点式玻璃雨篷计算书.docx
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点式玻璃雨篷计算书
二十三基地船员体训中心玻璃雨篷
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
无锡东泰建筑装饰工程有限公司江阴分公司
二〇一三年四月九日
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：
1
1.5胶类及密封材料规范：
1
1.6相关物理性能等级测试方法：
2
1.7《建筑结构静力计算手册》（第二版）2
1.8土建图纸：
2
2基本参数2
2.1雨篷所在地区2
2.2地面粗糙度分类等级2
3雨篷荷载计算2
3.1雨篷的荷载作用说明2
3.2风荷载标准值计算2
3.3风荷载设计值计算3
3.4雪荷载标准值计算3
3.5雪荷载设计值计算3
3.6雨篷面活荷载设计值4
3.7雨篷构件恒荷载设计值4
3.8选取计算荷载组合4
4雨篷杆件计算4
4.1结构的受力分析4
4.2选用材料的截面特性5
4.3梁的抗弯强度计算5
4.4拉杆的抗拉（压-稳定性）强度计算5
4.5梁的挠度计算6
5雨篷焊缝计算6
5.1受力分析6
5.2焊缝校核计算6
6玻璃的选用与校核6
6.1玻璃板块荷载组合计算6
6.2玻璃板块荷载分配计算7
6.3玻璃的强度计算7
6.4玻璃最大挠度校核8
7雨篷埋件计算（粘结型化学锚栓）8
7.1校核处埋件受力分析8
7.2锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算8
7.3群锚受剪内力计算8
7.4锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算9
7.5锚栓钢材受剪破坏承载力计算9
7.6拉剪复合受力承载力计算9
8点式雨篷玻璃孔位及驳接件强度计算9
8.1玻璃板块荷载10
8.2孔位强度计算10
8.3驳接爪的选择10
8.4驳接头的选择10
9附录常用材料的力学及其它物理性能11
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
《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012
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》JGJ3-2010
《高处作业吊蓝》GB19155-2003
《工程抗震术语标准》JGJ/T97-2011
《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》GB50009-2012
《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
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
《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
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/T5117-1995
《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
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
《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/T529-2008
《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（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
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
江阴地区；
12.2地面粗糙度分类等级
按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
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B类地形考虑。
13雨篷荷载计算
13.1雨篷的荷载作用说明
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：
包括面板、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+1.4wk+0.7×1.4Sk（或Qk）（风荷载为第一可变荷载时）；
SA+=1.2Gk+1.4Sk（或Qk）+0.6×1.4wk（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
13.2风荷载标准值计算
按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）计算：
wk+=βgzμzμs1+w0……8.1.1-2[GB50009-2012]
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：
7.8m；
βgz：
高度z处的阵风系数；
根据不同场地类型,按以下公式计算：
βgz=1+2gI10（z/10）-α……条文说明部分8.6.1[GB50009-2012]
其中A、B、C、D四类地貌类别截断高度分别为：
5m、10m、15m、30m；
A、B、C、D四类地貌类别梯度高度分别为：
300m、350m、450m、550m；
也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
g：
峰值因子，取2.5；
I10：
10m高名义湍流度，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
α：
地面粗糙度指数，对应A、B、C、D地面粗糙度，可分别取0.12、0.15、0.22和0.30；
对于B类地形，7.8m高度处的阵风系数为：
βgz=1+2×2.5×0.14×（Z/10）-0.15=1.7
μz：
风压高度变化系数；
根据不同场地类型,按《建筑结构荷载规范》条文说明部分8.2.1提供的公式计算：
A类场地：
μzA=1.284×（z/10）0.24
B类场地：
μzB=1.000×（z/10）0.30
C类场地：
μzC=0.544×（z/10）0.44
D类场地：
μzD=0.262×（z/10）0.60
公式中的截断高度和梯度高度与计算阵风系数时相同，也就是：
对A类场地：
当z>300m时，取z=300m，当z<5m时，取z=5m；
对B类场地：
当z>350m时，取z=350m，当z<10m时，取z=10m；
对C类场地：
当z>450m时，取z=450m，当z<15m时，取z=15m；
对D类场地：
当z>550m时，取z=550m，当z<30m时，取z=30m；
对于B类地形，7.8m高度处风压高度变化系数：
μz=1.000×（Z/10）0.30=1
μs1：
局部风压体型系数；
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.3条：
计算围护结构及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μs1：
