沧浪新城消防站--大队办公楼玻璃雨篷
设计计算书
设计：
校对：
审核：
批准：
江苏鑫宇装饰有限公司
二〇〇九年三月八日
目录
1 计算引用的规范、标准及资料1
1.1 幕墙设计规范：1
1.2 建筑设计规范：1
1.3 铝材规范：2
1.4 金属板及石材规范：2
1.5 玻璃规范：3
1.6 钢材规范：3
1.7 胶类及密封材料规范：4
1.8 门窗及五金件规范：4
1.9 相关物理性能等级测试方法：5
1.10 《建筑结构静力计算手册》(第二版)6
1.11 土建图纸：6
2 基本参数6
2.1 雨篷所在地区：6
2.2 地面粗糙度分类等级：6
3 雨篷荷载计算6
3.1 玻璃雨篷的荷载作用说明：6
3.2 风荷载标准值计算：7
3.3 风荷载设计值计算：8
3.4 雪荷载标准值计算：9
3.5 雪荷载设计值计算：9
3.6 雨篷面活荷载设计值：9
3.7 雨篷构件恒荷载设计值：9
3.8 选取计算荷载组合：10
4 雨篷杆件计算11
4.1 结构的受力分析：11
4.2 选用材料的截面特性：12
4.3 梁的抗弯强度计算：12
4.4 拉杆的抗拉(压)强度计算：13
4.5 梁的挠度计算：13
5 雨篷焊缝计算14
5.1 受力分析：14
5.2 焊缝校核计算：14
6 玻璃的选用与校核15
6.1 玻璃板块荷载组合计算：15
6.2 玻璃板块荷载分配计算：16
6.3 玻璃的强度计算：17
6.4 玻璃最大挠度校核：18
7 雨篷埋件计算(土建预埋)18
7.1 校核处埋件受力分析：18
7.2 埋件计算：19
8 附录 常用材料的力学及其它物理性能20
(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
=0.001424MPa
SA+=G++wA++0.7S
=0.001894MPa
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
=0.001436MPa
SB+=G++wB++0.7S
=0.00191MPa
(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-
=0.000957MPa
SA-=G-+wA-
=1.0Gk+1.4wkA-
=0.00154MPa
SkB-：负风压作用下的玻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-
=0.001004MPa
SB-=G-+wB-
=1.0Gk+1.4wkB-
=0.001606MPa
(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=0.001424MPa
SA=0.001894MPa
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，选最不利因素(正风压情况下出现)：
SkB=0.001436MPa
SB=0.00191MPa
基本参数：
1：计算点标高：4.05m；
2：力学模型：悬臂梁；
3：荷载作用：均布荷载(有拉杆作用)；
4：悬臂总长度：L=2870mm，受力模型图中a=590mm，b=2280mm；
5：拉杆截面面积：442.9mm2
6：分格宽度：B=2100mm；
7：玻璃板块配置：夹层玻璃10+10mm；
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：
(1)荷载集度计算：
qk：组合荷载作用下的线荷载集度标准值(按矩形分布)(N/mm)；
q：组合荷载作用下的线荷载集度设计值(按矩形分布)(N/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)；
qk=SkB
=0.001424×2100
=2.99N/mm
q=SB
=0.001894×2100
=3.977N/mm
(2)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)；
qL4(3-4a/L+(a/L)4)/24EI-Pb3/3EI=PL拉杆/EA
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=qL4A(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L拉杆I)
=6141.379N
拉杆的轴向作用力为：
N=P/sinα
=19883.667N
(3)雨篷杆件截面最大弯矩处(距悬臂端距离为x处)的弯矩设计值计算：
Mmax：悬臂梁最大弯矩设计值(N·mm)；
x：距悬臂端距离为x处(最大弯矩处)；
q：组合荷载作用下的线荷载集度设计值(按矩形分布)(N/mm)；
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=2870mm
|Mmax|=|P(x-a)-qx2/2|
=2376731.53N·mm
(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=5738800mm4；
主力方向截面抵抗矩：W=108990mm3；
塑性发展系数：γ=1.05；
(2)拉杆杆件的截面特性：
拉杆的截面面积：A=442.9mm2；
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；
抗弯强度应满足：
NL/A+Mmax/γW≤f
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(N·mm)；
W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)；
γ：塑性发展系数，取1.05；
f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；
则：
NL=Pctgα
=18911.469N
NL/A+Mmax/γW=18911.469/1802+2376731.53/1.05/108990
=31.263MPa≤215MPa
悬臂梁抗弯强度满足要求。
校核依据：
对于受拉杆件，校核：N/A≤f
对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：N/φA≤f
其中：
φ：轴心受压柱的稳定系数，查表6.3.8[102-2003]及表C.2[GB50017-2003]取值；
i：截面回转半径，i=(I/A)0.5；
λ：构件的长细比，不宜大于250，λ=L/i；
因为风荷载是正风压荷载，所以，拉杆是承受拉力的。
校核依据：
N/A≤215MPa
N/A=19883.667/442.9
=44.894MPa≤215MPa
拉杆的抗拉强度满足要求。
