屋顶天窗强度计算.docx

1、屋顶天窗强度计算豪景苑售楼处屋顶天窗设计计算书设计： 沈 龙 校对： 董家林 审核： 夏良龙 批准： 陈 楠 二一年七月十四日 屋顶天窗设计计算书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 JGJ113-2003建筑幕墙 GB/T21086-2007金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001建筑玻璃屋顶天窗 JG/T231-20

2、0711.2 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构防火涂料 GB14907-2002钢结构设计规范 GB50017-2003高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002高层民用建筑设计防火规范 GB50045-95(2005年版)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建筑材料放射性核素限量 GB6566-2001建筑防火封堵应用技术规程

3、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 GB50009-2001(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民用建筑设计通则 GB50352-200511.3 铝材规范：变形铝及铝合金化学成份 GB/T3190-2008建筑用隔热铝合金型材-穿条式 JG/T175

4、-2005建筑用铝型材、铝板氟碳涂层 JG/T133-2000铝合金建筑型材第1部分基材 GB5237.1-2008铝合金建筑型材第2部分阳极氧化、着色型材 GB5237.2-2008铝合金建筑型材第3部分电泳涂漆型材 GB5237.3-2008铝合金建筑型材第4部分粉末喷涂型材 GB5237.4-2008铝合金建筑型材第5部分氟碳漆喷涂型材 GB5237.5-2008铝合金建筑型材第6部分隔热型材 GB5237.6-2004铝及铝合金彩色涂层板、带材 YS/T431-2000一般工业用铝及铝合金板、带材 GB/T3880.13-2006铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求 YS/T437-

5、2000有色电泳涂漆铝合金建筑型材 YS/T459-200311.4 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浮法玻璃 GB11614-1999夹层玻璃 GB/T9962-1999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 GB15763.1-2001幕墙用钢化玻璃与半钢化玻璃 GB17841-2008普通平板玻璃 GB4871-1995热弯玻璃 JC/T915-2003压花玻璃 JC/T511-2002中空

6、玻璃 GB/T11944-2002着色玻璃 GB/T18701-200211.5 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/T4226-1984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/T4240-93建筑用不锈钢绞线 JG/T200-2007不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2000擦窗机 GB19154-2003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/T1591-20

7、08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/T0961997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/T699-199911.6 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

8、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/T13477.120-2002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

9、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/T914-200311.7 门窗及五金件规范：封闭型沉头抽芯铆钉 GB/T12616-2004封闭型平圆头抽芯铆钉 GB/T12615-2004紧固件螺栓和螺钉 GB/T5277-1

10、985紧固件公差螺栓、螺钉、螺柱和螺母 GB/T3103.1-2002紧固件机械性能不锈钢螺母 GB/T3098.15-2000紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 GB/T3098.6-2000紧固件机械性能抽芯铆钉 GB/T3098.19-2004紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹 GB/T3098.2-2000紧固件机械性能螺母、细牙螺纹 GB/T3098.4-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 GB/T3098.1-2000紧固件机械性能自攻螺钉 GB/T3098.5-2000紧固件术语盲铆钉 GB/T3099-2004螺纹紧固件应力截面积和承载面积 GB/T16823.1-1997十字

11、槽盘头螺钉 GB/T818-2000地弹簧 QB/T2697-2005电动采光排烟窗 JG189-200611.8 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

12、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/T228-200211.9 建筑结构静力计算手册(第二版)11.10 土建图纸：12 基本参数12.1 幕墙所在地区： 上海地区；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D类地形考虑。13 屋顶天窗荷载计算1

13、3.1 玻璃屋顶天窗的荷载作用说明：玻璃屋顶天窗承受的荷载包括：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，可以按照以下值估算： 当采用单层玻璃时： 取400N/m2； 当采用中空及夹层玻璃时： 取500N/m2； 当采用中空夹层玻璃时： 取600N/m2； 当由于玻璃较厚或龙骨较重，按上面估算不适合的时候，由人工计算给定；本例计算取：0.0013MPa(人工给定)；(2)风荷载：是垂直作用于屋顶天窗表面的荷载，按GB50009采用； 对于屋顶天窗结构，荷载作用复杂，并且可能有时风压是正，而有时候是负，一定范围内的负压对结构是有利的！因此实际计算的时候要分

14、别考虑并采用其参与组合后的最大值！(3)雪荷载：是指屋顶天窗水平投影面上的雪荷载，按GB50009采用；(4)活荷载：是指屋顶天窗水平投影面上的活荷载，按GB50009采用； 在实际工程中，对上面的几种荷载，考虑最不利组合，且雪荷载与活荷载不同时考虑。分项系数按以下参数取值： 永久荷载分项系数取：g：1.2 风荷载的分项系数取：w：1.4 雪荷载的分项系数取：s：1.4 活荷载的分项系数取：h：1.4 组合值系数为： 永久荷载组合值系数取：g：1.0 风荷载的组合值系数取：w：0.6 雪荷载的组合值系数取：s：0.7 活荷载的组合值系数取：h：0.713.2 风荷载标准值计算：按建筑结构荷载规

