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结构设计玻璃雨篷计算书

北京皓海嘉业机械科技有限公司钣金生产加工基地四号厂房

玻璃雨篷设计计算书

山东沈潍幕墙装饰工程公司北京分公司

二〇一五年一月五日

目录

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：

1.2建筑设计规范：

1.3玻璃规范：

1.4钢材规范：

1.5胶类及密封材料规范：

1.6相关物理性能等级测试方法：

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

2.2地面粗糙度分类等级

3雨篷荷载计算

3.1玻璃雨篷的荷载作用说明

3.2风荷载标准值计算

3.3风荷载设计值计算

3.4雪荷载标准值计算

3.5雪荷载设计值计算

3.6雨篷面活荷载设计值

3.7雨篷构件恒荷载设计值

3.8选取计算荷载组合

4雨篷杆件计算

4.1悬臂梁的受力分析

4.2选用材料的截面特性

4.3梁的抗弯强度计算

4.4梁的挠度计算

5雨篷焊缝计算

5.1受力分析

5.2焊缝校核计算

6玻璃的选用与校核

6.1玻璃板块荷载组合计算

6.2玻璃板块荷载分配计算

6.3玻璃的强度计算

6.4玻璃最大挠度校核

7附录常用材料的力学及其它物理性能

钢结构雨篷设计计算书

11计算引用的规范、标准及资料

11.1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

《建筑玻璃采光顶》JG/T231-2007

11.2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》JGJ3-2002

《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

《建筑隔声评价标准》GB/T50121-2005

《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008

《建筑工程预应力施工规程》CECS180：

2005

《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

《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》JGJ85-2002

11.3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

《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

11.4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/T5117-1999

《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

《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000

11.5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

《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

11.6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

《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

11.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）

11.8土建图纸：

12基本参数

12.1雨篷所在地区

北京地区；

12.2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C类地形考虑。

13雨篷荷载计算

13.1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：

Sk+=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：

Sk+=1.2Gk+1.4×wk+0.7×1.4Sk（或Qk）

B：

考虑负风压时：

按下面公式进行荷载组合：

Sk-=1.0Gk+1.4wk

13.2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：

5.5m；

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：

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，4.5m高度处瞬时风压的阵风系数：

βgz=0.85×（1+2×（0.734（Z/10）-0.22））=2.3374

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，5.5m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，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；

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，北京地区取0.00045MPa；

（1）计算龙骨构件的风荷载标准值：

龙骨构件的从属面积：

A=3.1×1.5=4.65m2

LogA=0.667

μsA1+（A）=μs1+

（1）+[μs1+（10）-μs1+

（1）]logA

=0.433

μsA1-（A）=μs1-

（1）+[μs1-（10）-μs1-

（1）]logA

=1.733

wkA+=βgzμzμsA1+w0

=2.3374×0.7363×0.433×0.00045

=0.000335MPa

wkA-=βgzμzμsA1-w0

=2.3374×0.7363×1.733×0.00045

=0.001342MPa

（2）计算玻璃部分的风荷载标准值：

玻璃构件的从属面积：

A=1.5×1.5=2.25m2

LogA=0.352

μsB1+（A）=μs1+

（1）+[μs1+（10）-μs1+

（1）]logA

=0.465

μsB1-（A）=μs1-

（1）+[μs1-（10）-μs1-

（1）]logA

=1.859

wkB+=βgzμzμsB1+w0

=2.3374×0.7363×0.465×0.00045

=0.00036MPa

wkB-=βgzμzμsB1-w0

=2.3374×0.7363×1.859×0.00045

=0.00144MPa

13.3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+

=1.4×0.000335

=0.000469MPa

wA-=1.4×wkA-

=1.4×0.001342

=0.001879MPa

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+

=1.4×0.00036

=0.000504MPa

wB-=1.4×wkB-

=1.4×0.00144

=0.002016MPa

13.4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，北京地区50年一遇最大积雪的自重：

0.0004MPa.

