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1、XXX中学玻璃雨篷设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 二一年十月三十一日目录1 计算引用的规范、标准及资料11.1 幕墙设计规范：11.2 建筑设计规范：11.3 玻璃规范：11.4 钢材规范：21.5 胶类及密封材料规范：21.6 相关物理性能等级测试方法：31.7 建筑结构静力计算手册(第二版)31.8 土建图纸：32 基本参数32.1 雨篷所在地区32.2 地面粗糙度分类等级33 雨篷荷载计算43.1 玻璃雨篷的荷载作用说明43.2 风荷载标准值计算43.3 风荷载设计值计算63.4 雪荷载标准值计算63.5 雪荷载设计值计算63.6 雨篷面活荷载设计值63.7 雨篷构件恒荷载设计
2、值73.8 选取计算荷载组合74 雨篷杆件计算84.1 结构的受力分析84.2 选用材料的截面特性104.3 梁的抗弯强度计算104.4 拉杆的抗拉(压-稳定性)强度计算104.5 梁的挠度计算115 雨篷焊缝计算115.1 受力分析115.2 焊缝校核计算116 玻璃的选用与校核126.1 玻璃板块荷载组合计算126.2 玻璃板块荷载分配计算136.3 玻璃的强度计算146.4 玻璃最大挠度校核157 雨篷埋件计算(后锚固结构)157.1 校核处埋件受力分析157.2 锚栓群中承受拉力最大锚栓的拉力计算167.3 群锚受剪内力计算167.4 锚栓钢材破坏时的受拉承载力计算177.5 混凝土锥
3、体受拉破坏承载力计算177.6 锚栓钢材受剪破坏承载力计算197.7 混凝土楔形体受剪破坏承载力计算207.8 混凝土剪撬破坏承载能力计算217.9 拉剪复合受力承载力计算218 附录 常用材料的力学及其它物理性能23中学雨棚计算书玻璃雨篷设计计算书 钢结构雨篷设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 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
4、幕墙 GB/T21086-2007建筑玻璃采光顶 JG/T231-20071.2 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
5、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JGJ85-20021.3 玻璃规范：镀膜玻璃 第1部分：阳光控制镀膜玻璃 GB/T18915.1-2
6、002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/T11944-20021.4 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
7、 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/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
8、-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/T14370-20001.5 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-
9、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
10、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/T914-20031.6 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/
11、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/T228-20021.7 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 北京地区；2.2 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
12、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。3 雨篷荷载计算3.1 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，
13、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+0.61.4wk+0.71.4Sk(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+1.4wk+0.71.4Sk(或Qk) B：考虑负风压时： 按下面公式进行荷载组合： Sk-=1.0Gk+1.4wk3.2 风荷载标准值计算按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算： wk+=gzzs1+w0 7.1.1-2GB50009-2001 2006年版 wk-=gzzs1-w0上式中： wk+：正风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa
14、)； 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：30m； 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 D类场地： gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地形，30m高度处瞬
15、时风压的阵风系数： gz=0.85(1+2(0.734(Z/10)-0.22)=1.8299 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C类地形，30m高度处风压高度变化系数： z=0.616(Z/10)0.44=0.9989 s1：局部风压体型系数，对于雨篷结构，按规范，计算正风压时，取s1+=0.5；计算负风压时，取s1-=-2.0； 另注：上述的局部体型系数s1(1
16、)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 在上式中：当A10m2时取A=10m2；当A1m2时取A=1m2； 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，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=4.51.5
17、=6.75m2 LogA=0.829 sA1+(A)=s1+(1)+s1+(10)-s1+(1)logA =0.417 sA1-(A)=s1-(1)+s1-(10)-s1-(1)logA =1.668 wkA+=gzzsA1+w0 =1.82990.99890.4170.00045 =0.000343MPa wkA-=gzzsA1-w0 =1.82990.99891.6680.00045 =0.001372MPa(2)计算玻璃部分的风荷载标准值： 玻璃构件的从属面积： A=1.51.25=1.875m2 LogA=0.273 sB1+(A)=s1+(1)+s1+(10)-s1+(1)logA
18、=0.473 sB1-(A)=s1-(1)+s1-(10)-s1-(1)logA =1.891 wkB+=gzzsB1+w0 =1.82990.99890.4730.00045 =0.000389MPa wkB-=gzzsB1-w0 =1.82990.99891.8910.00045 =0.001555MPa3.3 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
19、+=1.4wkA+ =1.40.000343 =0.00048MPa wA-=1.4wkA- =1.40.001372 =0.001921MPa 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+=1.4wkB+ =1.40.000389 =0.000545MPa wB-=1.4wkB- =1.40.001555 =0.002177MPa3.4 雪荷载标准值计算 Sk：作用在雨篷上
20、的雪荷载标准值(MPa) S0：基本雪压，根据现行GB50009-2001取值，北京地区50年一遇最大积雪的自重：0.0004MPa. r：屋面积雪分布系数，按表6.2.1GB50009-2001，为2.0。 根据GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为： Sk=rS0 =2.00.0004 =0.0008MPa3.5 雪荷载设计值计算 S：雪荷载设计值(MPa)； S=1.4Sk =1.40.0008 =0.00112MPa3.6 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=1.4Qk =1.4500/1000000
