大型采光頂(陽光房)鋼結構計算書

1、某大型采光頂（陽光房）鋼結構計算書強度計算信息采光頂 設計計算書計算:校核:審核: 目 錄一、風荷載計算錯誤！未定義書簽。強度計算信息采光頂設計計算書一、 計算依據(jù)及說明1. 工程概況說明 工程名稱:工程名稱 工程所在城市:北京 公司地址：北京市通州區(qū)馬駒橋鎮(zhèn)姚辛莊 工程所屬建筑物地區(qū)類別:c類 工程所在地區(qū)抗震設防烈度:9度 工程基本風壓:0.45kn/m2 工程強度校核處標高:10m 2. 設計依據(jù) 建筑結構荷載規(guī)范 gb 50009-2001 (2006年版) 建筑設計防火規(guī)范 gb50016-2006 建筑用不銹鋼絞線 jg/t 200-2007 建筑幕墻 gb/t 21086-200

2、7 建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程 jgj/t151-2008 不銹鋼棒 gb/t 1220-2007 混凝土用膨脹型、擴孔型建筑錨栓 jg 160-2004 鋁合金結構設計規(guī)范 gb50429-2007 建筑陶瓷薄板應用技術規(guī)程 jgj/t172-2009 建筑玻璃采光頂 jg/t 231-2008 建筑抗震設計規(guī)范 gb 50011-2001(2008年版) 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準 gb 50068-2001 鋼結構設計規(guī)范 gb 50017-2003 玻璃幕墻工程技術規(guī)范 jgj 102-2003 塑料門窗工程技術規(guī)程 jgj103-2008 中空玻璃穩(wěn)態(tài)u值（傳熱系數(shù)）的計算和測定

3、gb/t22476-2008 玻璃幕墻工程質量檢驗標準 jgj/t 139-2001 金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范 jgj 133-2001 建筑制圖標準 gb/t 50104-2001 建筑玻璃應用技術規(guī)程 jgj 113-2009 全玻璃幕墻工程技術規(guī)程 dbj/ct 014-2001 點支式玻璃幕墻工程技術規(guī)程 cecs 127:2001 點支式玻幕墻支承裝置 jc 1369-2001 吊掛式玻幕墻支承裝置 jc 1368-2001 建筑結構用冷彎矩形鋼管 jg/t178-2005 建筑用不銹鋼絞線 jg/t200-2007 鋁合金建筑型材 基材 gb/t 5237.1-2008 鋁合金建

4、筑型材 陽極氧化、著色型材 gb/t 5237.2-2008 鋁合金建筑型材 電泳涂漆型材 gb/t 5237.3-2008 鋁合金建筑型材 粉末噴涂型材 gb/t 5237.4-2008 鋁合金建筑型材 氟碳漆噴涂型材 gb/t 5237.5-2008 鋁合金建筑型材 隔熱型材 gb/t 5237.6-2008 建筑幕墻平面內變形性能檢測方法 gb/t 18250-2000 建筑幕墻抗震性能振動臺試驗方法 gb/t 18575-2001 鋁型材截面幾何參數(shù)算法及計算機程序要求 ys/t437-2009 緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱 gb 3098.1-2000 緊固件機械性能 螺母 粗牙

5、螺紋 gb 3098.2-2000 緊固件機械性能 螺母 細牙螺紋 gb 3098.4-2000 緊固件機械性能 自攻螺釘 gb 3098.5-2000 緊固件機械性能 不銹鋼螺栓、螺釘、螺柱 gb 3098.6-2000 緊固件機械性能 不銹鋼 螺母 gb 3098.15-2000 螺紋緊固件應力截面積和承載面積 gb/t 16823.1-1997 搪瓷用冷軋低碳鋼板及鋼帶 gb/t13790-2008 陶瓷板 gb/t23266-2008 建筑幕墻用瓷板 jg/t217-2007 干掛空心陶瓷板 jc/t1080-2008 耐候結構鋼 gb/t4171-2008 平板玻璃 gb11614-

