大型采光顶(阳光房)钢结构计算书.doc

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1、某大型采光顶（阳光房）钢结构计算书强度计算信息采光顶 设计计算书计算:校核:审核: 目 录一、风荷载计算错误！未定义书签。强度计算信息采光顶设计计算书一、 计算依据及说明1. 工程概况说明 工程名称:工程名称 工程所在城市:北京 公司地址：北京市通州区马驹桥镇姚辛庄 工程所属建筑物地区类别:C类 工程所在地区抗震设防烈度:9度 工程基本风压:0.45kN/m2 工程强度校核处标高:10m 2. 设计依据 建筑结构荷载规范 GB 50009-2001 (2006年版) 建筑设计防火规范 GB50016-2006 建筑用不锈钢绞线 JG/T 200-2007 建筑幕墙 GB/T 21086-200

2、7 建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程 JGJ/T151-2008 不锈钢棒 GB/T 1220-2007 混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG 160-2004 铝合金结构设计规范 GB50429-2007 建筑陶瓷薄板应用技术规程 JGJ/T172-2009 建筑玻璃采光顶 JG/T 231-2008 建筑抗震设计规范 GB 50011-2001(2008年版) 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50068-2001 钢结构设计规范 GB 50017-2003 玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003 塑料门窗工程技术规程 JGJ103-2008 中空玻璃稳态U值（传热系数）的计算和测定

3、GB/T22476-2008 玻璃幕墙工程质量检验标准 JGJ/T 139-2001 金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133-2001 建筑制图标准 GB/T 50104-2001 建筑玻璃应用技术规程 JGJ 113-2009 全玻璃幕墙工程技术规程 DBJ/CT 014-2001 点支式玻璃幕墙工程技术规程 CECS 127:2001 点支式玻幕墙支承装置 JC 1369-2001 吊挂式玻幕墙支承装置 JC 1368-2001 建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2005 建筑用不锈钢绞线 JG/T200-2007 铝合金建筑型材 基材 GB/T 5237.1-2008 铝合金建

4、筑型材 阳极氧化、着色型材 GB/T 5237.2-2008 铝合金建筑型材 电泳涂漆型材 GB/T 5237.3-2008 铝合金建筑型材 粉末喷涂型材 GB/T 5237.4-2008 铝合金建筑型材 氟碳漆喷涂型材 GB/T 5237.5-2008 铝合金建筑型材 隔热型材 GB/T 5237.6-2008 建筑幕墙平面内变形性能检测方法 GB/T 18250-2000 建筑幕墙抗震性能振动台试验方法 GB/T 18575-2001 铝型材截面几何参数算法及计算机程序要求 YS/T437-2009 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱 GB 3098.1-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙

5、螺纹 GB 3098.2-2000 紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹 GB 3098.4-2000 紧固件机械性能 自攻螺钉 GB 3098.5-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉、螺柱 GB 3098.6-2000 紧固件机械性能 不锈钢 螺母 GB 3098.15-2000 螺纹紧固件应力截面积和承载面积 GB/T 16823.1-1997 搪瓷用冷轧低碳钢板及钢带 GB/T13790-2008 陶瓷板 GB/T23266-2008 建筑幕墙用瓷板 JG/T217-2007 干挂空心陶瓷板 JC/T1080-2008 耐候结构钢 GB/T4171-2008 平板玻璃 GB11614-

6、2009 浮法玻璃 GB11614.2-2009 夹层玻璃 GB15763.3-2009 中空玻璃 GB/T11944 -2002 钢化玻璃 GB15763.2-2005 半钢化玻璃 GB/T17841-2008 铝及铝合金轧制板材 GB/T 3880-1997 干挂饰面石材及其金属挂件 JC83018302-2005 建筑用铝型材、铝板氟碳涂层 JC 133-2000 建筑用安全玻璃 防火玻璃 GB 15763.1-2009 混凝土接缝用密封胶 JC/T 881-2001 幕墙玻璃接缝用密封胶 JC/T 882-2001 石材幕墙接缝用密封胶 JC/T 883-2001 中空玻璃用弹性密封胶

