金属屋面计算书

1、 呼和浩特东客运站无柱风雨棚金属屋面工程设计计算书 设计：_审核：_审批：_目录一、设计依据：3二、材料数据：32.1、材料重力体积密度：32.2、材料力学性能：32.3、材料弹性模量及线膨胀系数：3三、屋面板设计验算：33.1、屋面板力学性能：33.2、金属屋面构造层次自重荷载统计：43.3、屋面活荷载：53.4、站台无柱风雨棚金属屋面板强度设计验算：6四、金属屋面檩条强度及刚度设计计算：94.1、荷载组合正向荷载:104.2、荷载组合负向荷载:10五、天沟龙骨强度及刚度设计计算:11六、附件强度计算：116.1、铝合金T码强度验算：116.2、T码ST5.5*35六角法兰钻尾钉连接计算：1

2、2七、温度变形的控制：12八、屋面降噪性能:128.1、隔声原理：128.2、隔声量计算数据对照表13九、屋面排水计算：139.1屋面板排水计算：139.2檐口天沟排水计算：14一、设计依据：1、 “呼和浩特东客运站无柱风雨棚金属屋面工程”招标文件及答疑文件；2、 中南建筑设计院提供的相关建筑与结构图纸；3、 国家相关的标准、规范及国外相关标准建筑结构荷载规范 （GB500092001）2006年版钢结构设计规范 （GB500172003）冷弯薄壁型钢结构技术规范 （GB500182002）建筑抗震设计规范 （GB500112001）屋面工程技术规范 （GB50207）金属屋面的设计和安装规范

3、 （AS1562）压型金属板设计施工规范 （YBG216）建筑物防雷设计规范 (GB5005794)室外排水规范 (GBJ1487)民用建筑热工设计规范 (GB5017693)民用建筑隔声设计规范 (GBJ11888)等二、材料数据：2.1、材料重力体积密度：铝 ： 27.0 KN/m3钢材： 78.5 KN/m32.2、材料力学性能：Q235B钢材强度设计值：f(拉、压、弯)215N/mm2fv(剪) 120N/mm2fce(端面承压)325N/mm2注：冷弯薄壁型钢的f(拉、压、弯)设计值为：205N/mm2E43型焊条手工焊，焊缝强度设计值：f(拉、压、弯、剪)160N/mm2 (角焊缝

4、)螺栓连接的强度设计值：f(拉、压)170N/mm2f(剪) 130N/mm22.3、材料弹性模量及线膨胀系数：材料 弹性模量 E(N/mm2) 线胀系数(10-5 )铝合金 0.70×105 2.35钢、不锈钢 2.06×105 1.2三、屋面板设计验算：3.1、屋面板力学性能：呼和浩特东站位于呼和浩特市城区东侧哈拉沁沟与内蒙古正大饲料厂之间的京包线上，距既有呼和站8.7公里，车站中心里程K644+950。呼和浩特东站站台雨棚是呼和浩特东站工程的重要部分，它在主站房的东西两侧对称布置。投影面积39900m2，最高点高度18.8m，东西18跨，总长502.243m，南北两跨

5、，总长102.5m，最大柱间距54m。站台风雨棚屋面板采用0.85mm厚直立锁边白色氟碳喷涂压型镀铝锌钢板（高强铝质支座H=105mm），其截面特性如下表所示：65/400型直立锁边压型镀铝锌钢板受向下压力时的截面参数板厚自重惯性矩跨中允许弯矩允许支座反力连续板支座允许弯矩MB/M0B,kRB/R0B,k1T mmG KN/m2Jef,k cm4/mMF,k KNm/mRa,k KN/mM0B,k KNm/mR0B,k KN/mMaxMB,k KNm/mMaxRB,k KN/m0.850.096743.31.4510.71.811751.7617.565/400型直立锁边压型镀铝锌钢板受向上压

