深圳东站屋面深化设计计算书712.docx
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深圳东站屋面深化设计计算书712
深圳东站金属屋面工程结构计算书
编制:
审核:
审批:
深圳市鑫明光实业有限公司
2013年6月
目录
一、设计依据1
二、材料数据1
2.1、材料重力体积密度1
2.2、材料力学性能1
2.3、材料弹性模量及线胀系数1
三、站房屋面板设计验算1
四、站房压型钢板自攻钉验算3
五、站房天沟骨架计算4
六、雨棚屋面板设计验算4
七、雨棚压型钢板自攻钉验算6
八、雨棚屋面次檩条计算6
九、雨棚屋面主檩条计算8
十、雨棚天沟骨架计算9
十一、屋面天沟计算21
十二、屋面保温计算21
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一、设计依据:
1、招标文件;
2、设计院提供的建筑及结构图纸;
3、国家相关的标准及规范及国外相关标准:
《民用建筑设计通则》 GB50352-2005
《建筑结构静力计算手册第二版》
4、结构设计规范:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2012年版)
《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
《冷轧钢板及钢带》 JISG3141-1994
《建筑用压型钢板》 GB/T12755-2008
《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2002
《钢结构防火涂料》GB14907-2002
《冷弯薄壁型钢结构技术规程》GB50018-2002
《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001
《压型金属板设计施工规范》YBJ216-88
《屋面工程技术规范》GB50345-2004
《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012
《屋面工程质量验收规范》GB50207-2002
《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80-1991
二、材料数据:
2.1、材料重力体积密度:
钢材:
78.5KN/m3
2.2、材料力学性能:
Q235钢材强度设计值:
f(拉、压、弯)=215N/mm2
fv(剪)=120N/mm2
fce(端面承压)=325N/mm2
注:
冷弯薄壁型钢的f(拉、压、弯)设计值为:
205N/mm2
E43型焊条手工焊焊缝强度设计值:
2.3、材料弹性模量及线胀系数:
材料弹性模量E(N/mm2)线胀系数(10-5)
钢、不锈钢2.06×1051.2
以下对深圳东站金属屋面外围护结构及相关构件进行设计验算。
三、站房屋面板设计验算
采用承重式压型钢底板,1.0mm厚,肋高35mm;按单跨简支梁计算(750mm的宽度),钢底板材料为:
Q235
跨度L=1.600m
间距B=0.750m
倾角θ=7°
钢底板毛截面特性为(受向下力作用时):
A=10.000cm2
Ix=17.73cm4
Iy=5446.3cm4
Wx1=10.3cm3
Wx2=9.5cm3
g=7.85㎏/m3
钢底板毛截面特性为(受向上力作用时):
A=10.000cm2
Ix=17.73cm4
Iy=5446.3cm4
Wx1=9.5cm3
Wx2=10.3cm3
g=7.85㎏/m3
1.荷载计算
1)恒荷载
1.0mm厚承重式钢底板自重0.131KN/m2
小计0.131x0.75=0.098KN/m
因此恒载为:
0.079KN/m
2)活荷载0.50KN/m2
因此活载为:
0.5x0.75=0.375KN/m
3)风荷载(地面粗糙度取:
B类,高度取10米)
基本风压(按规范取值)ω0=0.900KPa
阵风系数βz=1.585
风压高度系数μz=1.0
风荷载体形系数μs1=-1.800μs2=0.500
负风压标准值ωk1=ω0βzμzμs1=-2.534KN/m2
正风压标准值ωk2=ω0βzμzμs2=0.704KN/m2
则负风压:
-2.534x0.75=-1.90KN/m
正风压:
0.704x0.75=0.528KN/m
2.荷载组合
1)向下受力:
标准值:
组合一:
恒+风+雪
wkd1=0.098+0.528+0.000×0.7=0.626KN/m
组合二:
恒+风+活
wkd2=0.098+0.528+0.375×0.7=0.889KN/m
设计值:
组合一:
恒+风+雪
wqd1=0.098×1.2+0.528×1.4+0.000×1.4×0.7
=0.857KN/m
组合二:
恒+风+活
wqd2=0.098×1.2+0.528×1.4+0.375×1.4×0.7
=1.224KN/m
2)向上受力:
标准值:
恒+风
wku=0.098-1.90=-1.80KN/m
设计值:
恒+风
wqu=0.098×1.0-1.90×1.4=-2.56KN/m
由以上可知,最不利荷载组合最大值是:
3)向下:
标准值:
wkd=0.889KN/m
设计值:
wqd=1.224KN/m
4)向上:
标准值:
wku=-1.80KN/m
