8米高广告牌钢结构设计计算书

1、8米高广告牌钢结构设计计算书1根本参数1.1 广告牌所在地区：福州地区；1.2 地面粗糙度分类等级：按?建筑结构荷载标准?(GB50009-2001)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、丘陵以及房屋比拟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.2广告牌荷载计算2.1 广告布广告牌的荷载作用说明：广告牌承受的荷载包括：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载.(1)自重：包括广告布、杆件、连接件、附件等的自重,可以根据400N/R2估算：(2)风荷载：是垂直作用于广告牌外

2、表的荷载,按GB5000殊用； 雪荷载：是指广告牌水平投影面上的雪荷载,按GB5000殊用；(4)活荷载：是指广告牌水平投影面上的活荷载,按GB50009可按500N/R2采用；在实际工程的广告牌结构计算中,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. 当永久荷载起限制作用的时候,按下面公式进行荷载组合：Sk+=1.35Gk+0.6 X 1.4Wk+0.7 乂 1.4Sk(或 Q)b. 当永久荷载不起限制作用的时候,按下面公式进行荷载组合：Sk+=1.2Gk+1.4 Xwa+0.7 X1.4Sk(或 Q)B :考虑负风压时：按下面公式进行荷载组合：

3、Sk-=1.0Gk+1.4Wk2.2 风荷载标准值计算：按建筑结构荷载标准(GB50009-2001)计算：w k+= B gz 呼仙 S1+W07.1.1-2GB50009-2001 2006 年版W k-= B gz " z " s1-W0上式中：w k+：正风压下作用在广告牌上的风荷载标准值 (MPa);w I负风压下作用在广告牌上的风荷载标准值 (MPa);z :计算点标高：8mBgz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算(高度缺乏5m按5m计算):3K(1+2 U)其中K为地面粗糙度调整系数,以A 类场地：B gz=0.92 X(1+2 印)B 类

4、场地：0gz=0.89X(1+2 阴)C 类场地：0gz=0.85X(1+2 印)D 类场地：0gz=0.80X(1+2 印)f为脉动系数其中其中其中其中1111f=0.387X(Z/10) -0.12f=0.5(Z/10) -0.16f=0.734(Z/10)f=1.2248(Z/10)-0.22-0.3对于B类地形,8m高度处瞬时风压的阵风系数：B gz=0.89 X (1+2 X (0.5(Z/10) -0.16)=1.8123Nz：风压高度变化系数;根据不同场地类型,按以下公式计算:类场地:类场地:一 一 一 _0 24z=1.379X(Z/10).当 Z>300mB寸,取 Z=

5、300m 当 Z<5mW,取 Z=5mNz=(Z/10) 0.32当 Z>350mB寸,取 Z=350m 当 Z<10mW,取 Z=10mC 类场地：z=0.616X(Z/10) 0.44当 Z>400mB寸,取 Z=400m 当 Z<15mW,取 Z=15mD 类场地： 呼=0.318 X (Z/10) 0.60当 Z>450mB寸,取 Z=450m 当 Z<30mW,取 Z=30m对于B类地形,8m高度处风压高度变化系数:z=1.000X (Z/10) 0.32 = 1仆1：局部风压体型系数,对于广告牌结构,按标准,计算正风压时,取以"=

6、1.3;计算负风压时,取以si-=-2.0 ;另注：上述的局部体型系数si(1)是适用于围护构件的附属面积 A小于或等 于1m的情况,当围护构件的附属面积a大于或等于10m时,局部风压体型系数 ui(io)可乘以折减系数0.8,当构件的附属面积小于10m而大于1m时,局部风 压体型系数si(A)可按面积的对数线性插值,即：呼1(A)=邛1(1)+呼1(10)-呼1(1)logA在上式中：力a> 10m时取A=10m；当A0 1m时取A=1m；w 0:根本风压值(MPa),根据现行 <<建筑结构荷载标准>>GB50009-2001附表 D.4(全国根本风压分布图)中

7、数值采用,按重现期50年,福州地区取0.0007MPa； (1)计算龙骨构件的风荷载标准值：龙骨构件的附属面积：2A=8 X 1.5=12mLogA=1号ai+(A)=呼1+(1)+呼1+(10)-s1+(1)logA=1.04呼ai-(A)=尸-(1)+呼1-(10)-s1-(1)logA=1.6W kA+= 0 gz 1 z 1 sA1+W) =1.8123 X 1 X 1.04 X 0.0007 =0.001319MPaW kA-= 0 gz 1 z 1 sA1-W)=1.8123 X1 X1.6 X 0.0007 =0.00203MPa(2)计算广告布局部的风荷载标准值： 广告布构件的

