钢雨棚计算书.doc

钢结构雨棚设计计算书
一、计算依据：
1.《建筑结构荷载规范》
2．《钢结构设计规范》GB50017-2023
3．《玻璃幕墙工程技术规范》
4．《建筑抗震设计规范》
二、计算基本参数:
1．本工程位于深圳市，基本风压ω0=0.700(kN/m2)，考虑到结构的重要性,按50年
一遇考虑乘以系数1.1，故本工程基本风压ω=1.1x0.7=0.77(kN/m2)。
2. 地面粗糙度类别按C类考虑，风压高度变化系数取5.0米处（标高最高处），查下页表1-1知，该处风压高度变化系数为：mz=0.74。依据《玻璃幕墙工程技术规范》，风荷载体形系数，对于挑檐风荷载向上取μs=2.0，瞬时风压的阵风系数βz=2.25 。
3. 本工程耐火等级一级，抗震设防七度。

三、结构受力分析
该处雨棚是以钢架作为承重结构的悬臂体系。

四、设计荷载拟定原则:
作用于垂直雨棚平面的荷载重要是风荷载、地震作用及雨棚结构自重，其中风荷载引起的效应最大。
在进行雨棚构件、连接件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值。

1、风荷载
根据《玻璃幕墙工程技术规范》，垂直于雨棚平面上的风荷载标准值，按下列公式(1.1)计算：
W k = bz ms mz Wo ················(1.1)
式中: W k ---风荷载标准值 (kN/m2)；
bz---瞬时风压的阵风系数；βz=2.25
ms---风荷载体型系数；向上取μs=2.0
mz---风荷载高度变化系数，并与建筑的地区类别有关；按《建筑结构荷载规范》GBJ9-87取值；
W o---基本风压(kN/m2) 按《技术规定》W o =1.1x0.700=0.770(kN/m2)
按《玻璃幕墙工程技术规范》规定，进行建筑幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，风
荷载分项系数应取γw= 1.4
表1-1
高度(m)
mz(C类)
5
0.74
10
0.74
15
0.74
20
0.85

即风荷载设计值为：
W= γWWK = 1.4W K ··············(1.2)

2、地震作用
雨棚平面外地震作用标准值计算公式如下：
qEK = ·················(1.3)
雨棚平面内地震作用标准值计算公式如下：
PE = ·················(1.4)
式中, qEK为垂直雨棚平面的分布地震作用；(kN/m2)
PE为平行于雨棚平面的集中地震作用；(kN)
bE为地震动力放大系数；取bE=3.0
amax为水平地震影响系数最大值；取amax=0.08（7度抗震设计）
G为幕墙结构自重(kN)
为单位面积的幕墙结构自重(kN/m2) ；取=0.4kN/m2
按规范规定，地震作用的分项系数取γE= 1.3，即地震作用设计值为：
qE=γEqEK = 1.3 qEK ·············(1.5)

3、雨棚结构自重
按规范规定，幕墙结构自重的分项系数取γG=1.2。

4、荷载组合
按规范规定对作用于雨棚同一方向上的各种荷载应作最不利组合。对垂直于雨棚平面上的荷载，其最不利荷载组合为：
WK合=1.0 WK + 0.6 qEK - 1.0qGk ·············(1.6)
W合=1.0 W + 0.6 qE - 1.0qG ·············(1.7)
其中, WK合为组合荷载的标准值(kN/m2)；
W合 为组合荷载的设计值(kN/m2)。

五 、计算部位的选取及荷载的拟定
该雨棚最不利位置为标高5.0m处，按该处雨棚的平面布置，取出一个纵向的计算单元，如图一阴影部分所示。
1. 水平荷载
该雨棚可以简化为一悬臂板，故可以忽略水平方向的荷载。
2. 竖直荷载
2.1恒荷载
雨棚结构自重: qGK=0.4KN/m2
qG=1.2×0.4=0.48KN/m2
2.2活荷载
垂直方向对结构产生作用的活荷载仅有风荷载。
根据公式(1.1)~(1.4)可得：
仅考虑风荷载向上：
W k = bz ms mz Wo
=2.25×2×0.74×1.1×
=2.564KN/m2
W=1.4WK=3.59KN/m2
2.3作用
地震作用：qEk=3.0××0.6=0.144KN/m2
qE=1.3X0.144=0.188KN/m2

六 、荷载组合
竖直方向
标准值：W合K=2.564+0.6×0.144-0.4=2.25KN/m2
设计值：W合=3.59+0.6×0.188-0.48=3.223KN/m2
七 、雨棚钢架的计算

1、荷载拟定
由图一所示的计算单元知，计算单元的宽度为2180mm。经受力分析及简化，取上图所示的力学模型计算。
q= W合×B=3.223×2.18=7.03KN/m
此外雨棚上方大玻璃幕墙（顶部标高9.5米,分格高度为4.5米）传给雨棚钢梁的均布荷载为q1
W k = bz ms mz Wo
=2.25×1.5×0.74×1.1×
=1.923KN/m2
W=1.4WK=2.692KN/m2
qEk=3.0××0.6=0.144KN/m2
qE=1.3X0.144=0.188 KN /m2
W合=2.692+0.6×0.188=2.805 KN /m2
q1= W合×H/2=2.805×4.5/2=6.31KN/m
2、强度校核
在软件ROBOT中建立上图所示的力学模型。
此力学模型的节点编号、杆件编号见下图。

