金屬屋面計(jì)算書(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 呼和浩特東客運(yùn)站無柱風(fēng)雨棚金屬屋面工程設(shè)計(jì)計(jì)算書 設(shè)計(jì)：_審核：_審批：_專心-專注-專業(yè)目錄一、設(shè)計(jì)依據(jù)：1、 “呼和浩特東客運(yùn)站無柱風(fēng)雨棚金屬屋面工程”招標(biāo)文件及答疑文件；2、 中南建筑設(shè)計(jì)院提供的相關(guān)建筑與結(jié)構(gòu)圖紙；3、 國家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 （GB500092001）2006年版鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB500172003）冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 （GB500182002）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB500112001）屋面工程技術(shù)規(guī)范 （GB50207）金屬屋面的設(shè)計(jì)和安裝規(guī)范 （AS1562）壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)范 （YBG216

2、）建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB5005794)室外排水規(guī)范 (GBJ1487)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB5017693)民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范 (GBJ11888)等二、材料數(shù)據(jù)：2.1、材料重力體積密度：鋁 ： 27.0 KN/m3鋼材： 78.5 KN/m32.2、材料力學(xué)性能：Q235B鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f(拉、壓、彎)215N/mm2fv(剪) 120N/mm2fce(端面承壓)325N/mm2注：冷彎薄壁型鋼的f(拉、壓、彎)設(shè)計(jì)值為：205N/mm2E43型焊條手工焊，焊縫強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f(拉、壓、彎、剪)160N/mm2 (角焊縫)螺栓連接的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：f(拉、壓)170N/mm2f(

3、剪) 130N/mm22.3、材料彈性模量及線膨脹系數(shù)：材料 彈性模量 E(N/mm2) 線脹系數(shù)(10-5 )鋁合金 0.70×105 2.35鋼、不銹鋼 2.06×105 1.2三、屋面板設(shè)計(jì)驗(yàn)算：3.1、屋面板力學(xué)性能：呼和浩特東站位于呼和浩特市城區(qū)東側(cè)哈拉沁溝與內(nèi)蒙古正大飼料廠之間的京包線上，距既有呼和站8.7公里，車站中心里程K644+950。呼和浩特東站站臺(tái)雨棚是呼和浩特東站工程的重要部分，它在主站房的東西兩側(cè)對(duì)稱布置。投影面積39900m2，最高點(diǎn)高度18.8m，東西18跨，總長502.243m，南北兩跨，總長102.5m，最大柱間距54m。站臺(tái)風(fēng)雨棚屋面板采

4、用0.85mm厚直立鎖邊白色氟碳噴涂壓型鍍鋁鋅鋼板（高強(qiáng)鋁質(zhì)支座H=105mm），其截面特性如下表所示：65/400型直立鎖邊壓型鍍鋁鋅鋼板受向下壓力時(shí)的截面參數(shù)板厚自重慣性矩跨中允許彎矩允許支座反力連續(xù)板支座允許彎矩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型直立鎖邊壓型鍍鋁鋅鋼板受向上壓力時(shí)的截面參數(shù)板厚慣性矩跨中允許彎矩允許支座反力連續(xù)板支

5、座允許彎矩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屋面板通過T型支座連接在檁條上，由T型支座支撐，故屋面板的受力應(yīng)為多跨連續(xù)梁的形式，為簡化計(jì)算，在驗(yàn)算中，屋面板按五跨連續(xù)進(jìn)行計(jì)算，取1.0m的寬度進(jìn)行單位寬度的驗(yàn)算，屋面板的計(jì)算跨度取1.2m，在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1（o=1.1）。其結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖如下：3.2、金屬屋面構(gòu)造層次自重荷載統(tǒng)計(jì)：金屬屋面構(gòu)造層次軸側(cè)圖如下：

6、金屬屋面構(gòu)造層次：(1)屋面板：0.85mm厚直立鎖邊白色氟碳噴涂壓型鍍鋁鋅鋼板規(guī)格：65/400 0.0967 kN/m2(2)高強(qiáng)鋁質(zhì)支架（H=105mm）下墊隔熱墊 0.010 kN/m2(3) 30mm厚玻璃吸音棉 0.0036KN/m2（容重：12 kg/m3） (4)防潮層：PE防潮膜 忽略不計(jì)(5)支撐層：22×50×2.5鍍鋅鋼板網(wǎng) 0.041KN/m2 (6)檁條：C220×75×20×3.0mm間距1.2m 0.074KN/m2屋面P5P8/PA軸線（P16P27/PA軸線）內(nèi)5500mm部分檁條采用C120×60