6、2009 浮法玻璃 gb11614.2-2009 夾層玻璃 gb15763.3-2009 中空玻璃 gb/t11944 -2002 鋼化玻璃 gb15763.2-2005 半鋼化玻璃 gb/t17841-2008 鋁及鋁合金軋制板材 gb/t 3880-1997 干掛飾面石材及其金屬掛件 jc83018302-2005 建筑用鋁型材、鋁板氟碳涂層 jc 133-2000 建筑用安全玻璃 防火玻璃 gb 15763.1-2009 混凝土接縫用密封膠 jc/t 881-2001 幕墻玻璃接縫用密封膠 jc/t 882-2001 石材幕墻接縫用密封膠 jc/t 883-2001 中空玻璃用彈性密封膠

7、 jc/t 486-2001 中空玻璃用復合密封膠條 jc/t1022-2007 天然花崗石建筑板材 gb/t18601-2009 鋁合金門窗 gb/t 8478-2008 混凝土結構后錨固技術規(guī)程 jgj 145-2004 公共建筑節(jié)能設計標準 gb 50189-2005 建筑用硬質塑料隔熱條 jg/t 174-2005 建筑用隔熱鋁合金型材 穿條式 jg/t 175-2005 民用建筑能耗數(shù)據(jù)采集標準 jg/t154-2007 建筑外窗氣密、水密、抗風壓性能現(xiàn)場檢測方法 jgj/t211-2007 不銹鋼和耐熱鋼 牌號及化學成份 gb/t20878-2007 百頁窗用鋁合金帶材 ys/t6

8、21-2007 建筑物防雷檢測技術規(guī)范 gb/t21434-2008 混凝土加固設計規(guī)范 gb50367-2006 小單元建筑幕墻 jg/t217-2008 普通裝飾用鋁塑復板 gb/t22412-2008 冷彎型鋼 gb/t6725 -2008 建筑抗震加固技術規(guī)程 jgj/t116-2009 公共建筑節(jié)能改造技術規(guī)范 jgj176-2009 熱軋型鋼 gb/t706 -2008 建筑外門窗保溫性能分級及檢測方法 gb/t8484-2008 建筑鋼結構焊接技術規(guī)程 jgj81-2002 中國地震烈度表 gb/t17742-2008 綠色建筑評價標準 gb/t50378-20063. 基本計算

9、公式(1).場地類別劃分: 根據(jù)地面粗糙度,場地可劃分為以下類別: a類近海面,海島,海岸,湖岸及沙漠地區(qū); b類指田野,鄉(xiāng)村,叢林,丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū); c類指有密集建筑群的城市市區(qū); d類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū); 工程名稱按c類地區(qū)計算風壓(2).風荷載計算: 幕墻屬于薄壁外圍護構件，根據(jù)建筑結構荷載規(guī)范gb50009-2001(2006年版) 7.1.1 采用 風荷載計算公式: = 其中: -作用在幕墻上的風荷載標準值(kn/m2) -瞬時風壓的陣風系數(shù),按建筑結構荷載規(guī)范gb50009-2001(2006年版)取定 根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算:=k(

10、1+2) 其中k為地區(qū)粗糙度調整系數(shù)，f為脈動系數(shù) a類場地: =0.92(1+2) 其中：=0.387()(-0.12) b類場地: =0.89(1+2) 其中：=0.5()(-0.16) c類場地: =0.85(1+2) 其中：=0.734()(-0.22) d類場地: =0.80(1+2) 其中：=1.2248()(-0.3) -風壓高度變化系數(shù),按建筑結構荷載規(guī)范gb50009-2001取定, 根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算: a類場地: =1.379()0.24 b類場地: =()0.32 c類場地: =0.616()0.44 d類場地: =0.318()0.60 本工程屬于c類地

11、區(qū) -風荷載體型系數(shù),按建筑結構荷載規(guī)范gb50009-2001(2006年版)取定 -基本風壓,按全國基本風壓圖,北京地區(qū)取為0.45kn/m2(3).地震作用計算: = 其中: -水平地震作用標準值 -動力放大系數(shù),按 5.0 取定 -水平地震影響系數(shù)最大值,按相應設防烈度取定: 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 北京地區(qū)設防烈度為9度,根據(jù)本地區(qū)的情況,故取=0.16 -幕墻構件的自重(n/m2)(4).荷載組合: 結構設計時，