6、力时的截面参数板厚惯性矩跨中允许弯矩允许支座反力连续板支座允许弯矩M/M0B,kR/R0B,k1T mmJef,k cm4/mMF,k KNm/mRa,k KN/mM0B,k KNm/mR0B,k KN/mMaxMB,k KNm/mMaxRB,k KN/m0.8539.31.7112.91.6854.61.538.8屋面板通过T型支座连接在檩条上，由T型支座支撑，故屋面板的受力应为多跨连续梁的形式，为简化计算，在验算中，屋面板按五跨连续进行计算，取1.0m的宽度进行单位宽度的验算，屋面板的计算跨度取1.2m，在强度验算时，考虑结构重要性系数为1.1（o=1.1）。其结构计算简图如下：3.2、金

7、属屋面构造层次自重荷载统计：金属屋面构造层次轴侧图如下：金属屋面构造层次：(1)屋面板：0.85mm厚直立锁边白色氟碳喷涂压型镀铝锌钢板规格：65/400 0.0967 kN/m2(2)高强铝质支架（H=105mm）下垫隔热垫 0.010 kN/m2(3) 30mm厚玻璃吸音棉 0.0036KN/m2（容重：12 kg/m3） (4)防潮层：PE防潮膜 忽略不计(5)支撑层：22×50×2.5镀锌钢板网 0.041KN/m2 (6)檩条：C220×75×20×3.0mm间距1.2m 0.074KN/m2屋面P5P8/PA轴线（P16P27/PA

8、轴线）内5500mm部分檩条采用C120×60×20×2.5mm1200 0.044KN/m2(7)吊顶底板：不在本次设计范围内，故不予考虑(8)其它附件 0.010KN/m2屋面荷载总计：0.236KN/m20.4 KN/m2 (站台雨棚屋面上弦恒载最大值)，满足设计要求。除檩条外屋面各构造层次恒荷载为0.162 KN/m2。3.3、屋面活荷载：A、屋面活荷载： 0.50 KN/m2B、屋面雪荷载：基本雪压 S0=0.45 KN/m2（重现期为100年）Sk=rx S0=1.4x0.45=0.63 kN/m2其中 Sk 屋面水平投影上的雪荷载标准值r屋面积雪分布

9、系数，取1.4S0 基本雪压。以上均为标准值。屋面活荷载应取屋面活荷载、雪荷载中的较大值：0.63 kN/m2。C、风荷载：本工程站台无柱风雨棚横向为两跨简支张弦梁结构，纵向为钢框架结构。站台风雨棚分为两部分，对称布置；每一部分沿纵向设置一道伸缩缝，纵向钢框架梁在伸缩缝处断开。站台无柱风雨棚分为两部分，两侧雨棚对称分布，并且为开敞性建筑。在屋面外维护结构计算中选取站房雨棚中部及外檐口区域作为研究对象，由于其自身的屋盖曲面形状并不复杂，屋盖在风荷载作用下基本风压与风振系数的取值根据建筑荷载规范结合当地的风气象资料以及项目所在地的地形、地貌和建筑结构本身的动力学特性合理选用。风荷载：基本风压值Wo

10、=0.60KN/m2（按100年重现期取值）；雪荷载：基本雪压值So=0.45KN/m2（按100年重现期取值）；地面粗糙度为B类；温度作用：屋面设计应考虑温差变化，按-35降温、25 升温考虑。计算围护结构风荷载时所运用的公式：Wk =gz ·sl ·z·W ogz高度z处的阵风系数sl局部风压体型系数z风压高度变化系数Wo基本风压（KN/m2）D、站台无柱风雨棚中部屋面荷载组合18.8m处：Wk=gz ·sl ·z·Wo18.8m处=1.68×（-0.575）×1.22×0.60=-0.707 KN/

