筑用安全玻璃第3部分:
夹层玻璃》GB15763.3-2009
《建筑用安全玻璃第2部分:
钢化玻璃》GB15763.2-2005
《建筑用安全玻璃防火玻璃》GB15763.1-2009
《幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃》GB17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
钢材规范:
《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T178-2005
《不锈钢棒》GB/T1220-2007
《不锈钢冷加工钢棒》GB/T4226-2009
《不锈钢冷轧钢板及钢带》GB/T3280-2007
《不锈钢热轧钢板及钢带》GB/T4237-2007
《不锈钢丝》GB/T4240-2009
《建筑用不锈钢绞线》JG/T200-2007
《不锈钢小直径无缝钢管》GB/T3090-2000
《擦窗机》GB19154-2003
《彩色涂层钢板和钢带》GB/T12754-2006
《低合金钢焊条》GB/T5118-1995
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2008
《建筑幕墙用钢索压管接头》JG/T201-2007
《耐候结构钢》GB/T4171-2008
《高碳铬不锈钢丝》YB/T096—1997
《合金结构钢》GB/T3077-1999
《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》GB/T13912-2002
《冷拔异形钢管》GB/T3094-2000
《碳钢焊条》GB/T5117-1999
《碳素结构钢》GB/T700-2006
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带》GB/T912-2008
《碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带》GB/T3274-2007
《优质碳素结构钢》GB/T699-1999
胶类及密封材料规范:
《丙烯酸酯建筑密封膏》JC484-2006
《幕墙玻璃接缝用密封胶》JC/T882-2001
《彩色涂层钢板用建筑密封胶》JC/T884-2001
《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC/T942-2004
《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》JC887-2001
《工业用橡胶板》GB/T5574-1994
《混凝土建筑接缝用密封胶》JC/T881-2001
《建筑窗用弹性密封剂》JC485-2007
《建筑密封材料试验方法》GB/T13477.1~20-2002
《建筑用防霉密封胶》JC/T885-2001
《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005
《建筑用岩棉、矿渣棉绝热制品》GB/T19686-2005
《建筑用硬质塑料隔热条》JG/T174-2005
《建筑装饰用天然石材防护剂》JC/T973-2005
《聚氨酯建筑密封胶》JC/T482-2003
《聚硫建筑密封胶》JC/T483-2006
《绝热用岩棉、矿棉及其制品》GB/T11835-2007
《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》GB/T529-1999
《石材用建筑密封胶》JC/T883-2001
《橡胶袖珍硬度计压入硬度试验方法》GB/T531-1999
《修补用天然橡胶胶粘剂》HG/T3318-2002
《中空玻璃用弹性密封胶》JC/T486-2001
《中空玻璃用丁基热熔密封胶》JC/T914-2003
门窗及五金件规范:
《封闭型沉头抽芯铆钉》GB/T12616-2004
《封闭型平圆头抽芯铆钉》GB/T12615-2004
《紧固件螺栓和螺钉》GB/T5277-1985
《紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T3103.1-2002
《紧固件机械性能不锈钢螺母》GB/T3098.15-2000
《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱》GB/T3098.6-2000
《紧固件机械性能抽芯铆钉》GB/T3098.19-2004
《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》GB/T3098.2-2000
《紧固件机械性能螺母、细牙螺纹》GB/T3098.4-2000
《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1-2000
《紧固件机械性能自攻螺钉》GB/T3098.5-2000
《紧固件术语盲铆钉》GB/T3099-2004
《螺纹紧固件应力截面积和承载面积》GB/T16823.1-1997
《十字槽盘头螺钉》GB/T818-2000
《地弹簧》QB/T2697-2005
《电动采光排烟窗》JG189-2006
相关物理性能等级测试方法:
《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001
《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
《彩色涂层钢板和钢带试验方法》GB/T13448-2006
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
《建筑防水材料老化试验方法》GB/T18244-2000
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007
《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》GB/T18575-2001
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250-2000
《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
《建筑结构静力计算手册》(第二版)
土建图纸:
基本参数
采光顶所在地区
台州(温岭)地区;
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类地形考虑。
采光顶荷载计算
玻璃采光顶的荷载作用说明
玻璃采光顶承受的荷载包括:
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,可以按照以下值估算:
当采用单层玻璃时:
取400N/m2;
当采用中空及夹层玻璃时:
取500N/m2;
当采用中空夹层玻璃时:
取600N/m2;
当由于玻璃较厚或龙骨较重,按上面估算不适合的时候,由人工计算给定;
本例计算取:
0.0005MPa(按假设);
(2)风荷载:
是垂直作用于采光顶表面的荷载,按GB50009采用;
对于采光顶结构,荷载作用复杂,并且可能有时风压是正,而有时候是负,一定范围内的负压对结构是有利的!