12、根據(jù)構件受力特點，荷載或作用的情況和產(chǎn)生的應力(內力)作用方向，選用最不利的組合，荷載和效應組合設計值按下式采用： + 各項分別為永久荷載：重力；可變荷載：風荷載、溫度變化；偶然荷載：地震 水平荷載標準值: =+0.5，維護結構荷載標準值不考慮地震組合 水平荷載設計值: q=1.4+0.51.3 荷載和作用效應組合的分項系數(shù),按以下規(guī)定采用: 對永久荷載采用標準值作為代表值，其分項系數(shù)滿足： a.當其效應對結構不利時：對由可變荷載效應控制的組合，取1.2；對有永久荷載效應控制的組合，取1.35 b.當其效應對結構有利時：一般情況取1.0；對結構傾覆、滑移或是漂浮驗算，取0.9 可變荷載根據(jù)設計

13、要求選代表值，其分項系數(shù)一般情況取1.4二、 單坡采光頂荷載計算1. 風荷載標準值計算 wk: 作用在幕墻上的風荷載標準值(kn/m2) z : 計算高度10m z: 10m高處風壓高度變化系數(shù)(按c類區(qū)計算): (gb50009-2001 7.2.1) z=0.616()0.44=0.616 由于0.6160.74,取z=0.74 f: 脈動系數(shù) : (gb50009-2001 7.4.2-8) f=0.535(1.8(0.22-0.16)()-0.22=0.734056 gz: 陣風系數(shù) : (gb50009-2001 7.5.1-1) gz=0.85(1+2f) = 2.0979 a:

14、單坡采光頂屋面坡面角度為30度 當前坡面為封閉式落地單坡屋面 s: 風荷載體型系數(shù),按照(gb50009-2001 7.3.1),按照風向不同分為2種情況,迎風面體型系數(shù)按照坡面角度查表7.3.1取0.2,背風面體型系數(shù)取-0.5 正負向風荷載標準值計算如下 wk1: 迎風風荷載標準值 wk1=gzzslw0 (jgj102-2003 5.3.2) =2.09790.740.20.45 =0.13972 kn/m2 wk2: 背風風荷載標準值 wk2=gzzs2w0 (jgj102-2003 5.3.2) =2.09790.74(-0.5)0.45 =-0.3493 kn/m22. 風荷載設計

15、值計算 w: 風荷載設計值: kn/m2 w : 風荷載作用效應的分項系數(shù)：1.4 按玻璃幕墻工程技術規(guī)范jgj 102-2003 5.1.6條規(guī)定采用 w1=wwk1=1.40.13972=0.195608kn/m2 w2=wwk2=1.4(-0.3493)=-0.489019kn/m2 3. 雪荷載標準值計算 sk: 雪荷載標準值(kn/m2) s0: 基本雪壓,北京50年一遇最大積雪的自重: 0.4kn/m2 根據(jù)現(xiàn)行gb50009-2001取值 r: 屋面積雪分布系數(shù),根據(jù)gb50009-2001屋面積雪分布系數(shù)表6.2.1,按照坡面角度30度,取0.8 根據(jù)gb50009-2001公

16、式6.1.1屋面雪載荷按下式計算 sk=rs0 =0.80.4 =0.32kn/m24. 雪荷載設計值計算 s: 雪載荷設計值(kn/m2) s: 雪載荷分項系數(shù)為 1.4 s=ssk =1.40.32 =0.448kn/m25. 自重荷載設計值 g:構件自重荷載設計值(kn/m2) wgt:幕墻面板和構件平均平米重量取0.5 kn/m2 gak:構件自重荷載標準值(kn/m2) rg: 恒載荷分項系數(shù)為 1.2 gak=wgt=0.5kn/m2 g=rggak =1.20.5 =0.6kn/m26. 豎向均布地震作用計算 gk:重力荷載代表值取結構自重值(kn/m2) gk=gak =0.5

17、kn/m2 vmax: 豎向地震影響系數(shù)最大值:0.104 qevk: 分布豎向地震作用標準值(kn/m2) qevk=evmaxgk (jgj102-2003 5.3.4) =50.1040.5 =0.26kn/m2 re: 地震作用分項系數(shù): 1.3 qeav: 分布豎向地震作用設計值(kn/m2) qeav=reqevk =1.30.26 =0.338kn/m27. 荷載組合計算 考慮三種工況 1.風荷載為主要荷載,組合為(考慮正風荷載、地震荷載、雪荷載、重力荷載): 分為兩個方向進行組合: (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 正風荷載計算 szkp1=wkp1=0.13972kn/m2 szp1 =wkp1w =0.139721.4 =0.195608kn/m2 2.風荷載為主要荷載,組合為(考慮負風荷載、地震荷載、雪荷載、重力荷載): 分為兩個方向進行組合: (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 負風荷載計算 szkp2=wkp2=-0