11、m2E、外檐口部分：外檐口区域负风压产生的作用效应对于屋面板强度及刚度设计最为不利。高度系数z（按15.351米取值）取为1.15风荷载体型系数取sl =-2.015.351m处的阵风系数gz =1.72向上的风吸力：Wk=1.72×1.15×（-2.0）×0.6=-2.37 KN/m23.4、站台无柱风雨棚金属屋面板强度设计验算：站台无柱风雨棚采用0.85mm厚直立锁边白色氟碳喷涂压型镀铝锌钢板，规格：65/400。金属屋面板断面如下：、荷载计算：恒荷载：0.85mm厚直立锁边白色氟碳喷涂压型镀铝锌钢板，规格：65/400 0.0967 KN/m2荷载组合站台无

12、柱风雨棚中部屋面：a）正向荷载设计值（受力方向向下）：控制作用的为屋面雪荷载，屋面荷载控制效应组合为：1）正向荷载 （受力方向向下）荷载组合公式：1.2恒载+1.4雪荷载+0.9积灰+风载(压力) 标准值：qk=0.0967+0.63 KN/m2=0.727KN/m2设计值：q 1.2×0.0967+1.4×0.63 KN/m2=0.998KN/m22)负向荷载 （受力方向向上）荷载组合公式：1.0恒载+1.4风载(吸力)标准值：qk0.0967+ (-0.707) KN/m2-0.610KN/m2设计值：q 1.0×0.0967+1.4×(-0.707

13、)-0.893KN/m2、外檐口区域荷载组合：负风压起控制作用。1.0恒载+1.4风载(吸力)标准值：qk=0.0967+（-2.37) KN/m2=-2.273KN/m2设计值：q =1.0×0.0967+ 1.4×(-2.37) KN/m2=-3.221KN/m23.4.4、屋面计算模型：屋面板通过T型支座连接在次檩条上，由T型支座支撑，故屋面板的受力应为多跨连续梁的形式，为简化计算，在验算中，屋面板按五跨连续进行计算，取1m的宽度进行单位宽度的验算，计算跨度按1.2m验算。在强度验算时，考虑结构重要性系数为1.1，其计算模型为：(1)正向荷载下屋面板的强度和挠度的综合

14、验算：a)屋面板强度验算：i. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078ql20.078×0.998×1.22×1.10.123 KN·m1.45 KN·m满足要求。ii. 屋面板在支座处最大弯矩：Mf20.105ql20.105×0.998×1.22×1.10.166 KN·m1.76KN·m满足要求。iii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132ql1.132×0.998 ×1.2×1.11.492 KN10.7KN满足要求。iv. 屋面板边支座反力：R2 0.39

15、4ql0.394×0.998×1.2×1.10.519KN17.5KN满足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.166/1.811.492/1750.1001满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.644ql4/100EI0.644×0.727×12004/（100×0.7×105×43.3×104 ）0.3mmL/2501200/250=5mm满足要求。(2)负向荷载下屋面板的强度和挠度的综合验算：a)屋面板强度验算：i. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078ql20.078×(

16、-0.893)×1.22×1.10.110KN·m|Mf1|1.71 KN·m满足要求。ii. 屋面板在支座处最大弯矩：Mf20.105ql20.105×(-0.893)×1.22×1.10.149 KN·m|Mf2|1.53 KN·m满足要求。iii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132ql1.132×(-0.893)×1.2×1.11.334 KN|R1|12.9 KN满足要求。iv. 屋面板边支座反力:R2 0.394ql0.394*(-0.893)*1.2*1.10

17、.464KN|R2|8.8 KN满足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.149/1.681.334/54.60.1131满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.644ql4/100EI0.644×0.610×12004/（100×0.7×105×39.3×104）0.3mmL/2505mm满足要求。外檐口区域处金属屋面板的强度及刚度计算：负向荷载下屋面板的强度和挠度的综合验算：a)屋面板强度验算：vi. 屋面板跨中最大弯矩：Mf10.078ql20.078×(-3.221)×1.22×1.