7、 JC/T 486-2001 中空玻璃用复合密封胶条 JC/T1022-2007 天然花岗石建筑板材 GB/T18601-2009 铝合金门窗 GB/T 8478-2008 混凝土结构后锚固技术规程 JGJ 145-2004 公共建筑节能设计标准 GB 50189-2005 建筑用硬质塑料隔热条 JG/T 174-2005 建筑用隔热铝合金型材 穿条式 JG/T 175-2005 民用建筑能耗数据采集标准 JG/T154-2007 建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法 JGJ/T211-2007 不锈钢和耐热钢 牌号及化学成份 GB/T20878-2007 百页窗用铝合金带材 YS/T6

8、21-2007 建筑物防雷检测技术规范 GB/T21434-2008 混凝土加固设计规范 GB50367-2006 小单元建筑幕墙 JG/T217-2008 普通装饰用铝塑复板 GB/T22412-2008 冷弯型钢 GB/T6725 -2008 建筑抗震加固技术规程 JGJ/T116-2009 公共建筑节能改造技术规范 JGJ176-2009 热轧型钢 GB/T706 -2008 建筑外门窗保温性能分级及检测方法 GB/T8484-2008 建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002 中国地震烈度表 GB/T17742-2008 绿色建筑评价标准 GB/T50378-20063. 基本计算

9、公式(1).场地类别划分: 根据地面粗糙度,场地可划分为以下类别: A类近海面,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; 工程名称按C类地区计算风压(2).风荷载计算: 幕墙属于薄壁外围护构件，根据建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版) 7.1.1 采用 风荷载计算公式: = 其中: -作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) -瞬时风压的阵风系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)取定 根据不同场地类型,按以下公式计算:=K(

10、1+2) 其中K为地区粗糙度调整系数，f为脉动系数 A类场地: =0.92(1+2) 其中：=0.387()(-0.12) B类场地: =0.89(1+2) 其中：=0.5()(-0.16) C类场地: =0.85(1+2) 其中：=0.734()(-0.22) D类场地: =0.80(1+2) 其中：=1.2248()(-0.3) -风压高度变化系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001取定, 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: =1.379()0.24 B类场地: =()0.32 C类场地: =0.616()0.44 D类场地: =0.318()0.60 本工程属于C类地

11、区 -风荷载体型系数,按建筑结构荷载规范GB50009-2001(2006年版)取定 -基本风压,按全国基本风压图,北京地区取为0.45kN/m2(3).地震作用计算: = 其中: -水平地震作用标准值 -动力放大系数,按 5.0 取定 -水平地震影响系数最大值,按相应设防烈度取定: 6度(0.05g): =0.04 7度(0.1g): =0.08 7度(0.15g): =0.12 8度(0.2g): =0.16 8度(0.3g): =0.24 9度(0.4g): =0.32 北京地区设防烈度为9度,根据本地区的情况,故取=0.16 -幕墙构件的自重(N/m2)(4).荷载组合: 结构设计时，

12、根据构件受力特点，荷载或作用的情况和产生的应力(内力)作用方向，选用最不利的组合，荷载和效应组合设计值按下式采用： + 各项分别为永久荷载：重力；可变荷载：风荷载、温度变化；偶然荷载：地震 水平荷载标准值: =+0.5，维护结构荷载标准值不考虑地震组合 水平荷载设计值: q=1.4+0.51.3 荷载和作用效应组合的分项系数,按以下规定采用: 对永久荷载采用标准值作为代表值，其分项系数满足： a.当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；对有永久荷载效应控制的组合，取1.35 b.当其效应对结构有利时：一般情况取1.0；对结构倾覆、滑移或是漂浮验算，取0.9 可变荷载根据设计

13、要求选代表值，其分项系数一般情况取1.4二、 单坡采光顶荷载计算1. 风荷载标准值计算 Wk: 作用在幕墙上的风荷载标准值(kN/m2) z : 计算高度10m z: 10m高处风压高度变化系数(按C类区计算): (GB50009-2001 7.2.1) z=0.616()0.44=0.616 由于0.6160.74,取z=0.74 f: 脉动系数 : (GB50009-2001 7.4.2-8) f=0.535(1.8(0.22-0.16)()-0.22=0.734056 gz: 阵风系数 : (GB50009-2001 7.5.1-1) gz=0.85(1+2f) = 2.0979 A:

14、单坡采光顶屋面坡面角度为30度 当前坡面为封闭式落地单坡屋面 s: 风荷载体型系数,按照(GB50009-2001 7.3.1),按照风向不同分为2种情况,迎风面体型系数按照坡面角度查表7.3.1取0.2,背风面体型系数取-0.5 正负向风荷载标准值计算如下 Wk1: 迎风风荷载标准值 Wk1=gzzslW0 (JGJ102-2003 5.3.2) =2.09790.740.20.45 =0.13972 kN/m2 Wk2: 背风风荷载标准值 Wk2=gzzs2W0 (JGJ102-2003 5.3.2) =2.09790.74(-0.5)0.45 =-0.3493 kN/m22. 风荷载设计

15、值计算 W: 风荷载设计值: kN/m2 w : 风荷载作用效应的分项系数：1.4 按玻璃幕墙工程技术规范JGJ 102-2003 5.1.6条规定采用 W1=wWk1=1.40.13972=0.195608kN/m2 W2=wWk2=1.4(-0.3493)=-0.489019kN/m2 3. 雪荷载标准值计算 Sk: 雪荷载标准值(kN/m2) S0: 基本雪压,北京50年一遇最大积雪的自重: 0.4kN/m2 根据现行GB50009-2001取值 r: 屋面积雪分布系数,根据GB50009-2001屋面积雪分布系数表6.2.1,按照坡面角度30度,取0.8 根据GB50009-2001公

16、式6.1.1屋面雪载荷按下式计算 Sk=rS0 =0.80.4 =0.32kN/m24. 雪荷载设计值计算 S: 雪载荷设计值(kN/m2) s: 雪载荷分项系数为 1.4 S=sSk =1.40.32 =0.448kN/m25. 自重荷载设计值 G:构件自重荷载设计值(kN/m2) WGT:幕墙面板和构件平均平米重量取0.5 kN/m2 GAK:构件自重荷载标准值(kN/m2) rg: 恒载荷分项系数为 1.2 GAK=WGT=0.5kN/m2 G=rgGAK =1.20.5 =0.6kN/m26. 竖向均布地震作用计算 GK:重力荷载代表值取结构自重值(kN/m2) GK=GAK =0.5

17、kN/m2 vmax: 竖向地震影响系数最大值:0.104 qEVk: 分布竖向地震作用标准值(kN/m2) qEVk=EvmaxGK (JGJ102-2003 5.3.4) =50.1040.5 =0.26kN/m2 rE: 地震作用分项系数: 1.3 qEAV: 分布竖向地震作用设计值(kN/m2) qEAV=rEqEVk =1.30.26 =0.338kN/m27. 荷载组合计算 考虑三种工况 1.风荷载为主要荷载,组合为(考虑正风荷载、地震荷载、雪荷载、重力荷载): 分为两个方向进行组合: (1).重力方向 Szkg=GAK=0.5kN/m2 Szg =GAKG+SksS+qEVkEE

18、 =0.51.2+0.321.40.7+0.261.30.5 =1.0826kN/m2 (2).垂直于坡面方向 正风荷载计算 Szkp1=Wkp1=0.13972kN/m2 Szp1 =Wkp1w =0.139721.4 =0.195608kN/m2 2.风荷载为主要荷载,组合为(考虑负风荷载、地震荷载、雪荷载、重力荷载): 分为两个方向进行组合: (1).重力方向 Szkg=GAK=0.5kN/m2 Szg =GAKG+SksS+qEVkEE =0.51.2+0.321.40.7+0.261.30.5 =1.0826kN/m2 (2).垂直于坡面方向 负风荷载计算 Szkp2=Wkp2=-0

19、.3493kN/m2 Szp2 =Wkp2w =-0.34931.4 =-0.489019kN/m2 3.雪荷载为主要荷载,组合为(考虑地震荷载、雪荷载、重力荷载): 由于没有风荷载,故只有一个方向的荷载进行组合: Szsk=GAK + Sk =0.5+0.32 =0.82kN/m2 Szs =GAKG+Sks+qEVkEE =0.51.2+0.321.4+0.261.30.5 =1.217kN/m2 4.活荷载为主要荷载,组合为(考虑地震荷载、活荷载、重力荷载): 由于没有风荷载,故只有一个方向的荷载进行组合: Szlk=GAK + Lk =0.5+0.5 =1kN/m2 Szl =GAKG

