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钢结构雨篷结构计算书

钢结构玻璃雨篷

设计计算书

设计：

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批准：

xxxxxx有限公司

xxxx年十月xxxxx月

目录

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

台州市黄岩地区；

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B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：

5.4m；

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B类地形，5.4m高度处瞬时风压的阵风系数：

βgz=0.89×（1+2×（0.5（Z/10）-0.16））=1.8722

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B类地形，5.4m高度处风压高度变化系数：

μz=1.000×（Z/10）0.32=1

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，台州市黄岩地区取0.00075MPa；

（1）计算龙骨构件的风荷载标准值：

龙骨构件的从属面积：

A=3.976×1.2=4.7712m2

LogA=0.679

μsA1+（A）=μs1+

（1）+[μs1+（10）-μs1+

（1）]logA

=0.432

μsA1-（A）=μs1-

（1）+[μs1-（10）-μs1-

（1）]logA

=1.728

wkA+=βgzμzμsA1+w0

=1.8722×1×0.432×0.00075

=0.000607MPa

wkA-=βgzμzμsA1-w0

=1.8722×1×1.728×0.00075

=0.002426MPa

（2）计算玻璃部分的风荷载标准值：

玻璃构件的从属面积：

A=1.2×1.5=1.8m2

LogA=0.255

μsB1+（A）=μs1+

（1）+[μs1+（10）-μs1+

（1）]logA

=0.475

μsB1-（A）=μs1-

（1）+[μs1-（10）-μs1-

（1）]logA

=1.898

wkB+=βgzμzμsB1+w0

=1.8722×1×0.475×0.00075

=0.000667MPa

wkB-=βgzμzμsB1-w0

=1.8722×1×1.898×0.00075

=0.002665MPa

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+

=1.4×0.000607

=0.00085MPa

wA-=1.4×wkA-

=1.4×0.002426

=0.003396MPa

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+

=1.4×0.000667

=0.000934MPa

wB-=1.4×wkB-

=1.4×0.002665

=0.003731MPa

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，台州市黄岩地区50年一遇最大积雪的自重：

0.00015MPa.

