门架设计计算书(中咨).doc

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1、广(州)深(圳)沿江高速公路大型可变情报板及标志门架结构设计计算书2008 年 3 月 10 日1一、工程概况广州至深圳沿江高速公路位于珠江三角洲经济发达地区广 州、东莞、深圳，沿狮子洋、伶仃洋东岸，本项目采用设计时速为100km/h 的高速公路标准，双向八车道，路幅宽 41m，桥梁长度占路 线总长度 90%以上。项目所在地区属南亚热带海洋季风气候区，气候 温暖潮湿（年平均气温为 2222.5,相对湿度 7981%），雨量充 沛（年平均降水量 1700mm 以上）；常受热带风暴和台风袭击（年平均 23 次，台风中心风力可达 1112 级），为本地区主要灾害性天气。本设计即为上述广州至深圳沿江高

2、速公路大型可变情报板及标 志门架结构，风荷载为门架结构的主要荷载之一，同时要特别注重门 架结构的防腐蚀设计及施工。二、结构设计采用主要规范1建筑结构荷载规范GB 50009-2001；2钢结构设计规范GB 50017-2003；3建筑抗震设计规范GB 50011-2001；4建筑钢结构焊接技术规程JGJ 81-2002；5钢结构工程施工质量验收规范GB 50205-2001；26建筑结构制图标准GB/T 50105-2001。三、结构计算采用计算机软件中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部，钢结构 CAD 软件“STS”。四、结构计算基本参数1结构的设计使用年限取为 50 年，结构的安全

3、等级取为二 级，结构重要性系数取为 1.0；2钢材采用 Q235-B，并符合 GB/T 700-2006 的规定；焊条采用 E4303 型，并符合 GB/T 5117-1995 的规定；3基本风压取为 w0 =0.75kN/m2;4标志自重 10kN，迎风面积按 4m 高、与路面等宽度计；5大型可变情报板显示 12 个（1m1m）汉字，情报板自重20kN，迎风面积 18m2 ；6其他附属设施荷载：安装检修走道及栏杆自重 0.80kN/m； 安装检修走道活荷载 1.00kN/m；7抗震设防烈度 7 度，设计基本地震加速度值 0.10g。五、计算简图1门架之横梁为桁架结构，按单跨简支桁架设计，桁架

4、节点按 铰接节点计算；如下图所示：3桁架竖向计算简图及荷载桁架水平计算简图及荷载2门架之支架为格构式结构，按悬臂结构设计，支架节点按铰接节点计算；如下图所示：4六、荷载计算(一)风荷载计算风荷载标准值 wk 计算如下：（a）基本风压 w0 =0.75kN/m2；（b）风荷载体型系数 mS =1.30；（c）地面粗糙度类别取为 A 类，迎风面平均高度按 30m 计， 风压高度变化系数 mZ =1.80；（d）风振系数 bZ 的计算为：门架结构的自振周期约为 T1=8s，脉动增大系数 x =4.14;门架结构的平均高度 H 与宽度 B 之比 H/B0.50，脉动影响系数n =0.44;5振型系数

5、jZ =1.0;+风振系数 bZ= 1x njZ mZ= 14.14 0.44 1.0 = 2.01+ 1.80（e）风荷载标准值：wk = bZ mS mZ w0=2.011.301.800.75kN/m2=3.528kN/m2；1标志 34m 桁架（HJ1）风荷载计算桁架跨度 34m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。迎风面积按 4m 高、与路面等宽度计，风荷载由 2 榀水平桁架承受，则每榀桁架每 1 节点风荷载标准值为：W=(3.528kN/m24m1.7m)/2=12.00kN；2标志 21m 桁架（HJ3）风荷载计算桁架跨度 21m，桁架高度(前后弦杆轴线间

6、距)1.5m，节间距离1.5m14。迎风面积按 4m 高、与路面等宽度计，风荷载由 2 榀水平桁架承受，则每榀桁架每 1 节点风荷载标准值为：6W=(3.528kN/m24m1.5m)/2=10.59kN；3情报板 34m 桁架（HJ2）风荷载计算桁架跨度 34m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。每组情报板迎风面积按 18m2 ，桁架考虑安装 2 组情报板， 其风荷载由 1 榀水平桁架（上侧水平桁架）承受；同时考虑桁架自身 产生的风荷载。则桁架每 1 节点风荷载标准值计算如下：（1）由情报板产生的风荷载为W1=(3.528kN/m218m22)/20=6.35kN；