因此实际计算的时候要分别考虑并采用其参与组合后的最大值!
(3)雪荷载:
是指采光顶水平投影面上的雪荷载,按GB50009采用;
(4)活荷载:
是指采光顶水平投影面上的活荷载,按GB50009采用;
在实际工程中,对上面的几种荷载,考虑最不利组合,且雪荷载与活荷载不同时考虑。
分项系数按以下参数取值:
永久荷载分项系数取:
γg:
1.2
风荷载的分项系数取:
γw:
1.4
雪荷载的分项系数取:
γs:
1.4
活荷载的分项系数取:
γh:
1.4
组合值系数为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
0.6
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0.7
活荷载的组合值系数取:
ψh:
0.7
风荷载标准值计算
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
wk=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
上式中:
wk:
作用在采光顶上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
15m;
βgz:
瞬时风压的阵风系数;
根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算):
βgz=K(1+2μf)
其中K为地面粗糙度调整系数,μf为脉动系数
A类场地:
βgz=0.92×(1+2μf)其中:
μf=0.387×(Z/10)-0.12
B类场地:
βgz=0.89×(1+2μf)其中:
μf=0.5(Z/10)-0.16
C类场地:
βgz=0.85×(1+2μf)其中:
μf=0.734(Z/10)-0.22
D类场地:
βgz=0.80×(1+2μf)其中:
μf=1.2248(Z/10)-0.3
对于C类地形,15m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.9913
μz:
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:
μz=1.379×(Z/10)0.24
当Z>300m时,取Z=300m,当Z<5m时,取Z=5m;
B类场地:
μz=(Z/10)0.32
当Z>350m时,取Z=350m,当Z<10m时,取Z=10m;
C类场地:
μz=0.616×(Z/10)0.44
当Z>400m时,取Z=400m,当Z<15m时,取Z=15m;
D类场地:
μz=0.318×(Z/10)0.60
当Z>450m时,取Z=450m,当Z<30m时,取Z=30m;
对于C类地形,15m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616×(Z/10)0.44=0.7363
μs1:
局部风压体型系数,根据计算点体型位置选取,并依据实际结构分别考虑其最大和最小两种情况,对本例,分别取0、-0.6;
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条:
验算围护构件及其连接的强度时,可按下列规定采用局部风压体型系数μs1:
一、外表面
1.正压区按表7.3.1采用;
2.负压区
-对墙面,取-1.0
-对墙角边,取-1.8
二、内表面
对封闭式建筑物,按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。
对于采光顶屋面等复杂结构由表7.3.1[GB50009-20012006年版]查出,有条件的需要由风洞实验给出。
另注:
上述的局部体型系数μs1
(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2的情况,当围护构件的从属面积A大于或等于10m2时,局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8,当构件的从属面积小于10m2而大于1m2时,局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值,即:
μs1(A)=μs1
(1)+[μs1(10)-μs1
(1)]logA
考虑到采光顶的特殊性质:
该处的建筑结构比较复杂,作为屋面结构又与人们的生命安全密切相关,很难每个工程都做风洞实验,而常规采光结构的风载本身就不大,所以在计算中没有按从属面积进行插值折减,而采用了μs1
(1)值。
w0:
基本风压值(MPa),根据现行<<建筑结构荷载规范>>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,台州(温岭)地区取0.0007MPa;
wk+:
比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
wk-:
比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
wk+=βgzμzμs1+w0
=1.9913×0.7363×0×0.0007
=0MPa
wk-=βgzμzμs1-w0
=1.9913×0.7363×(-0.6)×0.0007
=-0.000616MPa
风荷载设计值计算
w+:
比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值;
w-:
比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值;
wk+:
比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
wk-:
比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值;
w+=1.4×wk+
=1.4×0
=0MPa
w-=1.4×wk-
=1.4×(-0.000616)
=-0.000862MPa
雪荷载标准值计算
Sk:
作用在采光顶上的雪荷载标准值(MPa)
S0:
基本雪压,根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001取值,台州(温岭)地区50年一遇最大积雪的自重:
0.00025MPa.