7、×20×2.5mm1200 0.044KN/m2(7)吊頂?shù)装澹翰辉诒敬卧O(shè)計(jì)范圍內(nèi)，故不予考慮(8)其它附件 0.010KN/m2屋面荷載總計(jì)：0.236KN/m20.4 KN/m2 (站臺(tái)雨棚屋面上弦恒載最大值)，滿足設(shè)計(jì)要求。除檁條外屋面各構(gòu)造層次恒荷載為0.162 KN/m2。3.3、屋面活荷載：A、屋面活荷載： 0.50 KN/m2B、屋面雪荷載：基本雪壓 S0=0.45 KN/m2（重現(xiàn)期為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載標(biāo)準(zhǔn)值r屋面積雪分布系數(shù)，取1.4S0 基本雪壓。以上均為標(biāo)準(zhǔn)值。屋面活荷載

8、應(yīng)取屋面活荷載、雪荷載中的較大值：0.63 kN/m2。C、風(fēng)荷載：本工程站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚橫向?yàn)閮煽绾喼埾伊航Y(jié)構(gòu)，縱向?yàn)殇摽蚣芙Y(jié)構(gòu)。站臺(tái)風(fēng)雨棚分為兩部分，對(duì)稱布置；每一部分沿縱向設(shè)置一道伸縮縫，縱向鋼框架梁在伸縮縫處斷開。站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚分為兩部分，兩側(cè)雨棚對(duì)稱分布，并且為開敞性建筑。在屋面外維護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算中選取站房雨棚中部及外檐口區(qū)域作為研究對(duì)象，由于其自身的屋蓋曲面形狀并不復(fù)雜，屋蓋在風(fēng)荷載作用下基本風(fēng)壓與風(fēng)振系數(shù)的取值根據(jù)建筑荷載規(guī)范結(jié)合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)氣象資料以及項(xiàng)目所在地的地形、地貌和建筑結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)力學(xué)特性合理選用。風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓值Wo=0.60KN/m2（按100年重現(xiàn)期取值）；雪荷載：基

9、本雪壓值So=0.45KN/m2（按100年重現(xiàn)期取值）；地面粗糙度為B類；溫度作用：屋面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮溫差變化，按-35降溫、25 升溫考慮。計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載時(shí)所運(yùn)用的公式：Wk =gz ·sl ·z·W ogz高度z處的陣風(fēng)系數(shù)sl局部風(fēng)壓體型系數(shù)z風(fēng)壓高度變化系數(shù)Wo基本風(fēng)壓（KN/m2）D、站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚中部屋面荷載組合18.8m處：Wk=gz ·sl ·z·Wo18.8m處=1.68×（-0.575）×1.22×0.60=-0.707 KN/m2E、外檐口部分：外檐口區(qū)域負(fù)風(fēng)壓產(chǎn)生的作用效應(yīng)對(duì)于屋

10、面板強(qiáng)度及剛度設(shè)計(jì)最為不利。高度系數(shù)z（按15.351米取值）取為1.15風(fēng)荷載體型系數(shù)取sl =-2.015.351m處的陣風(fēng)系數(shù)gz =1.72向上的風(fēng)吸力：Wk=1.72×1.15×（-2.0）×0.6=-2.37 KN/m23.4、站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚金屬屋面板強(qiáng)度設(shè)計(jì)驗(yàn)算：站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚采用0.85mm厚直立鎖邊白色氟碳噴涂壓型鍍鋁鋅鋼板，規(guī)格：65/400。金屬屋面板斷面如下：3.4.1、荷載計(jì)算：恒荷載：0.85mm厚直立鎖邊白色氟碳噴涂壓型鍍鋁鋅鋼板，規(guī)格：65/400 0.0967 KN/m23.4.2荷載組合站臺(tái)無柱風(fēng)雨棚中部屋面：a）正向荷載設(shè)計(jì)值

11、（受力方向向下）：控制作用的為屋面雪荷載，屋面荷載控制效應(yīng)組合為：1）正向荷載 （受力方向向下）荷載組合公式：1.2恒載+1.4雪荷載+0.9積灰+風(fēng)載(壓力) 標(biāo)準(zhǔn)值：qk=0.0967+0.63 KN/m2=0.727KN/m2設(shè)計(jì)值：q 1.2×0.0967+1.4×0.63 KN/m2=0.998KN/m22)負(fù)向荷載 （受力方向向上）荷載組合公式：1.0恒載+1.4風(fēng)載(吸力)標(biāo)準(zhǔn)值：qk0.0967+ (-0.707) KN/m2-0.610KN/m2設(shè)計(jì)值：q 1.0×0.0967+1.4×(-0.707)-0.893KN/m23.4.3、

12、外檐口區(qū)域荷載組合：負(fù)風(fēng)壓起控制作用。1.0恒載+1.4風(fēng)載(吸力)標(biāo)準(zhǔn)值：qk=0.0967+（-2.37) KN/m2=-2.273KN/m2設(shè)計(jì)值：q =1.0×0.0967+ 1.4×(-2.37) KN/m2=-3.221KN/m23.4.4、屋面計(jì)算模型：屋面板通過T型支座連接在次檁條上，由T型支座支撐，故屋面板的受力應(yīng)為多跨連續(xù)梁的形式，為簡化計(jì)算，在驗(yàn)算中，屋面板按五跨連續(xù)進(jìn)行計(jì)算，取1m的寬度進(jìn)行單位寬度的驗(yàn)算，計(jì)算跨度按1.2m驗(yàn)算。在強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，考慮結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1，其計(jì)算模型為：(1)正向荷載下屋面板的強(qiáng)度和撓度的綜合驗(yàn)算：a)屋面板強(qiáng)度驗(yàn)算：

