钢结构雨棚设计计算书

钢结构雨棚设计计算 一、计算依据: 1.《建筑结构荷载》 2(《钢结构设计规范》GB50017-2003 3(《玻璃幕墙技术规范》 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ω=0.700(kN/m2)，考虑到结构0 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1-1知，该处风压高度变化系数为:,=0.74。z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，即采用其值。 1、风荷载 1- 1 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: W k = ,z ,s ,z Wo ????????????????(1.1) 式中: W k ---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; o W---基本风压(kN/m2) 按《技术要求》W o =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) , (C类)z 5 0.74 10 0.74 15 0.74 20 0.85 即风荷载设计值为: W= γW = 1.4W ??????????????(1.2) WKK 2、地震作用 雨棚平面外地震作用标准值计算公式如下: Gk qEK =,E,max ?????????????????(1.3) A 雨棚平面内地震作用标准值计算公式如下: 1- 2 PE =,E,max G ?????????????????(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) GkGk 为单位面积的幕墙结构自重(kN/m2) ;取=0.4kN/m2 AA 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 = 1.3 qEK ?????????????(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=1.0 WK + 0.6 qEK - 1.0q ?????????????(1.6) Gk W合=1.0 W + 0.6 qE - 1.0q ?????????????(1.7) G 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)。 1- 3 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 2 雨棚结构自重: q=0.4KN/m GK 2 q=1.2×0.4=0.48KN/m G 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: W k = ,z ,s ,z Wo =2.25×2×0.74×1.1×0.7 2 =2.564KN/m 2 W=1.4W=3.59KN/m K 1- 4 2.3作用 2 地震作用:q=3.0×0.08×0.6=0.144KN/m Ek 2 q=1.3X0.144=0.188KN/m E 六 、荷载组合 竖直方向 2标准值:W=2.564+0.6×0.144-0.4=2.25KN/m 合K 2设计值:W=3.59+0.6×0.188-0.48=3.223KN/m 合 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×B=3.223×2.18=7.03KN/m 合 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 W k = ,z ,s ,z Wo 1- 5 =2.25×1.5×0.74×1.1×0.7 2 =1.923KN/m 2 W=1.4W=2.692KN/m K 2 q=3.0×0.08×0.6=0.144KN/m Ek 2 q=1.3X0.144=0.188 KN /m E 2 W=2.692+0.6×0.188=2.805 KN /m 合 q= W×H/2=2.805×4.5/2=6.31KN/m 1合 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。 13 74 58 116 912 13210 14 Z YX 1- 6 2 1 4 3 6 (1) 计算参数 5 Z YX7 此力学模型的受力: Case Load List Load Values Type 1 self-weigh1to7 PZ Negative t 1 uniform 2to7 PZ=7.03(kN/m) load 1 uniform 1 PY=6.31(kN/m) load 型材截面特性: Section BaAX AY AZ IX IY IZ Name r (mm^2(mm(mm(mm(mm(mm Li) ^2) ^2) ^4) ^4) ^4) st 300X12 1 13824.6624.6624.286619141914 1- 7 000 000 000 544634753475 4.000 2.000 2.000 180X1002t4224.01344.2624.151717726899 X8 o7 00 000 000 5695.3392.712.0 515 000 00 杆件参数: BaNodNodSectMaterLenGaType r e 1 e 2 ion