20、+Lkl+qEVkEE =0.51.2+0.51.4+0.261.30.5 =1.469kN/m2 5.综合上面情况,计算最大面板荷载情况 (1).在正风荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为 标准值Swka = Szkgcos(A)+ Szkp1 =0.572733kN/m2 设计值Swa = Szgcos(A)+ Szp1 =1.13317kN/m2 (2).在负风荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为 标准值Swkb = Szkgcos(A)+ Szkp2 =0.0837131kN/m2 设计值Swb = Szgcos(A)+ Szp2 =0.44854kN/m2

21、 (3).在雪荷载为主要活荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为 标准值:Ssk = Szskcos(A)=0.710141kN/m2 设计值:Ss = Szscos(A)=1.05395kN/m2 (4).在活荷载为主要荷载的情况下,面板所承受的荷载组合值为 标准值:Slk = Szlkcos(A)=0.866025kN/m2 设计值:Sl = Szlcos(A)=1.27219kN/m2 综合上面计算可知,面板强度验算如下: 采用荷载组合标准值为0.866025kN/m2 荷载组合设计值为1.27219kN/m2三、 玻璃计算1. 玻璃面积 B: 该处玻璃幕墙分格宽: 1.54m H: 该

22、处玻璃幕墙分格高: 1.68m A: 该处玻璃板块面积: A=BH =1.541.68 =2.5872m2 2. 玻璃板块自重 :中空夹胶玻璃板块平均自重(不包括铝框): 玻璃的体积密度为: 25.6(kN/m3) (JGJ102-2003 5.3.1) BL_w:中空夹胶玻璃外层玻璃厚度: 6mm BL_z:中空夹胶玻璃中间层玻璃厚度: 6mm BL_n:中空夹胶玻璃内层玻璃厚度: 6mm =25.6 =25.6 =0.4608kN/m23. 玻璃强度计算 选定面板材料为:6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中空夹胶玻璃 校核依据: g q: 玻璃所受组合荷载: 1.27219

23、kN/m2 a: 玻璃短边边长: 1.54m b: 玻璃长边边长: 1.68m to:中空夹胶玻璃外侧玻璃板块厚度: 6mm tm:中空夹胶玻璃中间玻璃板块厚度: 6mm ti:中空夹胶玻璃内侧玻璃板块厚度: 6mm E:玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 m:玻璃板面跨中弯曲系数,按边长比a/b查表6.1.2-1得: 0.0513 :折减系数,根据参数查表6.1.2-2 w:玻璃所受应力: 采用风荷载与地震荷载组合: q=1.27219kN/m2 荷载分配系数计算 当前玻璃结构为6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中空夹胶玻璃,考虑内层夹胶先组合然后与外层中空再组合的原则

24、ten:内层夹胶组合等效厚度 ten= ren:内层夹胶组合分配系数 ren= = ro,rm,ri:外层、中间层、内层玻璃荷载分配系数 ro =1.1 =1.1 =1.1 =0.366667 rm =ren = = =0.333333 ri =ren = = =0.333333 面荷载设计值组合作用下各层玻璃所受的面荷载分别为: qo = ro q = 0.46647kN/m2 qm = rm q = 0.424063kN/m2 qi = ri q = 0.424063kN/m2 面荷载标准值作用下各层玻璃所受的荷载分别为: qko = ro qk = 0.317543kN/m2 qkm =

25、 rm qk = 0.288675kN/m2 qki = ri qk = 0.288675kN/m2 参数计算: 风荷载标准值作用下 o= (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =19.1402 查表6.1.2-2 得o = 0.923439 m= (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =17.4002 查表6.1.2-2 得m = 0.930399 i= (JGJ102-2003 6.1.2-3) = =17.4002 查表6.1.2-2 得i = 0.930399 各层玻璃应力计算: wo=o (JGJ102-2003 6.1.2-1) =0.923439 =8.734

26、52N/mm2 wm=m (JGJ102-2003 6.1.2-1) =8.00032N/mm2 wi=i (JGJ102-2003 6.1.2-1) =8.00032N/mm2 8.73452N/mm2g=28N/mm2 8.00032N/mm2g=28N/mm2 8.00032N/mm2g=28N/mm2 玻璃的强度满足 4. 玻璃跨中挠度计算 校核依据: dfdflim=1000=dflimmm D: 玻璃刚度(Nmm) : 玻璃泊松比: 0.2 E: 玻璃弹性模量 : 72000N/mm2 te:中空夹胶玻璃的等效厚度 当前玻璃结构为6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中