18、10.397KN·m|Mf1|1.71 KN·m满足要求。vii. 屋面板在支座处最大弯矩：Mf20.105ql20.105×(-3.221)×1.22×1.10.536 KN·m|Mf2|1.53 KN·m满足要求。viii. 屋面板中间支座反力：R1 1.132ql1.132×(-3.221)×1.2×1.14.813 KN|R1|12.9 KN满足要求。ix. 屋面板边支座反力:R2 0.394ql0.394×(-3.221)×1.2×1.11.675KN|R

19、2|8.8 KN满足要求。x. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.536/1.684.813/54.60.4071满足要求。b)屋面板挠度验算：f1 0.644ql4/100EI0.644×2.273×12004/（100×0.7×105×39.3×104）1mmL/2505mm满足要求。四、金属屋面檩条强度及刚度设计计算：金属屋面檩条采用C220×75×20×3.0型钢，其截面特性如下： Ix=797.56cm4，Wx=72.51cm3，g=0.0886KN/m本工程金属屋面檩条按两跨梁计算。在均

20、布荷载作用下：M=表中系数×ql2V=表中系数×qlf=表中系数×ql2/100EI跨内最大弯矩支座弯矩剪力跨度中点挠度M1M2MBVAVB左/VB右VCf1f20.070.07-0.1250.375-0.625/0.625-0.3750.5210.5214.1、荷载组合正向荷载:其结构计算受力简图如下：q标=恒载+活载=0.162×1.2+0.0886+0.63×1.2=1.039KN/mq设=1.0×恒载+1.4×活载=1.341KN/mM1=M2=0.070ql2=0.070×1.341×7.795

21、2=5.704KN·m=M/（·Wx）=5.704×106/（1.1×72.51×103）=71.511N/mm<f=215N/mmf=0.521·q·l4/（100EIx）=0.521×1.0×77954/（100×2.06×105×797.56×104）=12mm<=l/200=39mm满足要求。4.2、荷载组合负向荷载:其结构计算受力简图如下：Wk=gz ·sl ·z·Wo=1.72×（-2.0）×

22、1.15×0.6=-2.37 KN/m2q标=恒载+负风压=0.283+（-2.37）×1.2=-2.561KN/mq设=1.0×恒载+1.4×负风压=1.0×0.283+1.4×（-2.37）×1.2=-3.699KN/mM1=M2=0.070ql2=0.070×3.736×7.7952=15.731 KN·m=M/（·Wx）=15.731×106/（1.1×72.51×103）=197.227N/mm2<f =215N/mm2f=0.521

23、83;q·l4/（100EIx）=0.521×2.561×77954/（100×2.06×105×797.56×104）=30mm<=l/200=39mm满足要求。五、天沟龙骨强度及刚度设计计算:天沟构造做法如下：天沟龙骨采用60×60×3.0矩管，其截面特性如下： Ix=37.14cm4，Wx=12.38cm3Sr=7.32 cm3, g=0.0537 KN/m荷载组合：外檐口高度15.351mWk=gz ·sl ·z·Wo=1.72×（-2.0）×

24、;1.15×0.6=-2.374 KN/m2q标=恒载+活载=0.0537+7.0=7.0537KN/mq设=1.2×恒载+1.4×活载=1.2×0.0537+1.4×7.0=9.864KN/mM=ql2/8=9.864×0.52/8=0.308KN·m=M/（×wx）=0.308×106/（1.1×12.38×103）=22.617N/mm<f/=215/1.1=195.45N/mmf=5×q×l4/（384EI）=5×7.0537×50

25、04/（384×2.06×105×37.14×104）=0.075mm<=l/200=39mm满足要求。荷载组合：q标=恒载+负风压=0.0537+（-2.374）=-2.32KN/mq设=1.2×恒载+1.4×负风压=1.2×0.0537+1.4×（-2.374）=-3.27KN/mM=ql2/8=3.27×0.52/8=0.102KN·m=M/（·Wx）=0.102×106/（1.1×12.38×103）=7.49N/mm2<f/=215/