ial gth m (m) ma (De g) 1 2 300STEE10.90.0 N/A 1 X12 L 0 3 4 180STEE2.50 0.0 N/A 2 X10L 0X8 5 6 180STEE2.50 0.0 N/A 3 X10L 0X8 7 8 180STEE2.50 0.0 N/A 4 X10L 0X8 9 10 180STEE2.50 0.0 N/A 5 X10L 0X8 11 12 180STEE2.50 0.0 N/A 6 X10L 0X8 13 14 180STEE2.50 0.0 N/A 7 X10L 0X8 节点参数: 1- 8 NodX Y Z Support Support e (m) (m) (m) Code -1126920.0 xxxxxx Fixed 1 79.04.12 0 -1126920.0 xxxxxx Fixed 2 68.14.12 0 -1126920.0 3 78.94.12 0 -1126920.0 4 78.91.62 0 -1126920.0 5 74.64.12 4 -1126920.0 6 74.61.62 4 -1126920.0 7 76.84.12 2 -1126920.0 8 76.81.62 2 -1126920.0 9 70.24.12 8 -1126920.0 10 70.21.62 8 -1126920.0 11 72.44.12 6 -1126920.0 12 72.41.62 6 1- 9 -1126920.0 13 68.24.12 0 -1126920.0 14 68.21.62 0 (2)结果输出 支座反力: Node/CaFX FY FZ MX MY MZ se (kN) (kN) (kN) (kNm) (kNm) (kNm ) 0.00 -34.39 -44.32 62.80 63.93 -62.47 1/ 1 0.00 -34.39 -44.32 62.80 -63.93 62.47 2/ 1 Case 1 DL1 0.00 -68.78 -88.65 125.60 -0.00 0.00 Sum of Val. 0.00 -68.78 -88.65 -613681-99937477538 Sum of .96 .67 3.50 Reac. 0.0 68.78 88.65 613681.999374.-7753 Sum of 96 67 83.50 forc. 0.00 0.00 -0.00 -0.00 -0.00 -0.00 Check Val. 2.2322.04358 50e-0e-028 Precisio 14 n 杆件内力: 1- 10 Bar FX FZ MY (kN) (kN) (kNm) 0.00 44.32 63.93 1 / MAX -0.00 -44.32 63.93 1 / MIN -0.00 -0.00 20.93 2 / MAX -0.00 -16.75 0.00 2 / MIN -0.00 -0.00 20.93 3 / MAX -0.00 -16.75 0.00 3 / MIN 0.0 -0.00 20.93 4 / MAX 0.0 -16.75 0.00 4 / MIN 0.0 0.0 20.93 5 / MAX 0.0 -16.75 0.00 5 / MIN 0.0 -0.00 20.93 6 / MAX 0.0 -16.75 0.00 6 / MIN 0.00 0.00 20.93 7 / MAX 0.00 -16.75 0.00 7 / MIN 节点位移: Node/CaUX UZ RY se (mm) (mm) (Deg) 0.0 0.0 0.0 1/ 1 0.0 0.0 0.0 2/ 1 -0.0000 0.0079 -0.0 3/ 1 0.3852 9.6575 -0.0 4/ 1 -0.0000 5.6723 -0.0 5/ 1 2.0721 24.530-0.0 6/ 1 2 -0.0000 2.5222 -0.1 7/ 1 4.1443 21.757-0.1 8/ 1 1 -0.0000 2.5222 0.1 9/ 1 -4.1443 21.7570.1 10/ 1 1 -0.0000 5.6723 0.0 11/ 1 -2.0721 24.5300.0 12/ 1 1- 11 2 -0.0000 0.0079 0.0 13/ 1 -0.3852 9.6575 0.0 14/ 1 此力学模型的节点应力极值: S max S min S S Fx/Ax (N/mm^2) (N/mm^max(Mmin(My) (N/m 2) y) (N/mm^m^2) (N/mm2) ^2) 106.30 -0.00 106.30 -0.00 0.00 MAX 5 2 4 7 7 Bar 9 4 7 14 14 Node 1 1 1 1 1 Case 0.00 -106.30 0.00 -106.30 -0.00 MIN 3 3 7 4 3 Bar 6 5 14 7 6 Node 1 1 1 1 1 Case (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)，U=24.5302mm。根据规范对钢骨料刚度要求，钢骨料的最大允许挠度max 1- 12 不大于L/200(对于悬臂梁L为悬伸长度的2倍),即[u]=2X2500/200=25mm U=24.5302mm?25mm max 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: 2 σ=106.30 N/mm max 可见:, ? f 故结构的强度能满足要求。 1- 13