主梁的最大挠度可能在2点出现，其一是C点，另一点可能在AB段之间，下面分别计算：
(1)C点挠度的验算：
dfp：集中力作用下的C点挠度(mm)；
dfq：均布荷载作用下的C点挠度(mm)；
dfc：组合荷载作用下的C点挠度(mm)；
dfp=Pb2L(3-b/L)/6EI
=28.49mm
dfq=qL4/8EI
=28.53mm
dfc=|dfp-dfq|
=|28.49-28.53|
=0.04mm
df,lim：按规范要求，悬臂杆件的挠度限值(mm)；
df,lim=2L/250=22.96mm
dfc=0.04mm≤df,lim=22.96mm
悬臂梁杆件C点的挠度满足要求!
(2)AB段最大挠度的验算：
dfx：悬臂梁AB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=1452mm
dfx=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3×(2-3(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI|
=0.469mm
dfx=0.469mm≤df,lim=22.96mm
悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求!
基本参数：
1：焊缝高度：hf=6mm；
2：焊缝有效截面抵抗矩：W=76970mm3；
3：焊缝有效截面积：A=2532.4mm2；
V：固端剪力(N)；
NL：轴力(mm)，拉为正、压为负；
M：固端弯矩(N·mm)；
|V|=|P-qL|
=|6141.379-3.977×2870|
=5272.611N
NL=18911.469N
|M|=|Pb-qL2/2|
=2376731.53N·mm
校核依据：
((σf/βf)2+τf2)0.5≤ffw 7.1.3-3[GB50017-2003]
上式中：
σf：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)；
βf：正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；
τf：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(MPa)；
((σf/βf)2+τf2)0.5
=((M/1.22W+NL/1.22A)2+(V/A)2)0.5
=((2376731.53/1.22/76970+18911.469/1.22/2532.4)2+(5272.611/2532.4)2)0.5
=31.5MPa
31.5MPa≤ffw=160MPa
焊缝强度能满足要求。
基本参数：
1：计算点标高：4.05m；
2：玻璃板尺寸：宽×高=B×H=2100mm×2100mm；
3：玻璃配置：夹层玻璃，夹层玻璃：10+10mm；上片钢化玻璃，下片钢化玻璃；
模型简图为：
(1)玻璃板块自重：
Gk：玻璃板块自重标准值(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)；
γg：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=γg(t1+t2)
=25.6/1000000×(10+10)
=0.000512MPa
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+=1.2×Gk
=1.2×0.000512
=0.000614MPa
G-=Gk
=0.000512MPa
(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
=0.001448MPa
S+=G++w++0.7S
=0.001924MPa
(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-
=0.000992MPa
S-=G-+w-
=1.0Gk+1.4wk-
=0.001594MPa
(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=0.001448MPa
S=0.001924MPa
Sk：最不利荷载标准值组合(MPa)；
S：最不利荷载设计值组合(MPa)；
t1：上片玻璃厚度(mm)；
t2：下片玻璃厚度(mm)；
Sk1：分配到上片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
S1：分配到上片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
Sk2：分配到下片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
S2：分配到下片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
Sk1=Skt13/(t13+t23)
=0.001448×103/(103+103)
=0.000724MPa
S1=St13/(t13+t23)
=0.001924×103/(103+103)
=0.000962MPa
Sk2=Skt23/(t13+t23)
=0.001448×103/(103+103)
=0.000724MPa
S2=St23/(t13+t23)
=0.001924×103/(103+103)
=0.000962MPa
校核依据：σ≤[fg]
(1)上片校核：
θ1：上片玻璃的计算参数；
η1：上片玻璃的折减系数；
Sk1：作用在上片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t1：上片玻璃厚度(mm)；
θ1=Sk1a4/Et14 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000724×18504/72000/104
=11.779
按系数θ1，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η1=0.953；
σ1：上片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
S1：作用在幕墙上片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
t1：上片玻璃厚度(mm)；
m1：上片玻璃弯矩系数, 查表得m1=0.1491；
σ1=6m1S1a2η1/t12
=6×0.1491×0.000962×18502×0.953/102
=28.07MPa
28.07MPa≤fg1=42MPa(钢化玻璃)
上片玻璃的强度满足!