8、附属面积： ._. _2A=1.5 X 1.5=2.25mLogA=0.352 呼B1+(A)=尸+(1)+呼1+(10)- 1+(1)10gA =1.208Nsbi-(A)=呼1-(1)+号1-(10)-s1-(1)logA=1.859W kB+= 0 gz 1 z 1 sB1+W) =1.8123 X1 X1.208 X 0.0007 =0.001532MPaW kB-= 0 gz 1 z 1 sB1-W) =1.8123 X1 X1.859 X 0.0007 =0.002358MPa2.3 风荷载设计值计算：w A+：正风压作用下作用在广告片?龙骨上的风荷载设计值(MPa);w心：正风压

9、作用下作用在广告片?龙骨上的风荷载标准值(MPa);w a-：负风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载设计值(MPa);wW：负风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载标准值(MPa);w a+=1.4 X wkA+=1.4 X 0.001319=0.001847MPaw a-=1.4 X wkA- =1.4 X 0.00203 =0.002842MPaw b+:正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa);w kB+：正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载标准值(MPa);w b-:负风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa);w kB-:负风压作用下作用在广告牌广告布上

10、的风荷载标准值(MPa);w b+=1.4 X w；b+=1.4 X 0.001532=0.002145MPaw b-=1.4 X w=B- =1.4 X 0.002358 =0.003301MPa2.4 雪荷载标准值计算：S k：作用在广告牌上的雪荷载标准值(MPa)S 0:根本雪压,根据现行 <<建筑结构荷载标准>>GB50009-2001取值,福州地 区50年一遇最大积雪的自重：0MPa.U：屋面积雪分布系数,按表 6.2.1GB50009-2001,为2.0.根据 <<建筑结构荷载标准>>GB50009-200份式6.1.1屋面雪荷载标准

11、值为：S k=gX& =2.0 X0 =0MPa2.5 雪荷载设计值计算：S :雪荷载设计值(MPa);S=1.4=1.4 X0=0MPa2.6 广告牌面活荷载设计值：Q :广告牌面活荷载设计值(MPa);Q k：广告牌面活荷载标准值取：500N/R2Q=1.4 XQ=1.4 X 500/1000000=0.0007MPa由于&&Q,所以计算时活荷载参与正压组合！2.7 广告牌构件恒荷载设计值：G +:正压作用下广告牌构件恒荷载设计值(MPa);G -：负压作用下广告牌构件恒荷载设计值(MPa);G k：广告牌结构平均自重取 0.0004MPa；由于G与其它可变荷载比拟

12、,不起限制作用,所以：G +=1.2 XG=1.2 X 0.0004=0.00048MPaG -=G =0.0004MPa2.8 选取计算荷载组合：(1)正风压的荷载组合计算：S心：正风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa);S a+:正风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa);S kA+=G+wkA+0.7Qk =0.002069MPaS a+=G+wa+0.7Q =0.002817MPaS kB+:正风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa);S b+:正风压作用下的广告布的荷载设计值组合 (MPa);S kB+=G+wkB+0.7Qk =0.002282MPaS b+=G+wb+0

13、.7Q =0.003115MPa(2)负风压的荷载组合计算：S kA-:负风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa);S A-：负风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa);S kA-二G+Wa- =0.00163MPaS a-=G+wa- =1.0Gk+1.4WkA-=0.002442MPaS kB-:负风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa);S b-:负风压作用下的广告布的荷载设计值组合 (MPa);S kB-=G+WkB- =0.001958MPaS b-=G+wb- =1.0Gk+1.4WkB-=0.002901MPa(3)最不利荷载选取：S kA：作用在龙骨上的最不利荷载标准值

14、组合(MPa);S a：作用在龙骨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=0.002069MPaS A=0.002817MPaS kB：作用在广告布上的最不利荷载标准值组合 (MPa);S b：作用在广告布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=0.002282MPaS B=0.003115MPa3广告牌杆件计算根本参数：1 :计算点标高：8m12 :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=8000mrm受力模型图中a=1000mmi b=70

15、00mm5 :拉杆截面面积：6287mm6 :分格宽度：B=1500mm7 :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：3.1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=SB =0.002069 X1500 =3.104N/mmq=SB =0.002817 X1500 =4.226N/mm(2)拉杆轴力计算：由于拉杆在广告牌外力作用下在较接点产

16、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);qL 4(3-4a/L+(a/L) 4)/24EI-Pb 3/3EI=PL 拉杆/EAE :材料的弹性模量,为 206000MPaL 拉杆： 拉杆的长度；A :拉杆截面面积(mnn)；P=qL 4A(3-4a/L+(a/L) 4)/8(Ab 3+3L 拉杆 I) =15751.273N拉杆的轴向作用力为：N=P/sin a =31517.037N(3)广告牌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： M max：悬臂梁最大弯矩设计值(N mm)x

