太阳能边框单坡式设计计算书
基本参数: 标高=7.000m
抗震7 度 （0.10g）设防
一、设计方法和指标
本工程设计采用概率极限状态设计法,根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001规定
各种载荷的分项系数如下：
1.永久载荷分项系数 rg：
1)当其效应对结构不利时
①对由可变荷载效应控制的组合，应取 1.2；
②对由永久荷载效应控制的组合，应取 1.35；
2)当其效应对结构有利时
①一般情况下应取 1.0；
②对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取 0.9。
2.可变荷载的分项系数：
①一般情况下应取 1.4；
②对标准值大于 4KN/m^2 的工业房屋楼面结构的活荷载应取 1.3。
对于某些特殊情况，可按建筑结构有关设计规范的规定确定。
在设计中采用可变荷载效应控制的组合，各相的分相系数取值如下
永久载荷分项系数 rg 为： 1.2
风载荷分项系数 rw为： 1.4
雪载荷分项系数 rs为： 1.4
活载荷分项系数 rq为： 1.3
地震载荷分项系数 re 为： 1.3
温度载荷分项系数 rt 为： 1.3
二、采光顶承受荷载计算
1. 风荷载标准值计算:
Wk: 作用在采光顶上的风荷载标准值(kN/m^2)
Wk=0.800 kN/m^2
因为 Wk<=1.0KN/M^2,取 Wk=1.000 kN/m^2
2. 风荷载设计值:
Ｗ: 风荷载设计值: kN/m^2
rw: 风荷载作用效应的分项系数：1.4
按《铝门窗幕墙技术资料汇编(一)》表'3-1 各种荷载分顶系数'采用
Ｗ=rw×Wk=1.4×1.000=1.400kN/m^2
3. 雪载荷标准值计算
Sk: 作用在采光顶上的雪荷载标准值(kN/m^2)
S0: 基本雪压,青龙 50 年一遇最大积雪的自重: 0.400kN/m^2
根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001 取值
μr: 屋面积雪分布系数为 1.000
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001 公式 6.1.1 屋面雪载荷按下式计算
Sk=μr×S0
=1.000×0.400 =0.400kN/m^2
4. 雪载荷设计值计算
S: 雪载荷设计值(KN/m^2)
rs: 雪载荷分项系数为 1.40
按《铝门窗幕墙技术资料汇编(一)》表'3-1 各种荷载分顶系数'采用
S=rs×Sk
=1.40×0.400
=0.560kN/m^2
5.采光顶构件自重荷载设计值
G: 采光顶构件自重荷载设计值(KN/m^2)
Gk: 采光顶结构平均自重[KN/m^2]为 0.40 KN/m^2
rg: 恒载荷分项系数为 1.20
按《铝门窗幕墙技术资料汇编(一)》表'3-1 各种荷载分顶系数'采用
G=rg×Gk
=1.20×0.400
=0.480kN/m^2
6. 采光顶坡面活荷载设计值
Q: 采光顶坡面活载荷设计值(KN/m^2)
rq: 活载荷分项系数为 1.30
Qk: 采光顶坡面活载荷标准值为 0.300kN/m^2
Q=rq×Qk
=1.3×0.300
=0.390kN/m^2
7. 采光顶设计中各种荷载组合:
计算采光顶杆件和结构应力时的载荷组合(沿坡面分布)
本地区位于北纬 27.5°以南,冬季气温较高,很少降雪。
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001 规定和<<建筑幕墙与采光顶技术>>5.2.1 中载荷组合要求:
设计荷载取恒载与活载,或恒载与风载两组中大值,组合系数取 1。
1)计算恒载荷+活载荷组合:
Q: 采光顶坡面活载荷为 0.390kN/m^2
α: 采光顶坡面水平夹角为 14.000°
G: 采光顶结构平均自重设计值为 0.480KN/m^2
Lj: 斜杆间距为 0.994m
qk1: 载荷组合之一(KN/m)
qk1=(G×1/cosα+Q)×Lj×cos(α)
=(0.495+0.390)×0.994×0.970
=0.853kN/m