1封闭矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3-1的规定采用；
2檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；
3其它房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第8.3.4条：
计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：
1当从属面积不大于1m2时，折减系数取1.0；
2当从属面积大于或等于25m2时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其它屋面区域折减系数取1.0；
3当从属面积大于1m2且小于25m2时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：
μs1（A）=μs1
（1）+[μs1（25）-μs1
（1）]logA/1.4……8.3.4[GB50009-2012]
因此，对雨蓬结构来说：
正压情况下：
μs1+
（1）=0.5
μs1+（25）=1×μs1+
（1）=0.5
负压情况下：
μs1-
（1）=-2.0
μs1-（25）=0.6×μs1-
（1）=-1.2
w0：
基本风压值（MPa），根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附表E.5中数值采用，按重现期50年，江阴地区取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=6.444×1.333=8.589852m2
LogA=0.934
μsA1+（A）=μs1+
（1）+[μs1+（25）-μs1+
（1）]logA/1.4
=0.5
μsA1-（A）=μs1-
（1）+[μs1-（25）-μs1-
（1）]logA/1.4
=1.466
wkA+=βgzμzμsA1+w0
=1.7×1×0.5×0.00045
=0.000382MPa
wkA-=βgzμzμsA1-w0
=1.7×1×1.466×0.00045
=0.001121MPa
（2）计算面板部分的风荷载标准值：
μsB1+（A）=0.5
μsB1-（A）=2
wkB+=βgzμzμsB1+w0
=1.7×1×0.5×0.00045
=0.000382MPa
wkB-=βgzμzμsB1-w0
=1.7×1×2×0.00045
=0.00153MPa
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+
=1.4×0.000382
=0.000535MPa
wA-=1.4×wkA-
=1.4×0.001121
=0.001569MPa
wB+：
正风压作用下作用在雨篷面板上的风荷载设计值（MPa）；
wkB+：
正风压作用下作用在雨篷面板上的风荷载标准值（MPa）；
wB-：
负风压作用下作用在雨篷面板上的风荷载设计值（MPa）；
wkB-：
负风压作用下作用在雨篷面板上的风荷载标准值（MPa）；
wB+=1.4×wkB+
=1.4×0.000382
=0.000535MPa
wB-=1.4×wkB-
=1.4×0.00153
=0.002142MPa
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》GB50009-2012取值：
0.0004MPa；
μr：
屋面积雪分布系数，按表7.2.1[GB50009-2012]，为2.0；
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012公式7.1.1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+Sk+0.6wkA+
=0.001529MPa
SA+=G++S+0.6wA+
=0.002041MPa
（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-
=0.000621MPa
SA-=G-+wA-
=1.0Gk+1.4wkA-
=0.001069MPa
（3）最不利荷载选取：
SkA：
作用在龙骨上的最不利情况下荷载标准值组合（MPa）；
SA：
作用在龙骨上的最不利情况下荷载设计值组合（MPa）；
按上面2项结果，选最不利因素（正风压情况下出现）：
SkA=0.001529MPa
SA=0.002041MPa
14雨篷杆件计算
基本参数：
1：
计算点标高：
7.8m；
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=6444mm，受力模型图中a=1520mm，b=4924mm；
5：
拉杆截面面积：
1621mm2
6：
分格宽度：
B=1333mm；
7：
板块配置：
夹层玻璃6+6mm；
8：
悬臂梁：
450220×120×8×8变截面工字钢
，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=6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=544mm
a2=1060mm
a3=1260mm
a4=1260mm
a5=1260mm
a6=1060mm
Pk1=SkBa2/2
=1080.223N
P1=SBa2/2
=1441.946N
Pk6=SkBa6/2
=1080.223N
P6=SBa6/2
=1441.946N
Pk2=SkB（a2+a3）/2
=2364.262N
P2=SB（a2+a3）/2
=3155.957N
Pk3=SkB（a3+a4）/2
=2568.078N
P3=SB（a3+a4）/2
=3428.023N
Pk4=SkB（a4+a5）/2
=2568.078N
P4=SB（a4+a5）/2
=3428.023N
Pk5=SkB（a5+a6）/2
=2364.262N
P5=SB（a5+a6）/2
=3155.957N
（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
=6.508mm
（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=6.508-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=7446.304N
拉杆的轴向作用力为：
N=P/sinα
=10530.664N
（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|=19419569.992N·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=226436760mm4；
主力方向截面抵抗矩：
W=1006386mm3；
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=1621mm2；
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
=7446.304N
NL/A+Mmax/γW=7446.304/6992+19419569.992/1.05/1006386
=19.442MPa≤215MPa
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