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自行车棚设计计算书

来源:王经理 发布时间:2012/4/2 13:15:28

自行车棚设计计算书

一、计算引用的规范
1、建筑结构荷载规范   GB50009-2001
2、钢结构设计规范      GB50017-2008
3、冷变薄壁型钢结构设计规范  GB50018-2002
二、基本参数
1、车棚工程所在地区:西安地区
2、地面粗糙度分类等级:
    按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)中分类标准,本工程按C类地区(指有密集建筑群的城市市区)考虑。
三、车棚荷载计算
1、车棚的荷载作用说明:
   车棚承受的荷载包括;自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。
(1)自重:包括阳光板、杆件、连接件、附件等的自重,按照400N/m2估算;
(2)风荷载:是垂直于车棚表面的荷载,按GB50009采用;
(3)雪荷载:是指车棚水平投影面上的雪荷载,按GB50009采用;
(4)活荷载:是指车棚水平投影面上的活荷载,按GB50009,可按500N/m2采用;
    在实际工程的车棚结构计算中,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:
SK+=1.35GK+0.6*1.4WK+0.7*1.4SK(或QK)
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:
SK+=1.2GK+1.4*WK+0.7*1.4SK(或QK)
B:考虑负风压时:按下面公式进行荷载组合:
SK+=1.0GK+1.4WK
2、风荷载标准值计算:
按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算:
WK+=βgz μz μs+ W0   ...........7.1.1-2
WK-=βgz μz μs-W0
上式中:
WK+:正风压下作用在车棚上的风荷载标准值(MPa);
WK-:负风压下作用在车棚上的风荷载标准值(MPa);
Z:计算点标高:4m;
βgz:瞬时风压的阵风系数;
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)-0.12
B类场地:βgz=0.89*(1+2μf )  其中:μf =0.5*(Z/10)-0.16
C类场地:βgz=0.85*(1+2μf )  其中:μf =0.734*(Z/10)-0.22
D类场地:βgz=0.80*(1+2μf )  其中:μf =1.2248*(Z/10)-0.3
对于C类地形,4m高度处瞬时风压的阵风系数:
βgz=0.85*(1+2*(0.734(Z/10)-0.22))=2.3765
μz: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C类地形,4m高度处风压高度变化系数:
μz=0.616*(Z/10)0.44=0.7363
μs:局部风压体型系数,对于车棚结构,按规范,计算正风压时,取μs+=0.5;计算负风压时,取μs-=-2.0;
W0:基本风压值(MPa),根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用,按重现期50年,西安地区取0.00035MPa;
WK+=βgz μz μs+ W0=2.3765*0.7363*0.5*0.00035=0.0003062MPa
WK-=βgz μz μs- W0=2.3765*0.7363*2.0*0.00035=0.001225MPa
3、风荷载设计值计算:
W+:正风压作用下作用在车棚上的风载设计值(MPa);
WK+:正风压作用下作用在车棚上的风载标准值(MPa);
W-:负风压作用下作用在车棚上的风载设计值(MPa);
WK-:负风压作用下作用在车棚上的风载标准值(MPa);
W+=1.4*WK+=1.4*0.0003062=0.0004287MPa
W-=1.4*WK-=1.4*0.001225=0.001715MPa
4、雪荷载标准值计算:
SK:作用在车棚上的雪荷载标准值(MPa)
S0:基本雪压,根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2001取值,西安地区50年一遇最大积雪的自重:0.00025MPa。
μr:屋面积雪分布系数,按表6.2.1[GB50009-2001],为1.0。
按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)公式6.1.1屋面雪荷载标准值为:
SK=μr*S0=1.0*0.00025=0.00025MPa
5、雪荷载设计值计算:
S:雪荷载设计值(MPa);
S=1.4*SK=1.4*0.00025=0.00035MPa
6、车棚屋面活荷载设计值:
Q:车棚屋面活荷载设计值(MPa);
QK:车棚屋面活荷载标准值取:500N/m2;
Q=1.4*QK=1.4*500/1000000=0.0007MPa
因为SK≤QK,所以计算时活荷载参与正压组合!
7、车棚构件恒荷载设计值:
G+:正压作用下车棚构件恒荷载设计值(MPa);
G-:负压作用下车棚构件恒荷载设计值(MPa);
GK:车棚结构平均自重取0.0004MPa;
因为GK与其它可变荷载比较,不起控制作用,所以:
G+=1.2*GK=1.2*0.0004=0.00048MPa
G-=GK=0.0004MPa
8、选取计算荷载组合:
(1)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++0.7QK
=0.0004+0.0003062+0.7*0.0005=0.001056MPa
S+=G++W++0.7Q
=0.00048+0.0004287+0.7*0.0007=0.0013987MPa
(2)负风压的荷载组合计算:
SK-:负风压作用下的荷载标准值组合(MPa);
S-:负风压作用下的荷载设计值组合(MPa);
SK-=GK+WK-=0.0004+0.001225=0.001625MPa
S-=G-+W-=0.0004+0.001715=0.002115MPa
(3)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(负风压情况下出现):
SK-=0.001625MPa
S-=0.002115MPa
4、车棚杆件计算
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(有拉杆作用);
4:悬臂总长度:L=3000mm,受力模型图中a=500mm,b=2500mm;
5:拉杆截面面积:703mm2;
6:分格宽度:B=1200mm;
7:阳光板块配置:单块12mm;
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:

4.1结构的受力分析:
(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=0.001625*1200=N/mm
q=SB=0.001625*1200=N/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=qL4(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L拉杆I)=2273.593N
拉杆的轴向作用力为:
N=P/sinα=4549.278N
(3)车棚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;
a、b:长度参数,见模型图(mm);
经过计算机的优化计算,得
x=3000mm
|Mmax|=|p(x-a)-qx2/2|=1912017.5N*mm
4.2选用材料的截面特性:
(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=129959900mm4;
主力方向截面抵抗矩:W=649800mm3;
(2)拉杆杆件的截面特性:
拉杆的截面面积:A=703mm2;
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;
4.3梁的抗弯强度计算:
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(mm2);
        Mmax:悬臂梁最大弯矩设计值(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=3940.394N
NL/A+Mmax/ γW=3940.394/5472+1912017.5/1.05/649800
             =3.522MPa≤f=215MPa
 悬臂梁抗弯强度满足要求!
4.4拉杆的抗拉(压)强度计算:
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:构件长细比,不宜大于250,λ=L/i;
因为风荷载是负风压荷载,所以拉杆是随拉力的。
校核依据:N/A≤215MPa
N/A=4549.278/703=6.471MPa≤215MPa
拉杆的抗拉强度满足要求!
4.5梁的挠度计算:
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:均匀荷载作用下的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=0.575mm
dfq=qL4/8EI=0.638mm
dfc=|dfp-dfq|=0.063mm
df,lim:按规范要求,悬臂杆件的挠度限值(mm);
df,lim=2L/250=24mm
dfc==0.063mm≤df,lim=24mm
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==500mm
dfx=|qL4(3-4x/L+(x/L)4/24EI-Pb3*(2-3*(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI|
=0.054mm
dfx==0.054mm≤df,lim=24mm
悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求!
5、车棚焊缝计算
基本参数:
1:焊缝高度:hf=8mm;
2:焊缝有效截面抵抗矩:W=820519mm3;
3:焊缝有效截面积:A=6947.386mm2;
5.1受力分析:
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|=|2273.593-1.688*3000|=2790.407N
NL=3940.394N
|M|=|Pb-qL2/2|=1912017.5N*mm
5.2焊缝校核计算:
校核依据:
((σf/βf+τf2)0.5=((M/1.22W+N1/1.22A)2+(V/A)2)0.5
=((1912017.5/1.22/820519+3940.394/1.22/6947.386)2+(2790.407/6947.386)2)0.5
=2.409MPa≤ffw=160MPa
焊缝强度能满足要求!

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