2)计算恒载荷+风载荷组合:
W: 风载荷设计值 1.400 KN/m^2
G: 采光顶结构平均自重设计值为 0.480KN/m^2
Lj: 斜杆间距为 0.994m
α: 采光顶坡面水平夹角为 14.000°
qk2: 载荷组合之二(KN/m) qk2=(G+W)×1/cosα×Lj×cosα
=1.880×1.031×0.994×0.970
=1.869kN/m
Lj: 斜杆间距为 0.994m
q1: 载荷组合(KN/m)
3)设计荷载取其中最大者
q1=MAX(qk1,qk2)
=1.869kN/m
二、玻璃的选用:
本工程选用玻璃种类为: 钢化玻璃
1. 玻璃面积:
H: 采光顶分格高: 0.994m
B: 采光顶分格宽: 1.652m
A: 玻璃板块面积:
A=B×H
=0.994×1.652
=1.642m^2
2. 玻璃厚度选取:
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
A: 玻璃板块面积: 1.642m^2
K3: 玻璃种类调整系数: 3.000
试算:
C=Wk×A×10/3/K3
=1.000×1.642×10/3/3.000
=1.825
T=2×(1+C)^0.5-2
=2×(1+1.825)^0.5-2
=1.361mm
玻璃选取厚度为: 4.0mm
其大面强度设计值为:84.000N/mm^2
其边缘强度设计值为:58.800N/mm^2
三、玻璃的校核:
1. 玻璃板块自重:
GAk: 玻璃板块平均自重:
t: 玻璃板块厚度: 4.0mm
25.6: 玻璃的体积密度, 单位是kN/m^3 按5.2.1 采用
GAk=25.6×t/1000
=25.6×4.0/1000
=0.102kN/m^2
2. 验算荷载
1)计算恒载荷+活载荷组合:
Q: 采光顶坡面活载荷为 0.390kN/m^2 α: 采光顶坡面水平夹角为 14.000°
GAk: 玻璃板块平均自重为 0.102kN/m^2
rg : 永久荷载分项系数,取 1.2
qk1: 载荷组合之一(KN/m^2)
qk1=(rg×GAk×1/cosα+Q)×cos(α)
=(0.127+0.390)×0.970
=0.501kN/m^2
2)计算恒载荷+风载荷组合:
W: 风载荷设计值 1.400 KN/m^2
GAk: 玻璃板块平均自重为 0.102kN/m^2
rg : 永久荷载分项系数,取 1.2
α: 采光顶坡面水平夹角为 14.000°
qk2: 荷组合之二(KN/m^2)
qk2=1.2GAk+W
=0.123+1.400
=1.523kN/m^2
3)设计荷载取其中最大者
qb=MAX(qk1,qk2)
=1.523kN/m^2
3. 玻璃的强度计算:
校核依据: σ≤ｆg=84.000
q: 玻璃所受组合荷载:
a: 玻璃短边边长:0.994m
b: 玻璃长边边长:1.652m
t: 玻璃厚度:4.0mm
ψ: 玻璃板面跨中弯曲系数, 按边长比 a/b查
表5.4.1 得: 0.087
σw: 玻璃所受应力:
σw=6×ψ×qb×a^2×1000/t^2
=6×0.087×1.523×0.994^2×1000/4.0^2
=48.852N/mm^2
48.852N/mm^2≤ｆg=84.000N/mm^2
玻璃的强度满足!
4. 玻璃温度应力计算:
校核依据: σmax≤[σ]=58.800N/mm^2
(1)在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的
挤压温度应力为:
E: 玻璃的弹性模量:0.72×10^5N/mm^2
α^t: 玻璃的线膨胀系数: 1.0×10^-5
△Ｔ: 年温度变化差: 80.000℃
c: 玻璃边缘至边框距离, 取 5mm
dc: 施工偏差, 可取:3mm ,按5.4.3 选用
b: 玻璃长边边长:1.652m
在年温差变化下, 玻璃边缘与边框间挤压在玻璃中产生的 温度应力为:
σt1=E(a^t×△Ｔ-(2c-dc)/b/1000)
=0.72×△Ｔ-72×(2×5-3)/b
=0.72×80.000-72×(2×5-3)/1.652
=-247.485N/mm^2
计算值为负,挤压应力取为零.