15、范(GB50009-2001)计算： wk=gzzs1w0 7.1.1-2GB50009-2001 2006年版上式中： wk：作用在屋顶天窗上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：10m； gz：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)： gz=K(1+2f) 其中K为地面粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地： gz=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B类场地： gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C类场地： gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22

16、D类场地： gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于D类地形，10m高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.80(1+2(1.2248(Z/10)-0.3)=2.7597 z：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： z=1.379(Z/10)0.24 当Z300m时，取Z=300m，当Z350m时，取Z=350m，当Z400m时，取Z=400m，当Z450m时，取Z=450m，当Z30m时，取Z=30m；对于D类地形，10m高度处风压高度变化系数： z=0.318(Z/10)0.60=0.6148 s1：局部风压体型系数，根据计算点体

17、型位置选取，并依据实际结构分别考虑其最大和最小两种情况，对本例，分别取0、-0.6； 按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数s1： 一、外表面 1. 正压区 按表7.3.1采用； 2. 负压区 对墙面， 取-1.0 对墙角边， 取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 对于屋顶天窗屋面等复杂结构由表7.3.1GB50009-2001 2006年版查出，有条件的需要由风洞实验给出。 另注：上述的局部体型系数s1(1)是适用于围护构件的从属面积A小于或等于1m2

18、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s1(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s1(A)可按面积的对数线性插值，即： s1(A)=s1(1)+s1(10)-s1(1)logA 考虑到屋顶天窗的特殊性质：该处的建筑结构比较复杂，作为屋面结构又与人们的生命安全密切相关，很难每个工程都做风洞实验，而常规采光结构的风载本身就不大，所以在计算中没有按从属面积进行插值折减，而采用了s1(1)值。 w0：基本风压值(MPa)，根据现行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

19、取0.00055MPa； wk+：比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值； wk-：比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值； wk+=gzzs1+w0 =2.75970.614800.00055 =0MPa wk-=gzzs1-w0 =2.75970.6148(-0.6)0.00055 =-0.00056MPa13.3 风荷载设计值计算： w+：比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值； w-：比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载设计值； wk+：比较大的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值； wk-：比较小的风荷载体型系数情况下的风荷载标准值； w+=1.4wk+ =1.40 =0M

20、Pa w-=1.4wk- =1.4(-0.00056) =-0.000784MPa13.4 雪荷载标准值计算： Sk：作用在屋顶天窗上的雪荷载标准值(MPa) S0：基本雪压，根据现行GB50009-2001取值，上海地区50年一遇最大积雪的自重：0.0002MPa. r：屋面积雪分布系数，按表6.2.1GB50009-2001，为1。 根据GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为： Sk=rS0 =10.0002 =0.0002MPa13.5 雪荷载设计值计算： S：雪荷载设计值(MPa)； S=1.4Sk =1.40.0002 =0.00028MPa13.6 屋顶天窗构件自

21、重荷载设计值： G：屋顶天窗构件自重荷载设计值(MPa)； Gk：屋顶天窗结构平均自重取0.0013MPa； G=1.2Gk =1.20.0013 =0.00156MPa13.7 屋顶天窗坡面活荷载设计值： Q：屋顶天窗坡面活荷载设计值(MPa)； Qk：屋顶天窗坡面活荷载标准值取：0.002MPa； Q=1.4Qk =1.40.002 =0.0028MPa14 选取计算荷载组合 雪荷载与活荷载不同时考虑，根据计算点体型位置，风载可能为正、负或0。因为负风压在某些情况下对结构反而是有利的,所以如果绝对值最大的情况是负数状态下产生的，还要计算风载为正(或零)时的情况，需要分别计算两种状态，并以其

22、最危险状态来设计结构及选取材料。14.1 风荷载标准为wk+情况下的荷载组合 在这种取自重、活荷载和风荷载组合： 第一可变荷载为：活荷载 第二可变荷载为：风荷载所以，组合值系数依次为： 永久荷载组合值系数取：g：1.0 风荷载的组合值系数取：w：0.6 雪荷载的组合值系数取：s：0 活荷载的组合值系数取：h：1 qA1：该情况下作用在屋顶天窗表面的荷载设计值组合(MPa)； q1：该情况下作用在屋顶天窗表面的荷载设计值组合(MPa)；先取自重和风荷载组合： G+w=0.00156+0.60 =0.00156MPa转化为垂直于水平面的荷载： 0.00156/cos1=0.00156MPa再与活荷

