雨棚计算68391609.docx
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雨棚计算68391609
目录
1基本参数1
1.1雨篷所在地区：
1
1.2地面粗糙度分类等级：
1
2雨篷荷载计算1
2.1玻璃雨篷的荷载作用说明：
1
2.2风荷载标准值计算：
2
2.3风荷载设计值计算：
4
2.4雪荷载标准值计算：
5
2.5雪荷载设计值计算：
5
2.6雨篷面活荷载设计值：
5
2.7雨篷构件恒荷载设计值：
5
2.8选取计算荷载组合：
6
3雨篷杆件计算7
3.1结构的受力分析：
7
3.2选用材料的截面特性：
9
3.3梁的抗弯强度计算：
9
3.4拉杆的抗拉（压）强度计算：
10
3.5梁的挠度计算：
10
4雨篷焊缝计算11
4.1受力分析：
11
4.2焊缝校核计算：
11
5雨篷埋件计算（后锚固结构）12
5.1校核处埋件受力分析：
12
5.2群锚受剪内力计算：
13
5.3锚栓钢材受剪破坏承载力计算：
17
5.4混凝土剪撬破坏承载能力计算：
20
5.5拉剪复合受力承载力计算：
20
钢结构雨篷设计计算书
11基本参数
11.1雨篷所在地区：
上海地区；
11.2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。
12雨篷荷载计算
12.1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400N/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
12.2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：
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（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，5m高度处瞬时风压的阵风系数：
βgz=0.89×（1+2×（0.5（Z/10）-0.16））=1.8844
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，5m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+=2；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，上海地区取0.00055MPa；
（1）计算龙骨构件的风荷载标准值：
龙骨构件的从属面积：
A=3×1.5=4.5m2
LogA=0.653
μsA1+（A）=μs1+
（1）+[μs1+（10）-μs1+
（1）]logA
=1.739
μsA1-（A）=μs1-
（1）+[μs1-（10）-μs1-
（1）]logA
=1.739
wkA+=βgzμzμsA1+w0
=1.8844×1×1.739×0.00055
=0.001802MPa
wkA-=βgzμzμsA1-w0
=1.8844×1×1.739×0.00055
=0.001802MPa
（2）计算面板部分的风荷载标准值：
面板构件的从属面积：
A=1.5×1.5=2.25m2
LogA=0.352
μsB1+（A）=μs1+
（1）+[μs1+（10）-μs1+
（1）]logA
=1.859
μsB1-（A）=μs1-
（1）+[μs1-（10）-μs1-
（1）]logA
=1.859
wkB+=βgzμzμsB1+w0
=1.8844×1×1.859×0.00055
=0.001927MPa
wkB-=βgzμzμsB1-w0
=1.8844×1×1.859×0.00055
=0.001927MPa
12.3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+
=1.4×0.001802
=0.002523MPa
wA-=1.4×wkA-
=1.4×0.001802
=0.002523MPa
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+
=1.4×0.001927
=0.002698MPa
wB-=1.4×wkB-
=1.4×0.001927
=0.002698MPa
12.4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，上海地区50年一遇最大积雪的自重：
0.0002MPa.
