钢结构雨篷设计计算书1令狐文艳2基本参数2.1雨篷所在地区：苏州地区；2.2地面粗糙度分类等级：按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)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B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、连接件、附件等的自重，可以按照400N/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，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：S k+=1.35G k+0.6×1.4w k+0.7×1.4S k(或Q k)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：S k+=1.2G k+1.4×w k+0.7×1.4S k(或Q k)B：考虑负风压时：按下面公式进行荷载组合： S k-=1.0G k+1.4w k3.2风荷载标准值计算：按建筑结构荷载规范(GB50009-2012)计算：w k+=βgzμzμs1+w0……7.1.1-2[GB50009-2012 2006年版]w k-=βgzμzμs1-w0上式中：w k+：正风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)；w k-：负风压下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)；Z：计算点标高：4m；βgz：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)：βgz=K(1+2μf)其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数A类场地：βgz=0.92×(1+2μf) 其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12B类场地：βgz=0.89×(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)-0.16C类场地：βgz=0.85×(1+2μf) 其中：μ-0.22f=0.734(Z/10)D类场地：βgz=0.80×(1+2μf) 其中：μ-0.3f=1.2248(Z/10)对于B类地形，5m高度处瞬时风压的阵风系数：βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.8844μz：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：μz=1.379×(Z/10)0.24当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；B类场地：μz=(Z/10)0.32当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；C类场地：μz=0.616×(Z/10)0.44当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；D类场地：μz=0.318×(Z/10)0.60当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于B类地形，5m高度处风压高度变化系数：μz=1.000×(Z/10)0.32=1μs1：局部风压体型系数，对于雨篷结构，按规范，计算正风压时，取μs1+=2；计算负风压时，取μs1-=-2.0；另注：上述的局部体型系数μs1(1)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μs1(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μs1(A)可按面积的对数线性插值，即：μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA在上式中：当A≥10m2时取A=10m2；当A≤1m2时取A=1m2；w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012附表 D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，苏州地区取0.00045MPa；(1)计算构件的风荷载标准值：构件的从属面积：A=3×1.5=4.5m2LogA=0.653μsA1+(A)=μs1+(1)+[μs1+(10)-μs1+(1)]logA=1.739μsA1-(A)=μs1-(1)+[μs1-(10)-μs1-(1)]logA =1.739w kA+=βgzμzμsA1+w0=1.8844×1×1.739×0.00045=0.001474MPaw kA-=βgzμzμsA1-w0=1.8844×1×1.739×0.00045=0.001474MPa(2)计算面板部分的风荷载标准值：面板构件的从属面积：A=1.5×1.5=2.25m2LogA=0.352μsB1+(A)=μs1+(1)+[μs1+(10)-μs1+(1)]logA =1.859μsB1-(A)=μs1-(1)+[μs1-(10)-μs1-(1)]logA =1.859w kB+=βgzμzμsB1+w0=1.8844×1×1.859×0.00045=0.001576MPaw kB-=βgzμzμsB1-w0=1.8844×1×1.859×0.00045=0.001576MPa3.3风荷载设计值计算：w A+：正风压作用下作用在雨篷上的风荷载设计值(MPa)； w kA+：正风压作用下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； w A-：负风压作用下作用在雨篷上的风荷载设计值(MPa)；w kA-：负风压作用下作用在雨篷上的风荷载标准值(MPa)； w A+=1.4×w kA+=1.4×0.001802=0.002523MPaw A-=1.4×w kA-=1.4×0.001802=0.002523MPaw B+：正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载设计值(MPa)；w kB+：正风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa)；w B-：负风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载设计值(MPa)；w kB-：负风压作用下作用在雨篷玻璃上的风荷载标准值(MPa)；w B+=1.4×w kB+=1.4×0.001927=0.002698MPaw B-=1.4×w kB-=1.4×0.001927=0.002698MPa3.4雪荷载标准值计算：S k：作用在雨篷上的雪荷载标准值(MPa)S0：基本雪压，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012取值，苏州地区50年一遇最大积雪的自重：0.0002MPa.μr：屋面积雪分布系数，按表6.2.1，为2.0。
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2012公式 6.1.1屋面雪荷载标准值为：S k=μr×S0=2.0×0.0002=0.0004MPa3.5雪荷载设计值计算：S：雪荷载设计值(MPa)；S=1.4×S k=1.4×0.0004=0.00056MPa3.6雨篷面活荷载设计值：Q：雨篷面活荷载设计值(MPa)；Q k：雨篷面活荷载标准值取：500N/m2Q=1.4×Q k=1.4×500/1000000=0.0007MPa因为S k≤Q k，所以计算时活荷载参与正压组合！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)；G k：雨篷结构平均自重取0.0004MPa；因为G k与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以：G+=1.2×G k=1.2×0.0004=0.00048MPaG-=G k=0.0004MPa3.8选取计算荷载组合：(1)正风压的荷载组合计算：S kA+：正风压作用下的荷载标准值组合(MPa)；S A+：正风压作用下的荷载设计值组合(MPa)；S kA+=G k+w kA++0.7Q k=0.002552MPaS A+=G++w A++0.7Q=0.003493MPaS kB+：正风压作用下的玻璃的荷载标准值组合(MPa)； S B+：正风压作用下的玻璃的荷载设计值组合(MPa)；S kB+=G k+w kB++0.7Q k=0.002677MPaS B+=G++w B++0.7Q=0.003668MPa(2)负风压的荷载组合计算：S kA-：负风压作用下的荷载标准值组合(MPa)；S A-：负风压作用下的荷载设计值组合(MPa)；S kA-=G k+w kA-=0.001402MPaS A-=G-+w A-=1.0G k+1.4w kA-=0.002123MPaS kB-：负风压作用下的玻璃的荷载标准值组合(MPa)；S B-：负风压作用下的玻璃的荷载设计值组合(MPa)；S kB-=G k+w kB-=0.001527MPaS B-=G-+w B-=1.0G k+1.4w kB-=0.002298MPa(3)最不利荷载选取：S kA：作用在构件上的最不利荷载标准值组合(MPa)；S A：作用在构件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)： S kA=0.002552MPaS A=0.003493MPaS kB：作用在玻璃上的最不利荷载标准值组合(MPa)；S B：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)：S kB=0.002677MPaS B=0.003668MPa4雨篷杆件计算基本参数：1：计算点标高：4m；2：力学模型：悬臂梁；3：荷载作用：均布荷载(无拉杆作用)；4：悬臂总长度：L=1500mm6：分格宽度：B=1250mm7：悬臂梁用200*200*8*10 T型钢，材质：Q235；8：埋板用300*250*12mm厚钢板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)荷载集度计算：q k：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)；S k：组合荷载标准值(MPa)；S：组合荷载设计值(MPa)；B：分格宽度(mm)；q k=S k B=0.002552×1500=3.828N/mmq=SB=0.003493×1500=5.24N/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/EAE：材料的弹性模量，为206000MPa；4.2选用材料的截面特性：(1)悬臂的截面特性：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=15260000mm4；主力方向截面抵抗矩：W=181000mm3；塑性发展系数：γ=1.05；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：N L/A+M max/γW≤f上式中：N L：梁受到的轴力(N)；A：梁的截面面积(mm3)；M max：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：N L=Pctgα=13551.688NN L/A+M max/γW=13551.688/2867+4031812.5/1.05/181000=25.941MPa≤215MPa悬臂梁抗弯强度满足要求。