23、载组合，得： qA1=0.00156+10.0028 =0.00436MPa14.2 风荷载标准为wk-情况下的荷载组合 在这种取自重、活荷载和风荷载组合： 第一可变荷载为：活荷载 第二可变荷载为：风荷载所以，组合值系数依次为： 永久荷载组合值系数取：g：1.0 风荷载的组合值系数取：w：0.6 雪荷载的组合值系数取：s：0 活荷载的组合值系数取：h：1 qA2：该种情况下作用在屋顶天窗表面的荷载设计值组合(MPa)； q2：该种情况下作用在屋顶天窗表面的荷载设计值组合(MPa)；先取自重和风荷载组合： G+w=0.00156+0.6(-0.000784) =0.00109MPa转化为垂直于水

24、平面的荷载： 0.00109/cos1=0.00109MPa再与活荷载组合，得： qA2=0.00109+10.0028 =0.00389MPa14.3 极限状态的荷载确定： 对比qA1和qA2，可以看到wk+情况下是结构的最不利情况，结构计算应该以此进行。15 双坡屋顶天窗杆件计算基本参数： 1：L=8950mm； 2：=1； 3：分格宽度：B=1580mm； 双坡屋顶天窗的杆件设计计算，用直线三铰拱计算简图分析内力，并按压弯构件验算截面强度。计算模型如下：15.1 杆件荷载计算：计算取自重、活荷载和风荷载设计值组合。 qA：作用在屋顶天窗表面的荷载设计值组合(MPa)； q：作用在屋顶天窗

25、表面的线荷载设计值组合(N/mm)； B：分格宽度(mm)；先取自重和风荷载组合： G+w=0.00156+0.60 =0.00156MPa转化为垂直于水平面的荷载： 0.00156/cos1=0.00156MPa再与活荷载组合，得： qA=0.00156+10.0028 =0.00436MPa q=qAB =0.004361580 =6.889N/mm15.2 杆件的强度计算：校核依据： =N/A+M/Wf双坡屋顶天窗的最大弯矩在总跨长的四分之一处： h：拱高(mm)； L：屋顶天窗的总跨度(mm)； ：屋顶天窗与水平面的夹角(度)； h=L/2tan =8950/2tan1 =78.072

26、mm Mc0：跨中弯矩(Nmm)； H：推力(N)； Mc0=qL2/8 =6.88989502/8 =68978265.312Nmm H=Mc0/h =68978265.312/78.072 =883521.177N验算截面处的受力分析： M0.25L0：代梁弯矩(Nmm)； M0.25L：验算截面的弯矩(Nmm)； V0.25L0：验算截面的代梁剪力(N)； N0.25L：验算截面轴力(N)； Y0.25L：验算截面处与A(B)点的垂直高度(mm)； Y0.25L=h/2=78.072/2=39.036mm M0.25L0=qL2/8(1-0.25) =6.88989502/80.75 =

27、51733698.984Nmm M0.25L=M0.25L0-HY0.25L =51733698.984-883521.17739.036 =17244566.319Nmm V0.25L0=qL/2(1-20.25) =6.8898950/20.5 =15414.138N N0.25L=-V0.25L0sin-Hcos =-15414.1380.017-883521.1771 =-883783.217N ：计算截面的强度计算值(MPa)； f：选择的龙骨材料的强度设计值(MPa)； A：选取材料的截面面积(mm2)； W：选取材料的截面抗弯矩(mm3)； ：塑性发展系数： 对于钢材龙骨，参照J

28、GJ133或JGJ102规范,取1.05； 对于铝合金龙骨，参照最新铝合金结构设计规范GB 50429-2007，取1.00； =N0.25L/A+M0.25L/W =883783.217/6058.2+17244566.319/1.05/407528 =186.182MPaf=215MPa(Q235)所以，材料的强度满足设计要求！16 屋顶天窗玻璃的计算基本参数： 1：计算点标高：10m； 2：板面尺寸：宽高=BH=1500mm1580mm； 3：玻璃配置：中空、内夹层玻璃：6 +6 +PVB+6 mm； 4：玻璃形式：中空、内夹层；模型简图为：16.1 玻璃板块荷载计算：(1)外片玻璃自重荷载标准值： GAk1：外片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa)； t1：外片玻璃厚度(mm)； g：玻璃的体积密度(N/mm3)； GAk1=gt1 =0.00002566 =0.000154MPa(2)外片玻璃自重荷载设计值： GA1：外片玻璃自重设计值(仅指玻璃)(MPa)； GAk1：外片玻璃自重标准值(仅指玻璃)(MPa)； GA1=1.2GAk1 =1.20.000