(2)下片校核：
θ2：下片玻璃的计算参数；
η2：下片玻璃的折减系数；
Sk2：作用在下片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t2：下片玻璃厚度(mm)；
θ2=Sk2a4/Et24 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000724×18504/72000/104
=11.779
按系数θ2，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η2=0.953
σ2：下片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
S2：作用在幕墙下片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
a：支撑点间玻璃面板长边边长(mm)；
t2：下片玻璃厚度(mm)；
m2：下片玻璃弯矩系数, 查表得m2=0.1491；
σ2=6m2S2a2η2/t22
=6×0.1491×0.000962×18502×0.953/102
=28.07MPa
28.07MPa≤fg2=42MPa(钢化玻璃)
下片玻璃的强度满足!
校核依据：
df=ημSka4/D≤df,lim ……6.1.3-2[JGJ102-2003]
上面公式中：
df：玻璃板挠度计算值(mm)；
η：玻璃挠度的折减系数；
μ：玻璃挠度系数，查表得μ=0.02235；
D：玻璃的弯曲刚度(N·mm)；
df,lim：许用挠度，取支撑点间玻璃面板长边边长的60，为30.833mm；
其中：
D=Ete3/(12(1-υ2)) ……6.1.3-1[JGJ102-2003]
上式中：
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
te：玻璃的等效厚度(mm)；
υ：玻璃材料泊松比，为0.2；
te=(t13+t23)1/3 ……6.1.4-5[JGJ102-2003]
=(103+103)1/3
=12.599mm
D=Ete3/(12(1-υ2))
=72000×12.5993/(12×(1-0.22))
=12499373.486N·mm
θ：玻璃板块的计算参数；
θ=Ska4/Ete4 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.001448×18504/72000/12.5994
=9.3493
按参数θ，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η=0.965
df=ημSka4/D
=0.965×0.02235×0.001448×18504/12499373.486
=29.267mm
29.267mm≤df,lim=30.833mm
玻璃的挠度能满足要求!
V：剪力设计值(N)；
N：轴向拉(压)力设计值(N)，本处为轴向压力；
M：根部弯矩设计值(N·mm)；
根据前面的计算，得：
N=18911.469N
V=5272.611N
M=2376731.53N·mm
校核依据，根据JGJ102-2003的规定，锚筋的总截面面积需要同时满足以下条件：
(1)当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时 ，应同时满足下面的条件：
a：AS≥V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz C.0.1-1[JGJ102-2003]
b：AS≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyz C.0.1-2[JGJ102-2003]
(2)当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应同时满足下面的条件：
c：AS≥(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3arabfyz C.0.1-3[JGJ102-2003]
d：AS≥(M-0.4Nz)/0.4arabfyz C.0.1-4[JGJ102-2003]
其中：
AS：锚筋的总截面面积(mm2)；
V：剪力设计值(N)；
N：法向拉力或压力设计值(N)，压力设计值不应该大于0.5fcA，此处A为锚板的面积；N=18911.469N≤0.5fcA=357000N，满足规范要求；
M：弯矩设计值(N·mm)；
ar：钢筋层数影响系数，二层取1.0，三层取0.9，四层取0.85；
av：钢筋受剪承载力系数，不大于0.7；
fy：锚筋抗拉强度设计值(MPa)，按[GB50010]选取，但不大于300MPa；
ab：锚板弯曲变形折减系数；
z：沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离(mm)；
另外：
d：锚筋直径(mm)；
t：锚板厚度(mm)；
n：锚筋总数量；
fc：混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)，按[GB50010]选取；
av=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5 C.0.1-5[JGJ102-2003]
=(4.0-0.08×12)×(11.9/210)0.5
=0.724 因为av>0.7,所以取0.7
ab=0.6+0.25t/d C.0.1-6[JGJ102-2003]
=0.6+0.25×8/12
=0.767
AS=nπd2/4
=4×3.14×122/4
=452.16mm2
(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3arabfyz
=64.335mm2≤AS=452.16mm2
(M-0.4Nz)/0.4arabfyz
=217.95mm2≤AS=452.16mm2
所以，预埋件锚筋总截面积可以满足承载力要求。
联系客服
