结构设计-玻璃雨篷计算书.doc
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玻璃雨篷
设计计算书
设计:
校对:
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批准:
二〇一二年六月三日
目录
1计算引用的规范、标准及资料 1
1.1幕墙及采光顶相关设计规范:
1
1.2建筑设计规范:
1
1.3玻璃规范:
1
1.4钢材规范:
2
1.5胶类及密封材料规范:
2
1.6相关物理性能等级测试方法:
3
1.7《建筑结构静力计算手册》(第二版) 3
1.8土建图纸:
3
2基本参数 3
2.1雨篷所在地区 3
2.2地面粗糙度分类等级 3
3雨篷荷载计算 3
3.1玻璃雨篷的荷载作用说明 3
3.2风荷载标准值计算 4
3.3风荷载设计值计算 5
3.4雪荷载标准值计算 6
3.5雪荷载设计值计算 6
3.6雨篷面活荷载设计值 6
3.7雨篷构件恒荷载设计值 6
3.8选取计算荷载组合 7
4雨篷杆件计算 7
4.1悬臂梁的受力分析 8
4.2选用材料的截面特性 9
4.3梁的抗弯强度计算 9
4.4梁的挠度计算 9
5雨篷焊缝计算 10
5.1受力分析 10
5.2焊缝校核计算 10
6玻璃的选用与校核 11
6.1玻璃板块荷载组合计算 11
6.2玻璃板块荷载分配计算 12
6.3玻璃的强度计算 12
6.4玻璃最大挠度校核 13
7附录常用材料的力学及其它物理性能 14
玻璃雨篷设计计算书
1钢结构雨篷设计计算书
1计算引用的规范、标准及资料
1.1幕墙及采光顶相关设计规范:
《铝合金结构设计规范》GB50429-2007
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
《建筑幕墙》GB/T21086-2007
《建筑玻璃采光顶》JG/T231-2007
《建筑用玻璃与金属护栏》JG/T342-2012
1.2建筑设计规范:
《地震震级的规定》GB/T17740-1999
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2010
《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004
《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006
《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
《混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓》JG160-2004
《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》GB50011-2010
《建筑设计防火规范》GB50016-2006
《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
1.3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
《半钢化玻璃》GB/T17841-2008
《热弯玻璃》JC/T915-2003
《压花玻璃》JC/T511-2002
《中空玻璃》GB/T11944-2002
1.4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
《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/T5117-1995
《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
1.5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
《工业用橡胶板》GB/T5574-2008
《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
《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
《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
1.6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(2011版)
《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
《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001
《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T228-2002
1.7《建筑结构静力计算手册》(第二版)
1.8土建图纸:
2基本参数
2.1雨篷所在地区
西宁地区;
2.2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A类地形考虑。
3雨篷荷载计算
3.1玻璃雨篷的荷载作用说明
玻璃雨篷承受的荷载包括:
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500N/m2估算:
(2)风荷载:
是垂直作用于雨篷表面的荷载,按GB50009采用;
(3)雪荷载:
是指雨篷水平投影面上的雪荷载,按GB50009采用;
(4)活荷载:
是指雨篷水平投影面上的活荷载,按GB50009,可按500N/m2采用;
在实际工程的雨篷结构计算中,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:
SA+=1.35Gk+0.6×1.4wk+0.7×1.4Sk(或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:
SA+=1.2Gk+1.4×wk+0.7×1.4Sk(或Qk)(风荷载为第一可变荷载时);
SA+=1.2Gk+1.4Sk(或Qk)+0.6×1.4×wk(风荷载非第一可变荷载时);
B:
考虑负风压时:
按下面公式进行荷载组合:
SA-=1.0Gk+1.4wk
3.2风荷载标准值计算
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
wk+=βgzμzμs1+w0……7.1.1-2[GB50009-20012006年版]
wk-=βgzμzμs1-w0
上式中:
wk+:
正风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa);
wk-:
负风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa);
Z:
计算点标高:
3.6m;
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A类地形,3.6m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.92×(1+2×(0.387(Z/10)-0.12))=1.725
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A类地形,3.6m高度处风压高度变化系数:
μz=1.379×(Z/10)0.24=1.1677
μs1:
局部风压体型系数,对于雨篷结构,按规范,计算正风压时,取μs1+=0.5;计算负风压时,取μs1-=-2.0;
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
在上式中:
当A≥10m2时,取A=10m2;
当A≤1m2时,取A=1m2;
μs1(10)=0.8μs1
(1)
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100年,西宁地区取0.0004MPa;
(1)计算龙骨构件的风荷载标准值:
龙骨构件的从属面积:
A=2.45×1.5=3.675m2
LogA=0.565
μsA1+(A)=μs1+
(1)+[μs1+(10)-μs1+
(1)]logA
=0.444
μsA1-(A)=μs1-
(1)+[μs1-(10)-μs1-
(1)]logA
=1.774
wkA+=βgzμzμsA1+w0
=1.725×1.1677×0.444×0.0004
=0.000358MPa
wkA-=βgzμzμsA1-w0
=1.725×1.1677×1.774×0.0004
=0.001429MPa
(2)计算玻璃部分的风荷载标准值:
玻璃构件的从属面积:
A=1.5×2.1=3.15m2
LogA=0.498
μsB1+(A)=μs1+
(1)+[μs1+(10)-μs1+
(1)]logA
=0.45
μsB1-(A)=μs1-
(1)+[μs1-(10)-μs1-
(1)]logA
=1.801
wkB+=βgzμzμsB1+w0
=1.725×1.1677×0.45×0.0004
=0.000363MPa
wkB-=βgzμzμsB1-w0
=1.725×1.1677×1.801×0.0004
=0.001451MPa
3.3风荷载设计值计算
wA+:
正风压作用下作用在雨篷龙骨上的风荷载设计值(MPa);
wkA+:
正风压作用下作用在雨篷龙骨上的风荷载标准值(MPa);
wA-:
负风压作用下作用在雨篷龙骨上的风荷载设计值(MPa);
wkA-:
负风压作用下作用在雨篷龙骨上的风荷载标准值(MPa);
wA+=1.4×wkA+
=1.4×0.000358
=0.000501MPa
wA-=1.4×wkA-
=1.4×0.001429
=0.002001MPa
wB+:
正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载设计值(MPa);
wkB+:
正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa);
wB-:
负风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载设计值(MPa);
wkB-:
负风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa);
wB+=1.4×wkB+
=1.4×0.000363
=0.000508MPa
wB-=1.4×wkB-
=1.4×0.001451
=0.002031MPa
3.4雪荷载标准值计算
Sk:
作用在雨篷上的雪荷载标准值(MPa)
S0:
基本雪压,根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001取值,西宁地区100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2.0。
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
=2.0×0.00025
=0.0005MPa
3.5雪荷载设计值计算
S:
雪荷载设计值(MPa);
S=1.4×Sk
=1.4×0.0005
=0.0007MPa
3.6雨篷面活荷载设计值
Q:
雨篷面活荷载设计值(MPa);
Qk:
雨篷面活荷载标准值取:
500N/m2
Q=1.4×Qk
=1.4×500/1000000
=0.0007MPa
因为Sk≤Qk,所以计算时活荷载参与正压组合!
3.7雨篷构件恒荷载设计值
G+:
正压作用下雨篷构件恒荷载设计值(MPa);
G-:
负压作用下雨篷构件恒荷载设计值(MPa);
Gk:
雨篷结构平均自重取0.0005MPa;
因为Gk与其它可变荷载比较,不起控制作用,所以:
G+=1.2×Gk
=1.2×0.0005
=0.0006MPa
G-=Gk
=0.0005MPa
3.8选取计算荷载组合
(1)正风压的荷载组合计算:
SkA+:
正风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa);
SA+:
正风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa);
SkA+=Gk+Qk+0.6wkA+
=0.001215MPa
SA+=G++Q+0.6wA+
=0.001601MPa
(2)负风压的荷载组合计算:
SkA-:
负风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa);
SA-:
负风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa);
SkA-=Gk+wkA-
=0.000929MPa
SA-=G-+wA-
=1.0Gk+1.4wkA-
=0.001501MPa
(3)最不利荷载选取:
SkA:
作用在龙骨上的最不利荷载标准值组合(MPa);
SA:
作用在龙骨上的最不利荷载设计值组合(MPa);
按上面2项结果,选最不利因素(正风压情况下出现):
SkA=0.001215MPa
SA=0.001601MPa
4雨篷杆件计算
基本参数:
1:
计算点标高:
3.6m;
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=2450mm;
5:
分格宽度:
B=1500mm;
6:
玻璃板块配置:
夹层玻璃8+8mm;
7:
悬臂梁:
工20,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:
4.1悬臂梁的受力分析
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