19、.3493kn/m2 szp2 =wkp2w =-0.34931.4 =-0.489019kn/m2 3.雪荷載為主要荷載,組合為(考慮地震荷載、雪荷載、重力荷載): 由于沒有風荷載,故只有一個方向的荷載進行組合: 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.活荷載為主要荷載,組合為(考慮地震荷載、活荷載、重力荷載): 由于沒有風荷載,故只有一個方向的荷載進行組合: 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.綜合上面情況,計算最大面板荷載情況 (1).在正風荷載為主要活荷載的情況下,面板所承受的荷載組合值為 標準值swka = szkgcos(a)+ szkp1 =0.572733kn/m2 設計值swa = szgcos(a)+ szp1 =1.13317kn/m2 (2).在負風荷載為主要活荷載的情況下,面板所承受的荷載組合值為 標準值swkb = szkgcos(a)+ szkp2 =0.0837131kn/m2 設計值swb = szgcos(a)+ szp2 =0.44854kn/m2

21、 (3).在雪荷載為主要活荷載的情況下,面板所承受的荷載組合值為 標準值:ssk = szskcos(a)=0.710141kn/m2 設計值:ss = szscos(a)=1.05395kn/m2 (4).在活荷載為主要荷載的情況下,面板所承受的荷載組合值為 標準值:slk = szlkcos(a)=0.866025kn/m2 設計值:sl = szlcos(a)=1.27219kn/m2 綜合上面計算可知,面板強度驗算如下: 采用荷載組合標準值為0.866025kn/m2 荷載組合設計值為1.27219kn/m2三、 玻璃計算1. 玻璃面積 b: 該處玻璃幕墻分格寬: 1.54m h: 該

22、處玻璃幕墻分格高: 1.68m a: 該處玻璃板塊面積: a=bh =1.541.68 =2.5872m2 2. 玻璃板塊自重 :中空夾膠玻璃板塊平均自重(不包括鋁框): 玻璃的體積密度為: 25.6(kn/m3) (jgj102-2003 5.3.1) bl_w:中空夾膠玻璃外層玻璃厚度: 6mm bl_z:中空夾膠玻璃中間層玻璃厚度: 6mm bl_n:中空夾膠玻璃內層玻璃厚度: 6mm =25.6 =25.6 =0.4608kn/m23. 玻璃強度計算 選定面板材料為:6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中空夾膠玻璃 校核依據(jù): g q: 玻璃所受組合荷載: 1.27219

23、kn/m2 a: 玻璃短邊邊長: 1.54m b: 玻璃長邊邊長: 1.68m to:中空夾膠玻璃外側玻璃板塊厚度: 6mm tm:中空夾膠玻璃中間玻璃板塊厚度: 6mm ti:中空夾膠玻璃內側玻璃板塊厚度: 6mm e:玻璃彈性模量 : 72000n/mm2 m:玻璃板面跨中彎曲系數(shù),按邊長比a/b查表6.1.2-1得: 0.0513 :折減系數(shù),根據(jù)參數(shù)查表6.1.2-2 w:玻璃所受應力: 采用風荷載與地震荷載組合: q=1.27219kn/m2 荷載分配系數(shù)計算 當前玻璃結構為6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中空夾膠玻璃,考慮內層夾膠先組合然后與外層中空再組合的原則

24、ten:內層夾膠組合等效厚度 ten= ren:內層夾膠組合分配系數(shù) ren= = ro,rm,ri:外層、中間層、內層玻璃荷載分配系數(shù) ro =1.1 =1.1 =1.1 =0.366667 rm =ren = = =0.333333 ri =ren = = =0.333333 面荷載設計值組合作用下各層玻璃所受的面荷載分別為: qo = ro q = 0.46647kn/m2 qm = rm q = 0.424063kn/m2 qi = ri q = 0.424063kn/m2 面荷載標準值作用下各層玻璃所受的荷載分別為: qko = ro qk = 0.317543kn/m2 qkm =