（1） 计算参数

此力学模型的受力：

Case

Load Type

List

Load Values

1
self-weight
1to7
PZ Negative
1
uniform load
2to7
PZ=7.03(kN/m)
1
uniform load
1
PY=6.31(kN/m)

型材截面特性：

Section Name

Bar List

AX (mm^2)

AY (mm^2)

AZ (mm^2)

IX (mm^4)

IY (mm^4)

IZ (mm^4)

300X12
1
13824.000
6624.000
6624.000
.000
.000
.000
180X100X8
2to7
4224.000
1344.000
2624.000
15175695.515
17723392.000
6899712.000

杆件参数：

Bar

Node 1

Node 2

Section

Material

Length (m)

Gamma (Deg)

Type

1
1
2
300X12
STEEL
10.90
0.0
N/A
2
3
4
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
3
5
6
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
4
7
8
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
5
9
10
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
6
11
12
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A
7
13
14
180X100X8
STEEL
2.50
0.0
N/A

节点参数：

Node

X (m)

Y (m)

Z (m)

Support Code

Support

1
-11279.00
6924.12
0.0
xxxxxx
Fixed
2
-11268.10
6924.12
0.0
xxxxxx
Fixed
3
-11278.90
6924.12
0.0

4
-11278.90
6921.62
0.0

5
-11274.64
6924.12
0.0

6
-11274.64
6921.62
0.0

7
-11276.82
6924.12
0.0

8
-11276.82
6921.62
0.0

9
-11270.28
6924.12
0.0

10
-11270.28
6921.62
0.0

11
-11272.46
6924.12
0.0

12
-11272.46
6921.62
0.0

13
-11268.20
6924.12
0.0

14
-11268.20
6921.62
0.0

(2)结果输出

支座反力：

Node/Case

FX (kN)

FY (kN)

FZ (kN)

MX (kNm)

MY (kNm)

MZ (kNm)

1/ 1
0.00
-34.39
-44.32
62.80
63.93
-62.47
2/ 1
0.00
-34.39
-44.32
62.80
-63.93
62.47

Case 1
DL1

Sum of Val.
0.00
-68.78
-88.65
125.60
-0.00
0.00
Sum of Reac.
0.00
-68.78
-88.65
-613681.96
-999374.67
775383.50
Sum of forc.
0.0
68.78
88.65
613681.96
999374.67
-775383.50
Check Val.
0.00
0.00
-0.00
-0.00
-0.00
-0.00
Precision
2.23250e-014
2.04358e-028

杆件内力:

Bar

FX (kN)

FZ (kN)

MY (kNm)

1 / MAX
0.00
44.32
63.93
1 / MIN
-0.00
-44.32
63.93
2 / MAX
-0.00
-0.00
20.93
2 / MIN
-0.00
-16.75
0.00
3 / MAX
-0.00
-0.00
20.93
3 / MIN
-0.00
-16.75
0.00
4 / MAX
0.0
-0.00
20.93
4 / MIN
0.0
-16.75
0.00
5 / MAX
0.0
0.0
20.93
5 / MIN
0.0
-16.75
0.00
6 / MAX
0.0
-0.00
20.93
6 / MIN
0.0
-16.75
0.00
7 / MAX
0.00
0.00
20.93
7 / MIN
0.00
-16.75
0.00

节点位移：

Node/Case

UX (mm)

UZ (mm)

RY (Deg)

1/ 1
0.0
0.0
0.0
2/ 1
0.0
0.0
0.0
3/ 1
-0.0000
0.0079
-0.0
4/ 1
0.3852
9.6575
-0.0
5/ 1
-0.0000
5.6723
-0.0
6/ 1
2.0721
24.5302
-0.0
7/ 1
-0.0000
2.5222
-0.1
8/ 1
4.1443
21.7571
-0.1
9/ 1
-0.0000
2.5222
0.1
10/ 1
-4.1443
21.7571
0.1
11/ 1
-0.0000
5.6723
0.0
12/ 1
-2.0721
24.5302
0.0
13/ 1
-0.0000
0.0079
0.0
14/ 1
-0.3852
9.6575
0.0

此力学模型的节点应力极值：

S max (N/mm^2)

S min (N/mm^2)

S max(My) (N/mm^2)

S min(My) (N/mm^2)

Fx/Ax (N/mm^2)

MAX
106.30
-0.00
106.30
-0.00
0.00
Bar
5
2
4
7
7
Node
9
4
7
14
14
Case
1
1
1
1
1

MIN
0.00
-106.30
0.00
-106.30
-0.00
Bar
3
3
7
4
3
Node
6
5
14
7
6
Case
1
1
1
1
1

(3)结果分析
节点位移分析:
由节点位移输出的结果可知，变形重要发生在Z轴方向，结构的最大变形在杆件3及杆件6的杆端(即6节点处及12节点处)，Umax=24.5302mm。根据规范对钢骨料刚度规定，钢骨料的最大允许挠度不大于L/200(对于悬臂梁L为悬伸长度的2倍),即
Umax=24.5302mm≤25mm
故结构的挠度能满足规定。
应力极值分析
由节点应力极值表可知，应力绝对值的最大值：
σmax=106.30 N/mm2
可见：
故结构的强度能满足规定。