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

=2.0×0.0004

=0.0008MPa

13.5雪荷载设计值计算

S：

雪荷载设计值（MPa）；

S=1.4×Sk

=1.4×0.0008

=0.00112MPa

13.6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，所以计算时雪荷载参与正压组合！

13.7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

13.8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+wkA++0.7Sk

=0.001395MPa

SA+=G++wA++0.7S

=0.001853MPa

SkB+：

正风压作用下的玻璃的荷载标准值组合（MPa）；

SB+：

正风压作用下的玻璃的荷载设计值组合（MPa）；

SkB+=Gk+wkB++0.7Sk

=0.00142MPa

SB+=G++wB++0.7S

=0.001888MPa

（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-

=0.000842MPa

SA-=G-+wA-

=1.0Gk+1.4wkA-

=0.001379MPa

SkB-：

负风压作用下的玻璃的荷载标准值组合（MPa）；

SB-：

负风压作用下的玻璃的荷载设计值组合（MPa）；

SkB-=Gk+wkB-

=0.00094MPa

SB-=G-+wB-

=1.0Gk+1.4wkB-

=0.001516MPa

（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=0.001395MPa

SA=0.001853MPa

SkB：

作用在玻璃上的最不利荷载标准值组合（MPa）；

SB：

作用在玻璃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）：

SkB=0.00142MPa

SB=0.001888MPa

14雨篷杆件计算

基本参数：

1：

计算点标高：

5.5m；

2：

力学模型：

悬臂梁；

3：

荷载作用：

集中荷载（有拉杆作用）；

4：

悬臂总长度：

L=4000mm，受力模型图中a=500mm，b=2600mm；

5：

拉杆截面面积：

703mm2

6：

分格宽度：

B=2250mm；

7：

玻璃板块配置：

夹层玻璃8+8mm；

8：

悬臂梁材质：

Q235；

本处杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

14.1结构的受力分析

（1）集中荷载值计算：

本工程结构的每个梁上，共有i=3个集中力作用点，下面对这些力分别求值：

Pki：

每个集中力的标准值（N）；

Pi：

每个集中力的设计值（N）；

ai：

每个分格的沿悬臂梁方向的长度（mm）；

Sk：

组合荷载标准值（MPa）；

S：

组合荷载设计值（MPa）；

B：

分格宽度（mm）；

a1=200mm

a2=1789mm

a3=1789mm

Pk1=SkBa2/2

=1569.375N

P1=SBa2/2

=2084.625N

Pk3=SkBa3/2

=1569.375N

P3=SBa3/2

=2084.625N

Pk2=SkB（a2+a3）/2

=3138.75N

P2=SB（a2+a3）/2

=4169.25N

（2）悬臂梁上拉杆作用点在集中荷载作用下的弯曲挠度计算：

分别计算不同集中荷载在该点产生的挠度，矢量累加得到该点在集中荷载作用下的挠度为：

df=Σdfi

=49.451mm

（3）拉杆轴力计算：

由于拉杆在雨篷外力作用下在铰接点产生的位移量在垂直方向上的矢量代数和等于拉杆在轴力作用下产生的位移量在垂直方向上的矢量即：

P：

拉杆作用力在垂直方向上的分力（N）；

PL拉杆/EA=49.451-Pb3/3EI

E：

材料的弹性模量，为206000MPa；

L拉杆：

拉杆的长度；

A：

拉杆截面面积（mm2）；

P=3434.19N

拉杆的轴向作用力为：

N=P/sinα

=3965.461N

（4）雨篷杆件截面最大弯矩处（距固定端距离为x处）的弯矩设计值计算：

Mmax：

悬臂梁最大弯矩设计值（N·mm）；

x：

距固定端距离为x处（最大弯矩处）；

L：

悬臂总长度（mm）；

a、b：

长度参数，见模型图（mm）；

经过计算机的优化计算，得：

x=0mm

|Mmax|=4412706N·mm

14.2选用材料的截面特性

（1）悬臂杆件的截面特性：

材料的抗弯强度设计值：

f=215MPa；

材料弹性模量：

E=206000MPa；

主力方向惯性矩：

I=1980000mm4；

主力方向截面抵抗矩：

W=39700mm3；

塑性发展系数：

γ=1.05；

（2）拉杆杆件的截面特性：

拉杆的截面面积：

A=703mm2；

材料的抗压强度设计值：

f1=215MPa；

材料的抗拉强度设计值：

f2=215MPa；

材料弹性模量：

E=206000MPa；

14.3梁的抗弯强度计算

抗弯强度应满足：

NL/A+Mmax/γW≤f

上式中：

NL：

梁受到的轴力（N）；

A：

梁的截面面积（mm3）；

Mmax：

悬臂梁的最大弯矩设计值（N·mm）；

W：

在弯矩作用方向的净截面抵抗矩（mm3）；

γ：

塑性发展系数，取1.05；

f：

材料的抗弯强度设计值，取215MPa；

则：

NL=Pctgα

=1982.731N

NL/A+Mmax/γW=1982.731/1275+4412706/1.05/39700

=107.413MPa≤215MPa

悬臂梁抗弯强度满足要求。

14.4拉杆的抗拉（压-稳定性）强度计算

校核依据：

对于受拉杆件，校核：

N/A≤f

对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：

N/φA≤f

其中：

φ：

轴心受压柱的稳定系数，查表6.3.8[102-2003]及表C.2[GB50017-2003]取值；

i：

截面回转半径，i=（I/A）0.5；

λ：

构件的长细比，不宜大于250，λ=L/i；

因为组合荷载是正风压荷载，所以，拉杆是承受拉力的。

校核依据：

N/A≤215MPa

N/A=3965.461/703

=5.641MPa≤215MPa

拉杆的抗拉强度满足要求。

14.5梁的挠度计算

主梁的最大挠度可能在2点出现，其一是A点，另一点可能在BC段之间，经过计算机有限元优化分析得到：

（1）A点挠度的验算：

dfA：

结构组合作用下的A点挠度（mm）；

df,lim：

按规范要求，悬臂杆件的挠度限值（mm）；

df,lim=2L/250=24.8mm

dfA=0.008mm≤df,lim=24.8mm