17、: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(mm);a 、b:长度参数,见模型图(mm)； 经过计算机的优化计算,得：x=8000mm|M max|=|P(x-a)-qx 2/2|=24973089N- mm3.2 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=215MP 材料弹性模量：E=206000MP a 主力方向惯性矩：I=102584500mm； 主力方向截面反抗矩：W=658260m m 塑性开展系数：=1.05;(2)拉杆杆件的截面特性：拉杆的截面面积：A=6287mrp材料的抗

18、压强度设计值：f 1=215MPa材料的抗拉强度设计值：f 2=215MPa 材料弹性模量：E=206000MP a3.3 梁的抗弯强度计算：抗弯强度应满足：N JA+MU/丫 惭 f上式中：N l：梁受到的轴力(N);A :梁的截面面积(m前；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反抗矩(mnm);丫：塑性开展系数,取1.05;f :材料的抗弯强度设计值,取 215MPa 那么：N L=Pctg a =27298.737NN L/A+Mmax/ T W=27298.737/9351+24973089/1.05/658260 =39.051MPa<

19、215MPa悬臂梁抗弯强度满足要求.3.4 拉杆的抗拉(压)强度计算：校核依据：对于受拉杆彳,校核：N/A< f对于受压杆件,需要进行稳定性计算,校核： N/(|)AWf 其中：小：轴心受压柱的稳定系数,查表6.3.8102-2003 及表C.2GB50017-2003 取值；i :截面回转半径,i=(I/A) 0.5 ；入：构件的长细比,不宜大于 250,入=L/i ;由于风荷载是正风压荷载,所以,拉杆是承受拉力的.校核依据：N/A <215MPaN/A=31517.037/6287 =5.013MPa<215MPa拉杆的抗拉强度满足要求.3.5 梁的挠度计算：主梁的最大挠

20、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：d fp：集中力作用下的C点挠度(mm)；d fq：均布荷载作用下的C点挠度(mm)；d fc：组合荷载作用下的C点挠度(mm)；d fp=Pt)L(3-b/L)/6EI=103.481mmd fq=qL4/8EI=102.388mmd fc=|dfp-dfq|=|103.481-102.388|=1.093mmd * :按标准要求,悬臂杆件的挠度限值(mm)；d f,iim =2L/250=64mmd fc=1.093mmc df,lim =64mm悬臂梁杆件C点的挠度满足要求！(2)AB段最大挠度的

21、验算：d fx: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=3912mmd fx=|qL4(3-4x/L+(x/L) 4)/24EI-Pb 3x (2-3(x-a)/b+(x-a)3/b 3)/6EI|=2.473mmd fx=2.473mmc df,lim =64mm悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求！4广告牌焊缝计算根本参数：1 :焊缝高度：hf=8mm2 :焊缝有效截面反抗矩： W=152360mm3 :焊缝有效截面积：A=4856.45mr24.1 受力分析：V :固端剪力(N);N l：轴力(mm),拉为正、压为负；M :固端弯矩

22、(N - mm)|V|=|P-qL|二|15751.273-4.226 X 8000|=18056.727NN l=27298.737N|M|=|Pb-qL 2/2| =24973089N- mm4.2 焊缝校核计算：校核依据：(山/ 0f)2+j2)O.5wffw7.1.3-3GB50017-2003上式中：<Tf：按焊缝有效截面计算,垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)；Bf：正面角焊缝的强度设计值增大系数,取 1.22;：按焊缝有效截面计算,沿焊缝长度方向的剪应力(MPa);f fw：角焊缝的弓S度设计值(MPa);(山/ Pf)2+Tf2) 05=(M/1.22W+N l/1.22

23、A) 2+(V/A) 2)0.5=(24973089/1.22/152360+27298.737/1.22/4856.45)2+(18056.727/4856,45) 2)0.5=139.008MPa139.008MPa <ffW=160MPa焊缝强度能满足要求.5广告牌埋件计算(土建预埋)5.1 校核处埋件受力分析：V :剪力设计值(N);N :轴向拉(压)力设计值(N),本处为轴向压力；M :根部弯矩设计值(N mm)根据前面的计算,得：N=27298.737NV=18056.727NM=24973089N - mm5.2 埋件计算：校核依据,根据JGJ102-2003的规定,锚筋的总截面面积需要同时满足以下条件： (1)当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时,应同时满足下面的条件：a : 2V/arafy+N/0.8abfy+M/1.3aabfyZ C.0.1-1JGJ102-2003b : Q N/0.8a bf y+M/0.4arabfyZC.0.1-2JGJ102-2003(2)当有剪力、法向压力和弯矩