7、（2）由桁架产生的风荷载为W2=3.528kN/m20.30m1.7m=1.80kN；（3）桁架每 1 节点风荷载为W=W1+W2=6.35kN+1.80kN=8.15kN。4情报板 21m 桁架（HJ4）风荷载计算桁架跨度 21m，桁架高度(前后弦杆轴线间距)1.2m，节间距离1.5m14。情报板迎风面积按 18m2 ，其风荷载由 1 榀水平桁架（上侧水平桁架）承受；同时考虑桁架自身产生的风荷载。则桁架每 1 节 点风荷载标准值计算如下：7（1）由情报板产生的风荷载为W1=(3.528kN/m218m2)/14=4.54kN；（2）由桁架产生的风荷载为W2=3.528kN/m20.30m1.

8、5m=1.59kN；（3）桁架每 1 节点风荷载为W=W1+W2=4.54kN+1.59kN=6.13kN。5支架（ZJ1）风荷载计算（1）标志桁架产生的风荷载标志桁架产生的风荷载，分别位于桁架的上弦平面及下弦平面位置处，共 2 处，每处的风荷载标准值为：W1=(3.528kN/m24m34m)/4=120.0kN；（2）由支架产生的风荷载 由支架产生的风荷载，沿支架高度分布，其线荷载计算为： W2=3.528kN/m20.351m=1.24kN/m；(二)竖向荷载(作用)计算8标志自重 10kN，情报板自重 20kN，分别由 1 榀竖向桁架承受；安 装 检 修走 道 及 栏 杆自 重 0.8

9、0kN/m， 安 装 检修走 道 活 荷载 0.50kN/m，分别由 2 榀竖向桁架承受； 结构自重与地震作用由计算软件自动计入参与组合。1.标志 34m 桁架（HJ1）竖向荷载计算桁架跨度 34m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。则桁架每 1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=10kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.18kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.7m)/2=0.85kN;2.标志 21m 桁架（HJ3）竖向荷载计算桁架跨度 21m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.5m14。则桁架每 1 节点竖向荷载标准值为：（

10、1）恒荷载：G=10kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=1.315kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.5m)/2=0.75kN;3.情报板 34m 桁架（HJ2）竖向荷载计算9桁架跨度 34m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.5m，节间距离1.7m20。则桁架每 1 节点竖向荷载标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/20+(0.8kN/m1.7m)/2=1.68kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.7m)/2=0.85kN;4.情报板 21m 桁架（HJ4）竖向荷载计算桁架跨度 21m，桁架高度(上下弦杆轴线间距)1.2m，节间距离1.5m14。则桁架每 1 节点竖向荷载

11、标准值为：（1）恒荷载：G=20kN/14+(0.8kN/m1.5m)/2=2.029kN；（2）活荷载：Q=(1.0kN/m1.5m)/2=0.75kN;5支架（ZJ1）竖向荷载计算（1）恒荷载恒荷载包括标志自重、安装检修走道及栏杆自重、标志桁架自重， 通过桁架作用于 2 榀支架柱顶处，每榀支架共 2 处，每处的恒荷载标 准值 G 计算如下：标志自重 G1=10kN/2=5kN；安装检修走道及栏杆自重 G2=(0.8kN/m)34m/4=7kN；10桁架自重 G3=120kN/4=30kN；G=G1+G2+G3=5kN+7kN+30kN =42kN；（2）活荷载安装检修走道活荷载，通过桁架作

12、用于 2 榀支架柱顶处，每榀支架共 2 处，每处的活荷载标准值 Q 计算如下：Q=(1.0kN/m)34m/4=9kN；七、计算结果及效应组合（一）标志 34m 桁架（HJ1）计算结果及效应组合1风荷载作用下水平桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D18012，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-936kN；最大应力 sj =153N/mm2 ，最大应力比 0.71（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D1026，最大内力 N=-230kN；11端部腹杆最大应力 sj =146N/mm2 ，最大应力比 0.68中部腹杆截面 D895，最大内力 N=-152kN； 中

13、部腹杆最大应力 sj =143N/mm2 ，最大应力比 0.67（3）桁架最大水平位移、最大水平相对位移跨中最大水平位移 91mm；最大水平相对位移 91mm/34000mm=1/374；2竖向荷载作用下竖向桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D18012，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-290kN；最大应力 sj =48N/mm2 ，最大应力比 0.223（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D1026，最大内力 N=-71kN；端部腹杆最大应力 sj =46N/mm2 ，最大应力比 0.214中部腹杆截面 D895，最大内力 N=-44kN；12中部腹杆最大