26、1.1=195.45N/mm2f=5×q×l4/（384EI）=5×2.32×5004/（384×2.06×105×37.14×104）=0.0247mm<=l/200=39mm满足要求。六、附件强度计算：6.1、铝合金T码强度验算：T码宽度60mm，最薄处厚度2.5mm，T码最薄处截面积为2.5×60=150mm2，横向间距400mm，忽略T码自重，根据屋面板支座反力计算结果，最大负反力为-4.813KN, 最大正反力为1.492KN,则每个T码所承受的负轴力为-4.813×0.4=-1

27、.925KN，所承受的正轴力为1.492×0.4=0.600KN则最大应力为:=N/A=1.925×103/150=12.833(N/mm2)<160(N/mm2)满足受力要求。6.2、T码ST5.5*35六角法兰钻尾钉连接计算：T码由四个自攻螺钉固定在3mm厚的檩条上，每个螺钉受力为1.925/4=0.4814KN,抗拉强度=N/A=0.481×103 /24=20.04(N/mm2)<165(N/mm2)钉孔型檩条受剪面积为28.3mm2，抗剪强度=0.481×103/28.3=17 N/mm2<120 N/mm2，满足受力要求。七

28、、温度变形的控制：根据“呼和浩特东客运站无柱风雨棚金属屋面工程”招标文件以及当地相关气象资料。屋面设计应考虑温差变化，按-35降温、25 升温考虑。最大温差T0=T2-T1=60。考虑施工温度为-10，计算温差T1=60-（-10）=70。为了防止由于温度变化造成屋面板伸缩变化，影响屋面板的正常排水，同时为了防止檩条产生温度应力，对整个结构的安全和稳定性产生影响。屋面板预留了一定的伸缩量，以防止由于温度变化对整个屋面系统产生影响。屋面板在设计时，根据屋面自身体型特点，在每块屋面板两端各设置一道天沟，天沟具体位置详见屋面工程方案图，即金属屋面板平面布置图，板长两端各预留搭接长度100mm，上层的

29、屋面板按19.527m长布置。由于温度变化而造成屋面板的长度变形为：l=·T·l=2.35×105×70×19.527 m=0.032 m=32mm100mm (为铝合金的线膨胀系数)满足要求，故温度变化不会对屋面板的防水造成不利影响。八、屋面降噪性能:8.1、隔声原理：在围护结构中影响声音透射的主要因素是单位面积的重量及入射声波的频率，也就是说围护结构受到声波激发所引起的振动与质量有关，即墙体或屋面单位面积的重量越大，则透射的声能就越小。对于某一频率，（屋面的隔声量是随单位面积质量的增加而增加的）。薄而轻的墙比厚而重的墙，在声波作用下，更容易

30、产生振动，并且振动幅度大，说明单位面积质量小的墙体隔声能力差，另外低频声比高频声容易激发起墙的振动，这说明构件的低频隔声能力不如高频声好。在金属屋面中，由于屋面的面密度较小，对屋面的隔声带来不利的影响。因此，在设计中应合理选择隔声构造，提高屋面结构的隔声能力，以满足所需的隔声量。金属屋面隔声量的计算可按均匀密实墙体的隔声量公式进行计算确定，即：R20 lg（f·m）+k式中：R墙体的隔声量（d） f入射声波的频率（HZ） m墙体的面密度（kg/m2）k常数，当声波为无规入射时，k=48式中m23.6，k48代入公式得：3.1 f125HZ , R20 lg（125×23.6）4821.4（d）3.2 f250HZ , R20 lg（250×23.6）4827.4（d）3.3 f500HZ , R20 lg（500×23.6）4833.4（d）3.4 f1K HZ, R20 lg（1000×23.6）4839.5（d）3.5 f2