21、 =0.0007MPa 因为SkQk，所以计算时雪荷载参与正压组合！3.7 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+=1.2Gk =1.20.0005 =0.0006MPa G-=Gk =0.0005MPa3.8 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 =0.0
22、01403MPa SA+=G+wA+0.7S =0.001864MPa 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 =0.001449MPa SB+=G+wB+0.7S =0.001929MPa(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- =0.000872MPa SA-=G-+wA- =1.0Gk+1.4wkA- =0.001421MPa SkB-：负风压作用下的玻
23、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- =0.001055MPa SB-=G-+wB- =1.0Gk+1.4wkB- =0.001677MPa(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=0.001403MPa SA=0.001864MPa 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
24、素(正风压情况下出现)： SkB=0.001449MPa SB=0.001929MPa4 雨篷杆件计算基本参数： 1：计算点标高：30m； 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=4500mm，受力模型图中a=1250mm，b=3250mm； 5：拉杆截面面积：706mm2 6：分格宽度：B=1500mm； 7：玻璃板块配置：夹层玻璃8 +8 mm； 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：4.1 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=4个集中力作用点，下面对这些力分别求值： Pki
25、：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=750mm a2=1250mm a3=1250mm a4=1250mm Pk1=SkBa2/2 =1315.312N P1=SBa2/2 =1747.5N Pk4=SkBa4/2 =1315.312N P4=SBa4/2 =1747.5N Pk2=SkB(a2+a3)/2 =2630.625N P2=SB(a2+a3)/2 =3495N Pk3=SkB(a3+a4)/2 =2630.625N
26、 P3=SB(a3+a4)/2 =3495N(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=dfi =90.409mm(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=90.409-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=5977.087N拉杆的轴向作用力为： N=P/s
27、in =8452.878N(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(Nmm)； 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|=8097592.25Nmm4.2 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=3680000mm4； 主力方向截面抵抗矩：W=142000mm3； 塑性发展系数：=1.05；(2)拉杆杆件的截面特性
28、： 拉杆的截面面积：A=706mm2； 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；4.3 梁的抗弯强度计算抗弯强度应满足： NL/A+Mmax/Wf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(Nmm)； W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)； ：塑性发展系数，取1.05； f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；则： NL=Pctg =5977.087N NL/A+Mmax/W=5977.087/3584+8097592.25/1.05/1420
29、00 =55.978MPa215MPa悬臂梁抗弯强度满足要求。4.4 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/Af 对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：N/Af其中： ：轴心受压柱的稳定系数，查表6.3.8102-2003及表C.2GB50017-2003取值； i：截面回转半径，i=(I/A)0.5； ：构件的长细比，不宜大于250，=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/A215MPa N/A=8452.878/706 =11.973MPa215MPa拉杆的抗拉强度满足要求。4.5 梁的挠度计算 主梁的最大挠度可能在2点
30、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=36mm dfA=1.726mmdf,lim=36mm悬臂梁杆件A点的挠度满足要求!(2)BC段最大挠度的验算： dfx：悬臂梁BC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=1688mm dfx=0.641mmdf,lim=36mm悬臂梁杆件BC段的挠度满足要求!5 雨篷焊缝计算基本参数： 1：焊缝高度：hf=4mm；
31、2：焊缝有效截面抵抗矩：W=76970mm3； 3：焊缝有效截面积：A=2532.4mm2；5.1 受力分析 V：固端剪力(N)； NL：轴力(mm)； M：固端弯矩(Nmm)；经过计算机计算分析得： V=6604.913N NL=5977.087N M=8093084.337Nmm5.2 焊缝校核计算校核依据： (f/f)2+f2)0.5ffw 7.1.3-3GB50017-2003上式中： f：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)； f：正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22； f：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(M
32、Pa)； (f/f)2+f2)0.5 =(M/1.22W+NL/1.22A)2+(V/A)2)0.5 =(8093084.337/1.22/76970+5977.087/1.22/2532.4)2+(6604.913/2532.4)2)0.5 =88.158MPa 88.158MPaffw=160MPa焊缝强度能满足要求。6 玻璃的选用与校核基本参数： 1：计算点标高：30m； 2：玻璃板尺寸：宽高=BH=1500mm1250mm； 3：玻璃配置：夹层玻璃，夹层玻璃：8 +8 mm；上片钢化玻璃，下片钢化玻璃；模型简图为：6.1 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
33、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)； g：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=g(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+=1.2Gk =1.20.00041 =0.000492MPa G-=Gk =0.00041MPa(
34、2)正风压的荷载组合计算： Sk+：正风压作用下的荷载标准值组合(MPa)； S+：正风压作用下的荷载设计值组合(MPa)； Sk+=Gk+wk+0.7Sk =0.001359MPa S+=G+w+0.7S =0.001821MPa(3)负风压的荷载组合计算： Sk-：正风压作用下的荷载标准值组合(MPa)； S-：正风压作用下的荷载设计值组合(MPa)； Sk-=Gk+wk- =0.001145MPa S-=G-+w- =1.0Gk+1.4wk- =0.001767MPa(4)最不利荷载选取： Sk：最不利荷载标准值组合(MPa)； S：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)： Sk=0.001359MPa S=0.0