14、应力 sj =41N/mm2 ，最大应力比 0.191（3）桁架最大竖向位移、最大竖向相对位移跨中最大竖向位移 31mm；最大竖向相对位移 31mm/34000mm=1/1096；3风荷载作用与竖向荷载作用组合计算结果 由于桁架弦杆既是水平桁架的弦杆又兼竖向桁架的弦杆，因此应对风荷载作用与竖向荷载作用效应进行组合；桁架弦杆截面 D18012，其最大内力、最大应力、最大应力比组合值为：最大内力 N=-（936+290）kN=-1226kN；最大应力 sj =201N/mm2 ，最大应力比 0.93（二）情报板 34m 桁架（HJ2）计算结果及效应组合1风荷载作用下水平桁架计算结果（1）桁架弦杆截

15、面 D16810，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-636kN；最大应力 sj =133N/mm2 ，最大应力比 0.6213（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D895，最大内力 N=-156kN；端部腹杆最大应力 sj =143N/mm2 ，最大应力比 0.67中部腹杆截面 D765，最大内力 N=-103kN； 中部腹杆最大应力 sj =130N/mm2 ，最大应力比 0.61（3）桁架最大水平位移、最大水平相对位移跨中最大水平位移 79mm；最大水平相对位移 79mm/34000mm=1/430；2竖向荷载作用下竖向桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D

16、16810，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-297kN；最大应力 sj =62N/mm2 ，最大应力比 0.288（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D895，最大内力 N=-73kN；14端部腹杆最大应力 sj =67N/mm2 ，最大应力比 0.312中部腹杆截面 D765，最大内力 N=-45kN； 中部腹杆最大应力 sj =57N/mm2 ，最大应力比 0.265（3）桁架最大竖向位移、最大竖向相对位移跨中最大竖向位移 40mm；最大竖向相对位移 40mm/34000mm=1/850；3风荷载作用与竖向荷载作用组合计算结果 由于桁架弦杆既是水平桁架

17、的弦杆又兼竖向桁架的弦杆，因此应对风荷载作用与竖向荷载作用效应进行组合；桁架弦杆截面 D16810，其最大内力、最大应力、最大应力比组合值为：最大内力 N=-（636+297）kN=-933kN；最大应力 sj =195N/mm2 ，最大应力比 0.91（三）标志 21m 桁架（HJ3）计算结果及效应组合1风荷载作用下水平桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D1527，其最大内力、最大应力、最大应力比15最大内力 N=-346kN（354kN）；最大应力 sj =113N/mm2 ，最大应力比 0.53（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D835，最大内力 N=-130kN；

18、端部腹杆最大应力 sj =129N/mm2 ，最大应力比 0.60中部腹杆截面 D705，最大内力 N=-99kN（117kN）； 中部腹杆最大应力 sj =138N/mm2 ，最大应力比 0.65（3）桁架最大水平位移、最大水平相对位移最大水平位移 29mm；最大水平相对位移 29mm/21000mm=1/724；2竖向荷载作用下竖向桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D1527，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-91kN（93kN）；最大应力 sj =30N/mm2 ，最大应力比 0.14016（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D835，最大内力 N=-3

19、4kN；端部腹杆最大应力 sj =34N/mm2 ，最大应力比 0.158中部腹杆截面 D705，最大内力 N=-25kN（30kN）； 中部腹杆最大应力 sj =35N/mm2 ，最大应力比 0.163（3）桁架最大竖向位移、最大竖向相对位移最大竖向位移 8mm；最大竖向相对位移 8mm/21000mm=1/2625；3风荷载作用与竖向荷载作用组合计算结果 由于桁架弦杆既是水平桁架的弦杆又兼竖向桁架的弦杆，因此应对风荷载作用与竖向荷载作用效应进行组合；桁架弦杆截面 D1527，其最大内力、最大应力、最大应力比组合值为：最大内力 N=-（346+91）kN=-437kN；最大应力 sj =14

20、3N/mm2 ，最大应力比 0.67（四）情报板 21m 桁架（HJ4）计算结果及效应组合171风荷载作用下水平桁架计算结果（1）桁架弦杆截面 D1407，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-251kN（256kN）；最大应力 sj =90N/mm2 ，最大应力比 0.42（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D705，最大内力 N=-84kN；端部腹杆最大应力 sj =104N/mm2 ，最大应力比 0.48中部腹杆截面 D605，最大内力 N=-65kN（77kN）； 中部腹杆最大应力 sj =115N/mm2 ，最大应力比 0.54（3）桁架最大水平位移、