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
=2.0×0.0002
=0.0004MPa
12.5雪荷载设计值计算：
S：
雪荷载设计值（MPa）；
S=1.4×Sk
=1.4×0.0004
=0.00056MPa
12.6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！
12.7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0.0004MPa；
因为Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以：
G+=1.2×Gk
=1.2×0.0004
=0.00048MPa
G-=Gk
=0.0004MPa
12.8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
=0.002552MPa
SA+=G++wA++0.7Q
=0.003493MPa
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
=0.002677MPa
SB+=G++wB++0.7Q
=0.003668MPa
（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-
=0.001402MPa
SA-=G-+wA-
=1.0Gk+1.4wkA-
=0.002123MPa
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-
=0.001527MPa
SB-=G-+wB-
=1.0Gk+1.4wkB-
=0.002298MPa
（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=0.002552MPa
SA=0.003493MPa
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=0.002677MPa
SB=0.003668MPa
13雨篷杆件计算
基本参数：
1：
计算点标高：
6m；
2：
力学模型：
悬臂梁；
3：
荷载作用：
均布荷载（有拉杆作用）；
4：
悬臂总长度：
L=3000mm，受力模型图中a=500mm，b=2500mm；
5：
拉杆用φ63.5*4mm的圆钢管，截面面积：
747mm2
6：
分格宽度：
B=1500mm
7：
悬臂梁用18#工字钢，材质：
Q235；
8：
埋板用400*300*10mm厚钢板
本处杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：
13.1结构的受力分析：
（1）荷载集度计算：
qk：
组合荷载作用下的线荷载集度标准值（按矩形分布）（N/mm）；
q：
组合荷载作用下的线荷载集度设计值（按矩形分布）（N/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）；
qk=SkB
=0.002552×1500
=3.828N/mm
q=SB
=0.003493×1500
=5.24N/mm
（2）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）；
qL4（3-4a/L+（a/L）4）/24EI-Pb3/3EI=PL拉杆/EA
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=qL4A（3-4a/L+（a/L）4）/8（Ab3+3L拉杆I）
=7819.275N
拉杆的轴向作用力为：
N=P/sinα
=15645.744N
（3）雨篷杆件截面最大弯矩处（距悬臂端距离为x处）的弯矩设计值计算：
Mmax：
悬臂梁最大弯矩设计值（N·mm）；
x：
距悬臂端距离为x处（最大弯矩处）；
q：
组合荷载作用下的线荷载集度设计值（按矩形分布）（N/mm）；
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=3000mm
|Mmax|=|P（x-a）-qx2/2|
=4031812.5N·mm
13.2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=15260000mm4；
主力方向截面抵抗矩：
W=181000mm3；
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=747mm2；
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；
13.3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
=13551.688N
NL/A+Mmax/γW=13551.688/2867+4031812.5/1.05/181000
=25.941MPa≤215MPa
悬臂梁抗弯强度满足要求。
13.4拉杆的抗拉（压）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；
因为风荷载是正风压荷载，所以，拉杆是承受拉力的。
校核依据：
N/A≤215MPa
N/A=15645.744/747
=20.945MPa≤215MPa
拉杆的抗拉强度满足要求。
13.5梁的挠度计算：
主梁的最大挠度可能在2点出现，其一是C点，另一点可能在AB段之间，下面分别计算：
（1）C点挠度的验算：
dfp：
集中力作用下的C点挠度（mm）；
dfq：
均布荷载作用下的C点挠度（mm）；
dfc：
组合荷载作用下的C点挠度（mm）；
dfp=Pb2L（3-b/L）/6EI
=16.842mm
dfq=qL4/8EI
=16.877mm
dfc=|dfp-dfq|
=|16.842-16.877|
=0.035mm
df,lim：
按规范要求，悬臂杆件的挠度限值（mm）；
df,lim=2L/250=24mm
dfc=0.035mm≤df,lim=24mm
悬臂梁杆件C点的挠度满足要求!
（2）AB段最大挠度的验算：
dfx：
悬臂梁AB段挠度计算值（mm）；
x：
距固定端距离为x处（最大挠度处）；
经过计算机的优化计算，得：
x=1419mm
dfx=|qL4（3-4x/L+（x/L）4）/24EI-Pb3×（2-3（x-a）/b+（x-a）3/b3）/6EI|
=0.382mm
dfx=0.382mm≤df,lim=24mm
悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求!
