157米高导视牌结构计算书.docx
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157米高导视牌结构计算书
15.7米高导视牌结构计算书
一、设计依据
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)
《户外广告设施钢结构技术规程》(CECS148:
2003)
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)
《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)
工程基本条件:
1、设计概况
工程名称:
15.7米高导视牌
工程所在地:
武汉
建筑物安全等级:
一级
建筑物设计使用年限:
20年
基本风压:
0.40kN/㎡(取100年)
地面粗糙度:
B
基本雪压:
0.50kN/㎡
地震基本烈度:
6度
结构构件应力比控制:
0.90
二、计算简图
采用sap2000v15.1.1软件进行计算
本工程由两根相对独立的构件组成。
构件1:
15.7米高,材质为Q235B,见下图
构件2:
14米高,材质为Q235B,见下图
三、荷载计算
1、恒载
面板为2mm厚不锈钢板,加发光字等,Gk=0.25KN;
构件自重由软件自动添加。
2、活载
考虑导视牌顶端检修荷载,Sk=1KN/m
3、风荷载
《户外广告设施钢结构技术规程》4.2.1:
施加在户外广告牌高度Z处的单位面积风荷载标准值Wk应按下式计算:
本导视牌风荷载标准值按每2米进行分段计算
其中14-15.7米段风荷载标准值计算过程如下:
风荷载作用处按15米计
风荷载体型系数根据《高耸结构设计规范》4.2.7第3条第1项次悬臂结构体型,μs=2。
基本风压按100年取W0=0.4kN/m2
风振系数βz的计算过程如下:
经sap2000软件分析,结构的第一振型自振周期为0.99S。
重复上述计算过程,得出各段高度处的风荷载标准值
高度区间
风荷载标准值(kN)
14-16m
2.17
12-14m
1.97
10-12m
1.62
8-10m
1.38
6-8m
1.19
4-6m
1.02
0-4m
1
转换成线荷载(正面)
高度区间
风荷载标准值
(kN/m²)
构件1宽度
(m)
构件1线荷载
(kN/m)
构件2宽度
(m)
构件2线荷载
(kN/m)
14-16m
2.17
1.6
3.47
1.2
12-14m
1.97
3.15
2.36
10-12m
1.62
2.59
1.94
8-10m
1.38
2.21
1.66
6-8m
1.19
1.90
1.43
4-6m
1.02
1.63
1.22
0-4m
1
1.60
1.20
转换成线荷载(侧面)
高度区间
风荷载标准值
(kN/m²)
侧面宽度
(m)
侧面线荷载
(kN/m)
14-16m
2.17
0.2
0.43
12-14m
1.97
0.2
0.39
10-12m
1.62
0.3
0.49
8-10m
1.38
0.3
0.41
6-8m
1.19
0.4
0.48
4-6m
1.02
0.4
0.41
0-4m
1
0.4
0.40
侧面风荷载均按0.5kNm²计
四、荷载组合
五、构件计算分析
1、加载
风荷载工况1:
风荷载工况2:
活载:
2、运算结果
(1)强度验算
所有杆件强度应力比均小于0.90,故强度满足要求。
(2)变形验算
风荷载工况1:
风荷载工况1情况下,构架1受荷最大。
构架1高15.7m,根据《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.1,在风荷载标准值作用下,落地式广告牌钢结构顶点的水平位移不应超过该点离地高度的1/100。
即15.7/100=0.157m
构件1顶点水平位移0.0729m,0.0729<0.157,故变形满足要求。
风荷载工况2:
风荷载工况2情况下,构架2受荷最大。
构架2高14m,根据《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.1,在风荷载标准值作用下,落地式广告牌钢结构顶点的水平位移不应超过该点离地高度的1/100。
即14/100=0.14m
构件1顶点水平位移0.0598m,0.0598<0.14,故变形满足要求。
标准组合:
标准组合情况下,构件1顶点竖向位移值为0.006m,构件2顶点竖向位移值为0.011m。
构件1水平方向悬臂长度为2.7米,构件2水平方向悬臂长度为3.7米,参照《户外广告设施钢结构技术规程》5.4.3,悬臂梁的挠度限值为l/150(l为悬臂长度)。
构件1挠度限值2.7/150=0.018,0.0006<0.018,满足要求。
构件2挠度限值3.7/150=0.0247,0.011<0.0247,满足要求。
六、支座节点计算
1、支座反力
节点编号
2、构件1支座节点
(1)节点平面图如下:
(2)锚栓承载力验算
选用M48地脚螺栓,有效直径43.31mm,
抗拉承载力设计值Ntb=3.14*43.31*43.31/4*180*0.001=265kN