设计值:
wqu=-2.56KN/m
由上知起控制作用的荷载组合情况是:
向上:
恒荷载和负风压荷载组合
向下:
恒荷载、正风压和活荷载组合
3.内力计算
1)受向下作用力时:
Mxdmax=0.125qydl2
=0.125×1.224×1.6002
=0.39KNm
tmax=0.5qxdl
=0.5×1.224×1.600
=0.98KN
2)受向上作用力时:
Mxumax=0.125qyul2
=0.125×(-2.56)×1.602
=-0.82KNm
tmax=0.5qyul
=0.5×(-2.56)×1.60
=-2.05KN
5.强度计算
1)向下受力:
σ1=Mxdmax/(φbWx1)
=0.392×1E+06/(1.00×10300)
=38.0N/mm2
σ2=Mxdmax/(φbWx2)
=0.392×1E+06/(1.00×9500)
=41.2N/mm2
σmax=σ1=38.0N/mm2<[f]=195.5N/mm2
故强度满足。
2)向上受力:
σ1=Mxumax/(φbWx1)
=-0.820×1E+06/(1.00×9500)
=-86N/mm2
σ2=Mxumax/(φbWx2)
=-0.820×1E+06/(1.00×10300)
=-80N/mm2
σmax=σ1=-86N/mm2<[f]=195.5N/mm2
故强度满足。
6.挠度计算
1)向下受力:
垂直于屋面方向的檩条跨中最大挠度为
vmax=5qkydl4/(384EIx)
=5×0.889×1.64/(384×2.06×0.018)
=2.08mm
[n]=L/300
=1600/300
=5.33mm
故vmax<[n],刚度满足。
四、压型钢板连接自攻钉验算
采用ST5.5自攻螺钉,间距300mm
根据荷载工况组合,压型钢板线荷载取2.56KN/M
则每个螺钉承受的最大拉拔力:
T=-2.56×1.6/6=-0.682KN
每个螺钉承受的最大剪力:
Q=-2.56×1.6sin7。
/6=-0.084KN
根据螺钉厂家提供的技术资料,每一颗螺钉钉所受的最大抗拔力和最大剪力考虑安全系数为K=2时所容许承受的最大荷载力为:
[T]=4.0/2=2.0KN
[Q]=4.0/2=2.0KN
因为T<[T]和Q<[Q],所以螺钉满足要求。
五、站房天沟骨架计算
1、50*5的角钢计算
采用50*5的角钢,长度800mm,间距1000mm,天沟高度300mm
恒载标准值q=1.0*0.3*1.0*10=3.0KN/M
按简支梁计算M=1.35*3.0*0.82/8=0.324KNM
50*5的角钢截面模量W=7.89cm3
则正应力σ=0.324*1000/7.89=41.1N/MM2<195.5N/MM2
满足要求
2、M10的化学锚栓计算
剪力V=1.35*3.0*0.8/2=1.62KN
根据规范M10的锚栓所承受的剪力3.4KN,故满足要求
六、雨棚屋面板设计验算
采用承重式压型钢底板,1.0mm厚,肋高130mm;按单跨简支梁计算(600mm的宽度),钢底板材料为:
Q235
跨度L=1.500m
间距B=0.600m
倾角θ=7°
钢底板毛截面特性为(受向下力作用时):
A=10.000cm2
Ix=232.5cm4
Iy=3916.4cm4
Wx1=38.4cm3
Wx2=33cm3
g=7.85㎏/m3
钢底板毛截面特性为(受向上力作用时):
A=10.000cm2
Ix=232.5cm4
Iy=3916.4cm4
Wx1=33cm3
Wx2=38.4cm3
g=7.85㎏/m3
1.荷载计算
1)恒荷载
1.0mm厚承重式钢底板自重0.131KN/m2
小计0.131x0.600=0.0786KN/m
因此恒载为:
0.079KN/m
2)活荷载0.50KN/m2
因此活载为:
0.5x0.6=0.30KN/m
3)风荷载(地面粗糙度取:
B类)
基本风压(按规范取值)ω0=0.900KPa
阵风系数βz=1.585
风压高度系数μz=1.458
风荷载体形系数μs1=-1.800μs2=0.500
负风压标准值ωk1=ω0βzμzμs1=-3.744KN/m2
正风压标准值ωk2=ω0βzμzμs2=1.04KN/m2
则负风压:
-3.744x0.6=-2.25KN/m
正风压:
1.04x0.6=0.624KN/m
2.荷载组合
1)向下受力:
标准值:
组合一:
恒+风+雪
wkd1=0.079+0.624+0.000×0.7=0.703KN/m
组合二:
恒+风+活
wkd2=0.079+0.624+0.300×0.7=0.913KN/m
设计值:
组合一:
恒+风+雪
wqd1=0.079×1.2+0.624×1.4+0.000×1.4×0.7
=0.968KN/m
组合二:
恒+风+活
wqd2=0.079×1.2+0.624×1.4+0.300×1.4×0.7
=1.262KN/m
2)向上受力:
标准值:
恒+风
wku=0.079-2.25=-2.17KN/m
设计值:
恒+风
wqu=0.079×1.0-2.25×1.4=-3.07KN/m
由以上可知,最不利荷载组合最大值是:
3)向下:
标准值:
wkd=0.913KN/m
设计值:
wqd=1.262KN/m
4)向上:
标准值:
wku=-2.17KN/m
设计值:
wqu=-3.07KN/m
由上知起控制作用的荷载组合情况是:
向上:
恒荷载和负风压荷载组合
向下:
恒荷载、正风压和活荷载组合。
3.内力计算
1)受向下作用力时:
Mxdmax=0.125qydl2
=0.125×1.26×1.5002
=0.355KNm
tmax=0.5qxdl
=0.5×1.26×1.500
=0.95KN
2)受向上作用力时:
Mxumax=0.125qyul2
=0.125×(-3.07)×1.502
=-0.862KNm
tmax=0.5qyul
=0.5×(-3.07)×1.50
=-2.30KN
5.强度计算
1)向下受力:
σ1=Mxdmax/(φbWx1)
=0.355×1E+06/(1.0×38400)
=9.22N/mm2
σ2=Mxdmax/(φbWx2)
=0.355×1E+06/(1.0×33000)
=10.74N/mm2
σmax=σ1=9.22N/mm2<[f]=195.5N/mm2
故强度满足。
2)向上受力:
σ1=Mxumax/(φbWx1)
=-0.862×1E+06/(1.0×33000)
=-26.6N/mm2
σ2=Mxumax/(φbWx2)
=-0.862×1E+06/(1.0×38400)
=-22.8N/mm2
σmax=σ1=-26.6N/mm2<[f]=195.5N/mm2
故强度满足。
6.挠度计算
1)向下受力:
垂直于屋面方向的檩条跨中最大挠度为
vmax=5qkydl4/(384EIx)
=5×0.913×1.54/(384×2.06×0.233)
=0.13mm
[n]=L/300
=1500/300
=5mm
故vmax<[n],刚度满足。
2)向上受力:
垂直于屋面方向的檩条跨中最大挠度为
vmax=5qkyul4/(384EIx)
=5×(-2.17)×1.54/(384×2.06×0.233)
=-0.3mm
[n]=L/300
=1500/300
=5mm
故vmax<[n],刚度满足。
七、雨棚压型钢板连接自攻钉验算
采用ST5.5自攻螺钉,间距300mm
根据荷载工况组合,压型钢板线荷载取3.07KN/M
则每个螺钉承受的最大拉拔力:
T=-3.07×1.5/6=-0.77KN
每个螺钉承受的最大剪力:
Q=-3.07×1.5×sin7。
/6=-0.10KN
根据螺钉厂家提供的技术资料,每一颗螺钉钉所受的最大抗拔力和最大剪力考虑安全系数为K=2时所容许承受的最大荷载力为:
[T]=4.0/2=2.0KN
[Q]=4.0/2=2.0KN
因为T<[T]和Q<[Q],所以螺钉满足要求。
八、雨棚屋面次檩条计算
一)设计资料
采用规范:
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:
2002》
《钢结构设计规范GB50017-2003》
檩条间距为1.5m;
檩条的跨度为1m;
檩条截面采用:
BOX-60*4-Q235;
以下为截面的基本参数:
A(cm2)=8.96
Ix(cm4)=47.07ix(cm)=2.292
Wx(cm3)=15.69
Iy(cm4)=47.07iy(cm)=2.292
Wy(cm3)=15.69
没有布置拉条;
屋面的坡度角为5.71度;
净截面折减系数为1;
屋面板能阻止檩条上翼缘的侧向失稳;
不能构造保证檩条下翼缘在风吸力下的稳定性;
简图如下所示:
二)荷载组合及荷载标准值
考虑恒载工况(D)、活载工况(L)、风载工况(W);
强度验算时考虑以下荷载工况组合:
1.2D+1.4L
1.2D+1.4L+0.84W
1.2D+0.98L+1.4W
1.35D+0.98L
D+1.4W
稳定验算时考虑以下荷载工况组合:
D+1.4W
挠度验算时考虑以下荷载工况组合:
D+L
D+W
恒载:
面板自重:
0.15kN/m2
自动考虑檩条自重;
活载:
屋面活载:
0.5kN/m2
风载:
基本风压:
0.9kN/m2
体型系数-1.8,风压高度变化系数1.458
风振系数为1.585;风压综合调整系数1;
风载标准值:
-1.8×1.458×1.585×1×0.9=-3.744kN/m2;
三)验算结果一览(考虑1.1的重要性系数)
验算项验算工况结果限值是否通过
受弯强度D+1.4W57.6501195.5通过
整稳D+1.4W60.5228195.5通过
挠度D+W0.7193226.66667通过
2轴长细比-43.6297200通过
3轴长细比-43.6297200通过
四)受弯强度验算
最不利工况为:
D+1.4W
最不利截面位于,离开首端500mm
绕3轴弯矩:
M3=-0.9465kN·m
绕2轴弯矩:
M2=0.003224kN·m
计算γ:
截面塑性发展系数
γ2=1.05
γ3=1.05
验算强度:
σ1=-0.9465/15.69/1.05×103-(0.003224)/15.69/1.05×103=-57.65N/mm2
σ2=-0.9465/15.69/1.05×103+(0.003224)/15.69/1.05×103=-57.259N/mm2
σ3=-(-0.9465)/15.69/1.05×103-(0.003224)/15.69/1.05×103=57.259N/mm2
σ4=-(-0.9465)/15.69/1.05×103+(
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