14雨篷焊缝计算
基本参数：
1：
焊缝高度：
hf=6mm；
2：
焊缝有效截面抵抗矩：
W=128000mm3；
3：
焊缝有效截面积：
A=2200mm2；
14.1受力分析：
V：
固端剪力（N）；
NL：
轴力（mm），拉为正、压为负；
M：
固端弯矩（N·mm）；
|V|=|P-qL|
=|7819.275-5.24×3000|
=7900.725N
NL=13551.688N
|M|=|Pb-qL2/2|
=4031812.5N·mm
14.2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+NL/1.22A）2+（V/A）2）0.5
=（（4031812.5/1.22/128000+13551.688/1.22/2200）2+（7900.725/2200）2）0.5
=31.076MPa
31.076MPa≤ffw=160MPa
焊缝强度能满足要求。
15雨篷埋件计算（后锚固结构）
15.1校核处埋件受力分析：
V：
剪力设计值（N）；
N：
轴向拉（压）力设计值（N），本处为轴向压力；
M：
根部弯矩设计值（N·mm）；
根据前面的计算，得：
N=13551.688N
V=7900.725N
M=4031812.5N·mm
锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算：
按5.2.2[JGJ145-2004]规定，在轴心拉力和弯矩共同作用下（下图所示），进行弹性分析时，受力最大锚栓的拉力设计值应按下列规定计算：
1：
当N/n-My1/Σyi2≥0时：
Nsdh=N/n+My1/Σyi2
2：
当N/n-My1/Σyi2<0时：
Nsdh=（NL+M）y1//Σyi/2
在上面公式中：
M：
弯矩设计值；
Nsdh：
群锚中受拉力最大锚栓的拉力设计值；
y1，yi：
锚栓1及i至群锚形心轴的垂直距离；
y1/，yi/：
锚栓1及i至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；
L：
轴力N作用点至受压一侧最外排锚栓的垂直距离；
在本例中：
N/n-My1/Σyi2
=13551.688/4-4031812.5×75/22500
=-10051.453
因为：
-10051.453<0
所以：
Nsdh=（NL+M）y1//Σyi/2=16827.297N
按JGJ102-2003的5.5.7中第七条规定，这里的Nsdh再乘以2就是现场实际拉拔应该达到的值。
15.2群锚受剪内力计算：
按5.3.1[JGJ145-2004]规定，当边距c≥10hef时，所有锚栓均匀分摊剪切荷载；
当边距c<10hef时，部分锚栓分摊剪切荷载；
其中：
hef：
锚栓的有效锚固深度；
c：
锚栓与混凝土基材之间的距离；
本例中：
c=200mm<10hef=1000mm
所以部分螺栓受剪，承受剪力最大锚栓所受剪力设计值为：
Vsdh=V/m=3950.362N
锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算：
NRd,s=kNRk,s/γRS,N6.1.2-1[JGJ145-2004]
NRk,s=Asfstk6.1.2-2[JGJ145-2004]
上面公式中：
NRd,s：
锚栓钢材破坏时的受拉承载力设计值；
NRk,s：
锚栓钢材破坏时的受拉承载力标准值；
k：
地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；
As：
锚栓应力截面面积；
fstk：
锚栓极限抗拉强度标准值；
γRS,N：
锚栓钢材受拉破坏承载力分项系数；
NRk,s=Asfstk
=113.1×800
=90480N
γRS,N=1.2fstk/fyk≥1.4表4.2.6[JGJ145-2004]
fyk：
锚栓屈服强度标准值；
γRS,N=1.2fstk/fyk
=1.2×800/640
=1.5
取：
γRS,N=1.5
NRd,s=kNRk,s/γRS,N
=1×90480/1.5
=60320N≥Nsdh=16827.297N
锚栓钢材受拉破坏承载力满足设计要求！
混凝土锥体受拉破坏承载力计算：
因锚固点位于结构受拉面，而该结构为普通混凝土结构，故锚固区基材应判定为开裂混凝土。
混凝土锥体受拉破坏时的受拉承载力设计值NRd,c应按下列公式计算：
NRd,c=kNRk,c/γRc,N
NRk,c=NRk,c0×Ac,N/Ac,N0×ψs,Nψre,Nψec,Nψucr,N
在上面公式中：
NRd,c：
混凝土锥体破坏时的受拉承载力设计值；
NRk,c：
混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；
k：
地震作用下锚固承载力降低系数，按表7.0.5[JGJ145-2004]选取；
γRc,N：
混凝土锥体破坏时的受拉承载力分项系数，按表4.2.6[JGJ145-2004]采用，取2.15；
NRk,c0：
开裂混凝土单锚栓受拉，理想混凝土锥体破坏时的受拉承载力标准值；
NRk,c0=7.0×fcu,k0.5×hef1.5（膨胀及扩孔型锚栓）6.1.4[JGJ145-2004]
NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×（hef-30）1.5（化学锚栓）6.1.4条文说明[JGJ145-2004]
其中：
fcu,k：
混凝土立方体抗压强度标准值，当其在45-60MPa间时，应乘以降低系数0.95；
hef：
锚栓有效锚固深度；
NRk,c0=3.0×fcu,k0.5×（hef-30）1.5
=9623.409N
Ac,N0：
混凝土破坏锥体投影面面积，按6.1.5[JGJ145-2004]取；
scr,N：
混凝土锥体破坏情况下，无间距效应和边缘效应，确保每根锚栓受拉承载力标准值的临界间矩。
scr,N=3hef
=3×100
=300mm
Ac,N0=scr,N2
=3002
=
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