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

=2.0×0.00015

=0.0003MPa

13.5雪荷载设计值计算

S：

雪荷载设计值（MPa）；

S=1.4×Sk

=1.4×0.0003

=0.00042MPa

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，所以计算时活荷载参与正压组合！

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++0.7Qk

=0.001457MPa

SA+=G++wA++0.7Q

=0.00194MPa

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++0.7Qk

=0.001517MPa

SB+=G++wB++0.7Q

=0.002024MPa

（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-

=0.001926MPa

SA-=G-+wA-

=1.0Gk+1.4wkA-

=0.002896MPa

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-

=0.002165MPa

SB-=G-+wB-

=1.0Gk+1.4wkB-

=0.003231MPa

（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（负风压情况下出现）：

SkA=0.001926MPa

SA=0.002896MPa

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（负风压情况下出现）：

SkB=0.002165MPa

SB=0.003231MPa

14雨篷杆件计算

基本参数：

1：

计算点标高：

5.4m；

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=3976mm；

5：

分格宽度：

B=1200mm；

6：

玻璃板块配置：

夹层玻璃8+8mm；

7：

悬臂梁材质：

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：

14.1悬臂梁的受力分析

（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=1253mm

a2=1350mm

a3=1373mm

Pk1=SkBa2/2

=1560.06N

P1=SBa2/2

=2345.76N

Pk3=SkBa3/2

=1586.639N

P3=SBa3/2

=2385.725N

Pk2=SkB（a2+a3）/2

=3146.699N

P2=SB（a2+a3）/2

=4731.485N

（2）雨篷杆件截面最大弯矩（根部处）的弯矩设计值计算：

M：

全部作用力作用下悬臂梁根部弯矩设计值（N·mm）；

Mi：

单个作用力Pi作用下悬臂梁根部弯矩设计值（N·mm）；

bi：

单个作用力Pi作用点到悬臂梁根部的距离（mm）；

Pi：

每个集中力的设计值（N）；

Mi=Pi×bi

M=ΣMi

M1=P1b1

=2939237.28N·mm

M3=P3b3

=9485642.6N·mm

M2=P2b2

=12316055.455N·mm

M=ΣMi

=24740935.335N·mm

14.2选用材料的截面特性

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=35234000mm4

主力方向截面抵抗矩：

W=306380mm3

塑性发展系数：

γ=1.05

14.3梁的抗弯强度计算

按悬臂梁抗弯强度公式,应满足：

M/γW≤f

上式中：

M：

悬臂梁的弯矩设计值（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：

M/γW=24740935.335/1.05/306380

=76.907MPa≤215MPa

悬臂梁抗弯强度满足要求。

14.4梁的挠度计算

df：

全部作用力作用下悬臂梁悬臂端挠度计算值（mm）；

df,lim：

悬臂梁悬臂端挠度限值（mm）；

dfi：

单个作用力Pi作用下悬臂梁悬臂端挠度计算值（mm）；

bi：

单个作用力Pi作用点到悬臂梁根部的距离（mm）；

Pki：

每个集中力的标准值（N）；

a：

悬臂梁总长度（mm）；

dfi=Pkibi2a（3-βi）/6EI

βi=bi/a

df=Σdfi

df1=Pk1b12a（3-β1）/6EI

=0.6mm

df3=Pk3b32a（3-β3）/6EI

=4.58mm

df2=Pk2b22a（3-β2）/6EI

=4.565mm

df=Σdfi

=9.745mm

df,lim=2×3976/250=31.808mm

9.745mm≤df,lim=31.808mm

悬臂梁杆件的挠度满足要求!

15雨篷焊缝计算

基本参数：

1：

焊缝高度：

hf=8mm；

2：

焊缝有效截面抵抗矩：

W=313330mm3；

3：

焊缝有效截面积：

A=4601mm2；

15.1受力分析

V：

剪力（N）

a：

悬臂长度（mm）：

B：

分格宽度（mm）；

M：

弯矩（N·mm）

V=SaB

=0.002896×3976×1200

=13817.395N

M=24740935.335N·mm

15.2焊缝校核计算

校核依据：

（（σf/βf）2+τf2）0.5≤ffw7.1.3-3[GB50017-2003]

上式中：

σf：

按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力（MPa）；

βf：

正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；

τf：

按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力（MPa）；

ffw：

角焊缝的强度设计值（MPa）；

（（σf/βf）2+τf2）0.5

=（（M/1.22W）2+（V/A）2）0.5

=（（24740935.335/1.22/313330）2+（13817.395/4601）2）0.5

=64.792MPa

64.792MPa≤ffw=160MPa

焊缝强度能满足要求

16玻璃的选用与校核

基本参数：

1：

计算点标高：

5.4m；

2：

玻璃板尺寸：

宽×高=B×H=1200mm×1500mm；

3：

玻璃配置：

夹层玻璃，夹层玻璃：

8+8mm；上片钢化玻璃，下片钢化玻璃；

模型简图为：

16.1玻璃板块荷载组合计算

（1）玻璃板块自重：

Gk：

玻璃板块自重标准值（MPa）；

G：

玻璃板块自重设计值（MPa）；

t1：

玻璃板块上片玻璃厚度（mm）；

t2：

玻璃板块下片玻璃厚度（mm）；

γg：

玻璃的体积密度（N/mm3）；

wk+：

正风压作用下作用在雨篷上的风荷载标准值（MPa）；

Gk=γg（t1+t2）

=25.6/1000000×（8+8）

=0.00041MPa

因为Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以：

G+：

正压作用下雨篷玻璃恒荷载设计值（MPa）；

G-：

负压作用下雨篷玻璃恒荷载设计值（MPa）；

Gk：

玻璃板块自重标准值（MPa）；

G+=1.2×Gk

=1.2×0.00041

=0.000492MPa

G-=Gk

=0.0