0.000N/mm^2＜58.800N/mm^2
玻璃边缘与边框间挤压温度应力可以满足要求!
(2)玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
μ1: 阴影系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96 表 5.4.4-1 得 1.000
μ2: 窗帘系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96 表 5.4.4-2 得 1.000
μ3: 玻璃面积系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96 表 5.4.4-3 得 1.046
μ4: 边缘温度系数: 按《玻璃幕墙工程技术规范》
JGJ 102-96 表 5.4.4-4 得 0.380
Ｔc: 玻璃中央部分温度
a: 玻璃线胀系数: 1.0×10^-5
a0: 玻璃吸热率:0.099
a1: 室外热传递系数, 取 15W/m^2K
t0: 室外设计温度-10.000℃
t1: 室内设计温度 40.000℃
Ｔc=(a0×700+15×t0+8×t1)/(15+8)
=(0.099×700+15×(-10.000)+8×40.000)/(15+8)
=10.404℃
Ｔs: 玻璃边缘部分温度:
Ｔs=(15×t0+8×t1)/(15+8)
=(15×(-10.000)+8×40.000)/(15+8)
=7.391℃
△t: 玻璃中央部分与边缘部分温度差:
△t=Ｔc-Ｔs
=3.013℃
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力:
σt2=0.74×E×a×μ1×μ2×μ3×μ4×(Ｔc-Ｔs)
=0.74×0.72×10^5×1.0×10^-5×μ1×μ2×μ3×μ4×△t
=0.638N/mm^2
玻璃中央与边缘温度差产生的温度应力可以满足要求!
四、玻璃最大面积校核:
Azd: 玻璃的允许最大面积(m^2)
Wk: 风荷载标准值: 1.000kN/m^2
t: 玻璃厚度: 4.0mm
α1: 玻璃种类调整系数: 3.000 A: 计算校核处玻璃板块面积: 1.642m^2
Azd=0.3×α1×(t+t^2/4)/Wk (6.2.7-1)
=0.3×3.000×(4.0+4.0^2/4)/1.000
=7.200m^2
A=1.642m^2≤Azd=7.200m^2
可以满足使用要求!
五、单坡式采光顶杆件计算:
1. 验算截面弯矩
单坡采光顶大弯矩点发生在跨中
M0.5L: 验算截面弯矩
L1: 斜杆长度0.994m
q1: 设计荷载的线密度 1.869kN/m
M0.5L=q1×L1^2×cos α/8=q1×(L1/2)^2×cos α/2
=1.869×0.497^2×0.970/2
=0.224kN-m
=22371.968N-cm
2. 验算截面轴力
N0.5L: 验算截面轴力
L1: 斜杆长度0.994m
N0.5L=q1×L1×sin α/2
=1.869×0.994×0.242/2
=224.575N
3. 选用斜杆型材的截面特性:
选用型材号: XC1\Q128A60
型材强度设计值: 85.500N/mm^2
型材弹性模量: E=70000N/mm^2
X 轴惯性矩: Ix=5.511cm^4
Y 轴惯性矩: Iy=1.317cm^4
X 轴抵抗矩: Wx1=2.121cm^3
X 轴抵抗矩: Wx2=2.897cm^3
型材截面积: A=2.207cm^2
型材截面面积矩: Ss=1.588cm^3
4. 斜杆强度
σ:斜杆强度(N/mm^2)
Wx2:型材截面抗弯矩 2.897cm^3
A:型材截面积2.207cm^2
σ=M/W+N/A
=22371.968/2.897+224.575/2.207
=7824.754N/cm^2
=78.248N/m^2
78.248N/mm^2≤ｆa=85.500N/mm^2
杆件强度可以满足!
免责声明：本文来源于网络，版权归原作者所有，且仅代表原作者观点，转载并不意味着铝加网赞同其观点，或证明其内容的真实性、完整性与准确性，本文所载信息仅供参考，不作为铝加网对客户的直接决策建议。转载仅为学习与交流之目的，如无意中侵犯您的合法权益，请及时与0757-85529962联系处理。