27、空夹胶玻璃,考虑内层夹胶先组合然后与外层中空再组合的原则 ten:内层夹胶组合等效厚度 ten= te =0.95 =0.95 =0.95 =8.22082mm D= = =3.47237e+006Nmm qk: 玻璃所受组合荷载标准值:0.866025kN/m2 : 挠度系数,按边长比a/b查 表6.1.3得: 0.00480333 参数计算: = (JGJ102-2003 6.1.2-3) =109 =14.8122 : 折减系数,根据参数查表6.1.2-2 得 = 0.940751 df: 玻璃组合荷载标准值作用下挠度最大值 df= (JGJ102-2003 6.1.3-2) =0.94

28、0751109 =6.33877mm 6.33877mmdflim=25.6667mm 玻璃的挠度满足四、 单坡面计算1. 单坡面计算基本信息 1)基本信息 单坡面底部长度为6.8m,顶高1.82205m 单坡杆件长度为7.03988m 采用有限元进行分析计算 单坡面计算距离:左边1.68m,右边1.68m 2)杆件断面特性 拱杆件截面材料特性如下: 选定杆件材料类别: 钢-Q235 选用杆件型材名称: I16 型材强度设计值: 215N/mm2 型材弹性模量: E=206000N/mm2 X轴惯性矩: Ix=1126.9cm4 Y轴惯性矩: Iy=93.0488cm4 X轴上部抵抗矩: Wx

29、1=140.862cm3 X轴下部抵抗矩: Wx2=140.862cm3 Y轴左部抵抗矩: Wy1=21.1475cm3 Y轴右部抵抗矩: Wy2=21.1475cm3 型材截面积: A=26.1131cm2 型材计算校核处抗剪壁厚: t=6mm 型材截面面积矩: Ss=80.8326cm3 塑性发展系数: =1.05 3)计算说明 根据荷载规范,由于单坡面特性,计算可以考虑三种工况: 工况一:迎风风荷载为主要活荷载; 工况二:背风风荷载为主要活荷载; 工况三:雪荷载为主要活荷载. 以下则按照这三种工况分别进行计算. 4)节点编号图 5)单元编号图 2. 单坡面工况一计算 1)单坡面的荷载作用

30、简图如下: 2)经过有限元分析,得到相关信息如下: 3)相关受力信息表格如下: 编号 列表条目 123456789b1偏移(m) 0.0000.8801.7602.6403.5204.4005.2806.1607.040弯矩(kN.m) 0.000-5.652-9.689-12.112-12.919-12.112-9.689-5.6520.000(N/mm2) 0.166-38.339-65.593-81.930-87.347-81.930-65.593-38.3390.166剪力(kN) 7.3415.5053.6701.835-0.000-1.835-3.670-5.505-7.341(N

31、/mm2) 8.7766.5824.3882.194-0.000-2.194-4.388-6.582-8.776挠度(mm) 0.000-5.596-10.269-13.342-14.412-13.342-10.269-5.5960.000轴力(N) -1.657-1.243-0.828-0.4140.0000.4140.8281.2431.657 4)拱杆件的应力图如下: 5)支座反力信息如下: 支座编号 X向反力(kN) Y向反力(kN) 转角反力(kN.m)n1-3.5006.662-n2-3.5006.662- 6)最大应力为87.3474N/mm2215N/mm2,满足要求 7)最大

32、位移校核 Dfmax=Leng/2501000 =7.03988/2501000 =28.1595mm 最大位移为14.412mm28.1595mm,满足要求3. 单坡面工况二计算 1)单坡面的荷载作用简图如下: 2)经过有限元分析,得到相关信息如下: 3)相关受力信息表格如下: 编号 列表条目 123456789b1偏移(m) 0.0000.8801.7602.6403.5204.4005.2806.1607.040弯矩(kN.m) 0.000-2.535-4.345-5.432-5.794-5.432-4.345-2.535-0.000(N/mm2) -0.166-17.262-29.462-36.766-39.173-36.766-29.462-17.262-0.166剪力(kN) 3.2922.4691.6460.823-0.000-0.823-1.646-2.469-3.292(N/mm2) 3.9362.9521.9680.984-0.000-0.984-1.968-2.952-3.936挠度(mm) 0.000-1.201-2.204-2.864-3.094-2.864-2.204-1.2010.000轴力(N) -1.657-