μr:
屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为1。
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为:
Sk=μr×S0
=1×0.00025
=0.00025MPa
雪荷载设计值计算
S:
雪荷载设计值(MPa);
S=1.4×Sk
=1.4×0.00025
=0.00035MPa
采光顶构件自重荷载设计值
G:
采光顶构件自重荷载设计值(MPa);
Gk:
采光顶结构平均自重取0.0005MPa;
G=1.2×Gk
=1.2×0.0005
=0.0006MPa
采光顶坡面活荷载设计值
Q:
采光顶坡面活荷载设计值(MPa);
Qk:
采光顶坡面活荷载标准值取:
0.0005MPa;
Q=1.4×Qk
=1.4×0.0005
=0.0007MPa
选取计算荷载组合
雪荷载与活荷载不同时考虑,根据计算点体型位置,风载可能为正、负或0。
因为负风压在某些情况下对结构反而是有利的,所以如果绝对值最大的情况是负数状态下产生的,还要计算风载为正(或零)时的情况,需要分别计算两种状态,并以其最危险状态来设计结构及选取材料。
风荷载标准为wk+情况下的荷载组合
在这种取自重、活荷载和风荷载组合:
第一可变荷载为:
活荷载
第二可变荷载为:
风荷载
所以,组合值系数依次为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
0.6
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0
活荷载的组合值系数取:
ψh:
1
qA1:
该情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q1:
该情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
先取自重和风荷载组合:
G+w=0.0006+0.6×0
=0.0006MPa
转化为垂直于水平面的荷载:
0.0006/cos1°=0.0006MPa
再与活荷载组合,得:
qA1=0.0006+1×0.0007
=0.0013MPa
风荷载标准为wk-情况下的荷载组合
在这种取自重、风荷载和活荷载组合:
第一可变荷载为:
风荷载
第二可变荷载为:
活荷载
所以,组合值系数依次为:
永久荷载组合值系数取:
ψg:
1.0
风荷载的组合值系数取:
ψw:
1
雪荷载的组合值系数取:
ψs:
0
活荷载的组合值系数取:
ψh:
0.7
qA2:
该种情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q2:
该种情况下作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
先取自重和风荷载组合:
G+w=0.0006+1×(-0.000862)
=-0.000262MPa
转化为垂直于水平面的荷载:
-0.000262/cos1°=-0.000262MPa
再与活荷载组合,得:
qA2=-0.000262+0.7×0.0007
=0.000228MPa
极限状态的荷载确定
对比qA1和qA2,可以看到wk+情况下是结构的最不利情况,结构计算应该以此进行。
双坡采光顶立柱计算
基本参数:
1:
L=24000mm;
2:
α=1°;
3:
分格宽度:
B=2000mm;
4:
型材选择:
材料名称:
60/80系列,Q235;
截面面积A:
991.5mm2;
抗弯矩W:
21452mm3;
双坡采光顶的立柱设计计算,用直线三铰拱计算简图分析内力,并按压弯构件验算截面强度。
计算模型如下:
立柱荷载计算
计算取自重、活荷载和风荷载设计值组合。
qA:
作用在采光顶表面的荷载设计值组合(MPa);
q:
作用在采光顶表面的线荷载设计值组合(N/mm);
B:
分格宽度(mm);
先取自重和风荷载组合:
G+w=0.0006+0.6×0
=0.0006MPa
转化为垂直于水平面的荷载:
0.0006/cos1°=0.0006MPa
再与活荷载组合,得:
qA=0.0006+1×0.0007
=0.0013MPa
q=qA×B
=0.0013×2000
=2.6N/mm
立柱的强度计算
校核依据:
σ=N/A+M/γW≤f
双坡采光顶的最大弯矩在总跨长的四分之一处:
h:
拱高(mm);
L:
采光顶的总跨度(mm);
α:
采光顶与水平面的夹角(度);
h=L/2×tanα
=24000/2×tan1°
=209.355mm
Mc0:
跨中弯矩(N·mm);
H:
推力(N);
Mc0=qL2/8
=2.6×240002/8
=187200000N·mm
H=Mc0/h
=187200000/209.355
=894174.966N
验算截面处的受力分析:
M0.25L0:
代梁弯矩(N·mm);
M0.25L:
验算截面的弯矩(N·mm);
V0.25L0:
验算截面的代梁剪力(N);
N0.25L:
验算截面轴力(N);
Y0.25L:
验算截面处与A(B)点的垂直高度(mm);
Y0.25L=h/2=209.355/2=104.678mm
M0.25L0=qL2/8×(1-0.25)
=2.6×240002/8×0.75
=140400000N·mm
M0.25L=M0.25L0-HY0.25L
=140400000-894174.966×104.678
=46799552.909N·mm
V0.25L0=qL/2×(1-2×0.25)
=2.6×24000/2×0.5
=15600N
N0.25L=-V0.25L0sinα-Hcosα
=-15600×0.017-894174.966×1
=-894440.166N
σ:
计算截面的强度计算值(MPa);
f:
选择的龙骨材料的强度设计值(MPa);
A:
选取材料的截面面积(mm2);
W:
选取材料的截面抗弯矩(mm3);
γ:
塑性发展系数:
对于钢材龙骨,参照JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
对于铝合金龙骨,参照最新《铝合金结构设计规范》GB50429-2007,取1.00;
σ=N0.25L/A+M0.25L/γW
=894440.166/991.5+46799552.909/1.05/21452
=
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