25、 rm qk = 0.288675kn/m2 qki = ri qk = 0.288675kn/m2 參數(shù)計算: 風荷載標準值作用下 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 各層玻璃應力計算: 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 玻璃的強度滿足 4. 玻璃跨中撓度計算 校核依據(jù): dfdflim=1000=dflimmm d: 玻璃剛度(nmm) : 玻璃泊松比: 0.2 e: 玻璃彈性模量 : 72000n/mm2 te:中空夾膠玻璃的等效厚度 當前玻璃結構為6(浮法)+12+6(浮法)+1.14+6(浮法)中

27、空夾膠玻璃,考慮內層夾膠先組合然后與外層中空再組合的原則 ten:內層夾膠組合等效厚度 ten= te =0.95 =0.95 =0.95 =8.22082mm d= = =3.47237e+006nmm qk: 玻璃所受組合荷載標準值:0.866025kn/m2 : 撓度系數(shù),按邊長比a/b查 表6.1.3得: 0.00480333 參數(shù)計算: = (jgj102-2003 6.1.2-3) =109 =14.8122 : 折減系數(shù),根據(jù)參數(shù)查表6.1.2-2 得 = 0.940751 df: 玻璃組合荷載標準值作用下?lián)隙茸畲笾?df= (jgj102-2003 6.1.3-2) =0.94

28、0751109 =6.33877mm 6.33877mmdflim=25.6667mm 玻璃的撓度滿足四、 單坡面計算1. 單坡面計算基本信息 1)基本信息 單坡面底部長度為6.8m,頂高1.82205m 單坡桿件長度為7.03988m 采用有限元進行分析計算 單坡面計算距離:左邊1.68m,右邊1.68m 2)桿件斷面特性 拱桿件截面材料特性如下: 選定桿件材料類別: 鋼-q235 選用桿件型材名稱: i16 型材強度設計值: 215n/mm2 型材彈性模量: e=206000n/mm2 x軸慣性矩: ix=1126.9cm4 y軸慣性矩: iy=93.0488cm4 x軸上部抵抗矩: wx

29、1=140.862cm3 x軸下部抵抗矩: wx2=140.862cm3 y軸左部抵抗矩: wy1=21.1475cm3 y軸右部抵抗矩: wy2=21.1475cm3 型材截面積: a=26.1131cm2 型材計算校核處抗剪壁厚: t=6mm 型材截面面積矩: ss=80.8326cm3 塑性發(fā)展系數(shù): =1.05 3)計算說明 根據(jù)荷載規(guī)范,由于單坡面特性,計算可以考慮三種工況: 工況一:迎風風荷載為主要活荷載; 工況二:背風風荷載為主要活荷載; 工況三:雪荷載為主要活荷載. 以下則按照這三種工況分別進行計算. 4)節(jié)點編號圖 5)單元編號圖 2. 單坡面工況一計算 1)單坡面的荷載作用

30、簡圖如下: 2)經(jīng)過有限元分析,得到相關信息如下: 3)相關受力信息表格如下: 編號 列表條目 123456789b1偏移(m) 0.0000.8801.7602.6403.5204.4005.2806.1607.040彎矩(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撓度(mm) 0.000-5.596-10.269-13.342-14.412-13.342-10.269-5.5960.000軸力(n) -1.657-1.243-0.828-0.4140.0000.4140.8281.2431.657 4)拱桿件的應力圖如下: 5)支座反力信息如下: 支座編號 x向反力(kn) y向反力(kn) 轉角反力(kn.m)n1-3.5006.662-n2-3.5006.662- 6)最大應力為87.3474n/mm2215n/mm2,滿足要求 7)最大

32、位移校核 dfmax=leng/2501000 =7.03988/2501000 =28.1595mm 最大位移為14.412mm28.1595mm,滿足要求3. 單坡面工況二計算 1)單坡面的荷載作用簡圖如下: 2)經(jīng)過有限元分析,得到相關信息如下: 3)相關受力信息表格如下: 編號 列表條目 123456789b1偏移(m) 0.0000.8801.7602.6403.5204.4005.2806.1607.040彎矩(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)