265kN>71.84kN,螺栓满足设计要求
(3)焊缝验算
柱截面与底板采用全对接焊缝,强度满足要求。
(4)柱脚抗剪验算
锚栓所承受的拉力为:
Ta=590kN
柱脚底板的摩擦力:
Vfb=0.4*(N+Ta)=0.4×(123+590)=285kN
柱脚所承受的剪力:
V=(Vx2+Vy2)0.5=(462+222)0.5=50.99kN≤285,满足
(5)混凝土承载力验算
控制工况:
组合工况1
N=-123kN;Mx=196kN·m;My=420kN·m;
按单向公式双向叠加计算
①单独X向偏压下计算
偏心距:
e=420/123×103=3414.634mm
底板计算方向长度:
L=940mm
底板垂直计算方向长度:
B=2140mm
锚栓在计算方向离底板边缘距离:
d=120mm
e1=L/6=940/6=156.667mm
e2=L/6+d/3=940/6+120/3=196.667mm
e>e2,故:
混凝土弹性模量:
Ec=30000N/mm2
钢材弹性模量:
Es=206000N/mm2
弹性模量比:
n=Es/Ec=206000/30000=6.867
锚栓的总有效面积:
Ae=10312.032mm2
有一元三次方程的各系数如下:
A=1
B=3*(e-0.5L)=3×(3414.634-940/2)=8833.902
C=6*n*Ae/B*(e+L/2-d)=6×6.867×10312.032/2140×(3414.634+940/2-120)=747395.456
D=-C*(L-d)=-747395.456×(940-120)=-612864274.096
解方程式:
Ax3+Bx2+Cx+D=0,得:
x=222.128mm
σcx=2*N*(e+L/2-d)/B/x/(L-d-x/3)
=2×123×(3414.634+940/2-120)/2140/222.128/(940-120-222.128/3)×103
=2.612N/mm2
锚栓群承受的拉力:
Tax=N*(e-L/2+x/3)/(L-d-x/3)
=123×(3414.634-940/2+222.128/3)/(940-120-222.128/3)
=497.746kN
单个锚栓承受的最大拉力:
Ntax=Tax/7=497.746/7=71.107kN
②单独Y向偏压下计算
偏心距:
e=196/123×103=1593.496mm
底板计算方向长度:
L=2140mm
底板垂直计算方向长度:
B=940mm
锚栓在计算方向离底板边缘距离:
d=170mm
e1=L/6=2140/6=356.667mm
e2=L/6+d/3=2140/6+170/3=413.333mm
e>e2,故:
混凝土弹性模量:
Ec=30000N/mm2
钢材弹性模量:
Es=206000N/mm2
弹性模量比:
n=Es/Ec=206000/30000=6.867
锚栓的总有效面积:
Ae=5892.589mm2
有一元三次方程的各系数如下:
A=1
B=3*(e-0.5L)=3×(1593.496-2140/2)=1570.488
C=6*n*Ae/B*(e+L/2-d)=6×6.867×5892.589/940×(1593.496+2140/2-170)=643997.545
D=-C*(L-d)=-643997.545×(2140-170)=-1268675163.538
解方程式:
Ax3+Bx2+Cx+D=0,得:
x=627.259mm
σcy=2*N*(e+L/2-d)/B/x/(L-d-x/3)
=2×123×(1593.496+2140/2-170)/940/627.259/(2140-170-627.259/3)×103
=0.5908N/mm2
锚栓群承受的拉力:
Tay=N*(e-L/2+x/3)/(L-d-x/3)
=123×(1593.496-2140/2+627.259/3)/(2140-170-627.259/3)
=51.171kN
单个锚栓承受的最大拉力:
Ntay=Tay/4=51.171/4=12.793kN
③应力合成
底板下混凝土压应力:
σc=σcx+σcy=3.203N/mm2
混凝土抗压强度设计值:
fc=14.3N/mm2
底板下混凝土最大受压应力:
σc=3.203N/mm2≤14.3,满足
3、构件2支座节点
同构件1支座节点计算方法,满足设计要求。
墙下有筋条基计算
一、设计依据
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)①
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)②
二、示意图
三、计算信息
构件编号:
JC-1计算类型:
验算截面尺寸
1.几何参数
墙宽bo=1140mm
基础水平长度B1=2000mmB2=2000mm
基础端部高度h1=300mm
基础根部高度h2=300mm
基础总高度H=600mm
as=40mm
ho=560mm
2.材料信息
墙体材料:
混凝土
基础砼等级:
C30ft=1.43N/mm2fc=14.3N/mm2
基础钢筋级别:
HRB400fy=360N/mm2
3.计算信息
结构重要性系数:
γo=1.0
基础埋深:
dh=1.800m
基础及其上覆土的平均容重:
γ=20.000kN/m3
最小配筋率ρmin=0.150%
4.作用在基础顶部荷载标准组合值
F=50.000kN
M=135.000kN*m
V=25.000kN
ks=1.35
Fk=F/ks=50.000/1.35=37.037kN
Mk=M/ks=135.000/1.35=100.000kN*m
Vk=V/ks=25.000/1.35=18.519kN
5.修正后的地基承载力特征值
fa=100.000kPa
四、计算参数
1.基础计算长度By=1m
2.基础总宽Bx=B1+B2=2.000+2.000=4.000m
3.基础底面积A=Bx*By=4.000*1.000=4.000m2
4.Gk=γ*Bx*By*dh=20.000*4.000*1.000*1.800=144.000kN
G=1.35*Gk=1.35*144.000=194.400kN
五、计算作用在基础底部弯矩值
Mdk=Mk+Vk*H=100.000+18.519*0.600=111.111kN*m
Md=M+V*H=135.000+25.000*0.600=150.000kN*m
六、验算地基承载力
1.验算轴心荷载作用下地基承载力
pk=(Fk+Gk)/A=(37.037+144.000)/4.000=45.259kPa
因γo*pk=1.0*45.259=45.259kPa≤fa=100.000kPa
轴心荷载作用下地基承载力满足要求
2.验算偏心荷载作用下地基承载力
x方向偏心荷载作用下地基反力计算
enk=(B2+B1)/2-B2
=(2.000+2.000)/2-2.000
=0.000m
exk=[Mdk+(Fk+Gk)*enk]/(Fk+Gk)
=[111.111+(37.037+144.000)*0.000]/(37.037+144.000)
=0.614m
因|exk|≤Bx/6x方向小偏心,由公式【①5.2.2-2】和【①5.2.2-3】推导
Pkmax=(Fk+Gk)/A*(1+6*|exk|/Bx)
=(37.037+144.000)/4.000*(1+6*|0.614|/4.000)
=86.926kPa
Pkmin=(Fk+Gk)/A*(1-6*|exk|/Bx)
=(37.037+144.000)/4.000*(1-6*|0.614|/4.000)
=3.593kPa
γo*Pkmax=1.0*86.926=86.926kPa≤1.2*fa=1.2*100.000=120.000kPa
偏心荷载作用下地基承载力满足要求
七、基础受弯计算
1.计算ex
en=(B2+B1)/2-B2=(2.000+2.000)/2-2.000=0.000m
ex=(Md+(F+G)*en)/(F+G)
=(150.000+(50.000+194.400)*0.000)/(50.000+194.400)
=0.614m
2.计算地基承载力
因|ex|≤Bx/6小偏心
Pmax=(F+G)/A*(1+6*|ex|/Bx)
=(50.000+194.400)/4.000*(1+6*|0.614|/4.000)
=117.350kPa
Pmin=(F+G)/A*(1-6*|ex|/Bx)
=(50.000+194.400)/4.000*(1-6*|0.614|/4.000)
=4.850kPa
因ex>0
P=Pmin+(B1+bo/2)*(Pmax-Pmin)/Bx
=4.850+(2.000+1.140/2)*(117.350-4.850)/4.000
=77.131kPa
3.计算弯矩
墙体材料为混凝土
a1=B2-bo/2=2.000-1.140/2=1.430m
a2=B1-bo/2=2.000-1.140/2=1.430m
a=max(a1,a2)=max(1.430,1.430)=1.430m
MI=1/6*a2*(2*Pmax+P-3*G/A)
=1/6*1.4302*(2*117.350+77.131-3*194.400/4.000)
=56.586kN*m
八、基础受剪计算
1.计算剪力
pk=(Fk+Gk)/B=(37.0+144.0)/4.0=45.26kN/m
Vs=1m*pk=1m*45.26=45.26kN
基础底面短边尺寸大于柱宽加两倍基础有效高度,不需验算受剪承载力!
九、配筋计算
1.计算基础底板X方向钢筋
Asx=γo*MI/(0.9*ho*fy)
=1.0*56.59*106/(0.9*560*360)
=311.9mm2
Asxmin=ρmin*By*H=0.150%*1000*600=900.0mm2
Asx=max(Asx,Asxmin)=max(311.9,900.0)=900mm2
Asx1=Asx/By=900/1000=900mm2/m
选择钢筋12@125,实配面积为905mm2/m。
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