21、最大水平相对位移最大水平位移 27mm；最大水平相对位移 27mm/21000mm=1/778；2竖向荷载作用下竖向桁架计算结果18（1）桁架弦杆截面 D1407，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-136kN（139kN）；最大应力 sj =48N/mm2 ，最大应力比 0.223（2）桁架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比端部腹杆截面 D705，最大内力 N=-45kN；端部腹杆最大应力 sj =56N/mm2 ，最大应力比 0.261中部腹杆截面 D605，最大内力 N=-34kN（41kN）； 中部腹杆最大应力 sj =60N/mm2 ，最大应力比 0.280（3）桁架最大

22、竖向位移、最大竖向相对位移最大竖向位移 16mm；最大竖向相对位移 16mm/21000mm=1/1312；3风荷载作用与竖向荷载作用组合计算结果 由于桁架弦杆既是水平桁架的弦杆又兼竖向桁架的弦杆，因此应对风荷载作用与竖向荷载作用效应进行组合；桁架弦杆截面 D1407，其最大内力、最大应力、最大应力比组合值为：19最大内力 N=-（251+136）kN=-387kN；最大应力 sj =138N/mm2 ，最大应力比 0.64（五）支架（ZJ1）计算结果1支架在风荷载作用与竖向荷载作用下组合计算结果（1）支架弦杆截面 D35112，其最大内力、最大应力、最大应力比最大内力 N=-1253kN；最

23、大应力 sj =176N/mm2 ，最大应力比 0.82（2）支架腹杆最大内力、最大应力、最大应力比腹杆截面 D1407，最大内力 N=-360kN；腹杆最大应力 sj =131N/mm2 ，最大应力比 0.61（3）支架最大水平位移、最大水平相对位移最大水平位移 14.6mm；最大水平相对位移 14.6mm/8840mm=1/605；2支架柱脚计算20（1）柱脚底板厚度计算柱脚承受最大压力 N=-1429kN=-1429000N；柱脚底板规格 D700mm40mm，底板面积 A=384845mm2 ；柱脚底板与基础之间的最大压应力设计值为：s =N/A=(1429000/384845)(N/

24、mm2)=3.71(N/mm2)柱脚底板按悬臂板计算时其最小厚度的验算：（a）柱脚底板承受的最大弯矩设计值为M=（3.71175175）/2=56810(N-mm/mm)（b）柱脚底板按设置加劲肋计算时其最小厚度为t= 6 56810 / 205 =40(mm)柱脚底板厚度验算刚好满足要求，但柱脚底板仍应按构造要求设置加劲肋并与锚栓错开等间距布置。（2）支架柱脚螺栓（锚栓）计算21柱脚承受的最大拉力 N=1296kN；每 1 柱脚设置 8 个 M45 的锚栓，每个锚栓承受的拉力为：N1=1296kN/8=162kN182kN。锚栓验算满足要求。3支架与桁架连接计算桁架传递于支架顶面每 1 处的

25、水平荷载（风荷载）设计值为： Pw=168000N；桁 架传递 于支架 顶面每 1 处的竖 向荷载 设计值 为： Pv=56000N。支架顶面的（焊缝）连接计算如下：（1）支架顶板与桁架底板之间连接焊缝的计算：焊 缝 有效 长 度Lw=(560mm+400mm) 2=1920mm ， 焊 脚 尺寸 hf=10mm，焊缝的有效面积 S=1920mm（10mm0.7）0.9=12096mm2。 连接焊缝的验算为：PwPv+ =( ) + ( =N mm160(N/mm2)S S1209612096（2）支架顶板与支架立柱之间连接焊缝的计算：焊缝有效长度 Lw=351mm3.14=1102mm，焊脚尺寸 hf=8mm，焊缝的有效面积 S=1102mm（8mm0.7）=6171mm2。连接焊缝的验算为：22PwPv+ =( ) + ( =N mm160(N/mm2)S S61716171（3）桁架底板与桁架端支柱之间连接焊缝的计算：焊缝有效长度 Lw=180mm3.14=565mm，焊脚尺寸 hf=8mm，焊缝的有效面积 S=565mm（8mm0.7）=3164mm2。连接焊缝的验算为：PwPv+ =( ) + ( =N mm160(N/mm2)S S31643164连接焊缝验算满足要求。八、结论从计算结果得知，门架结构安全可靠、满足使用功能要求。23