13、i. 屋面板跨中最大彎矩：Mf10.078ql20.078×0.998×1.22×1.10.123 KN·m1.45 KN·m滿足要求。ii. 屋面板在支座處最大彎矩：Mf20.105ql20.105×0.998×1.22×1.10.166 KN·m1.76KN·m滿足要求。iii. 屋面板中間支座反力：R1 1.132ql1.132×0.998 ×1.2×1.11.492 KN10.7KN滿足要求。iv. 屋面板邊支座反力：R2 0.394ql0.394×

14、;0.998×1.2×1.10.519KN17.5KN滿足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.166/1.811.492/1750.1001滿足要求。b)屋面板撓度驗(yàn)算：f1 0.644ql4/100EI0.644×0.727×12004/（100×0.7×105×43.3×104 ）0.3mmL/2501200/250=5mm滿足要求。(2)負(fù)向荷載下屋面板的強(qiáng)度和撓度的綜合驗(yàn)算：a)屋面板強(qiáng)度驗(yàn)算：i. 屋面板跨中最大彎矩：Mf10.078ql20.078×(-0.893)×

15、1.22×1.10.110KN·m|Mf1|1.71 KN·m滿足要求。ii. 屋面板在支座處最大彎矩：Mf20.105ql20.105×(-0.893)×1.22×1.10.149 KN·m|Mf2|1.53 KN·m滿足要求。iii. 屋面板中間支座反力：R1 1.132ql1.132×(-0.893)×1.2×1.11.334 KN|R1|12.9 KN滿足要求。iv. 屋面板邊支座反力:R2 0.394ql0.394*(-0.893)*1.2*1.10.464KN|R2|8.8

16、 KN滿足要求。v. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.149/1.681.334/54.60.1131滿足要求。b)屋面板撓度驗(yàn)算：f1 0.644ql4/100EI0.644×0.610×12004/（100×0.7×105×39.3×104）0.3mmL/2505mm滿足要求。3.4.5外檐口區(qū)域處金屬屋面板的強(qiáng)度及剛度計(jì)算：負(fù)向荷載下屋面板的強(qiáng)度和撓度的綜合驗(yàn)算：a)屋面板強(qiáng)度驗(yàn)算：vi. 屋面板跨中最大彎矩：Mf10.078ql20.078×(-3.221)×1.22×1.10.397KN

17、·m|Mf1|1.71 KN·m滿足要求。vii. 屋面板在支座處最大彎矩：Mf20.105ql20.105×(-3.221)×1.22×1.10.536 KN·m|Mf2|1.53 KN·m滿足要求。viii. 屋面板中間支座反力：R1 1.132ql1.132×(-3.221)×1.2×1.14.813 KN|R1|12.9 KN滿足要求。ix. 屋面板邊支座反力:R2 0.394ql0.394×(-3.221)×1.2×1.11.675KN|R2|8.8 KN

18、滿足要求。x. Mf2/M0B,k R1/R0B,k0.536/1.684.813/54.60.4071滿足要求。b)屋面板撓度驗(yàn)算：f1 0.644ql4/100EI0.644×2.273×12004/（100×0.7×105×39.3×104）1mmL/2505mm滿足要求。四、金屬屋面檁條強(qiáng)度及剛度設(shè)計(jì)計(jì)算：金屬屋面檁條采用C220×75×20×3.0型鋼，其截面特性如下： Ix=797.56cm4，Wx=72.51cm3，g=0.0886KN/m本工程金屬屋面檁條按兩跨梁計(jì)算。在均布荷載作用下：M

19、=表中系數(shù)×ql2V=表中系數(shù)×qlf=表中系數(shù)×ql2/100EI跨內(nèi)最大彎矩支座彎矩剪力跨度中點(diǎn)撓度M1M2MBVAVB左/VB右VCf1f20.070.07-0.1250.375-0.625/0.625-0.3750.5210.5214.1、荷載組合正向荷載:其結(jié)構(gòu)計(jì)算受力簡圖如下：q標(biāo)=恒載+活載=0.162×1.2+0.0886+0.63×1.2=1.039KN/mq設(shè)=1.0×恒載+1.4×活載=1.341KN/mM1=M2=0.070ql2=0.070×1.341×7.7952=5.704K

20、N·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滿足要求。4.2、荷載組合負(fù)向荷載:其結(jié)構(gòu)計(jì)算受力簡圖如下：Wk=gz ·sl ·z·Wo=1.72×（-2.0）×1.15

21、5;0.6=-2.37 KN/m2q標(biāo)=恒載+負(fù)風(fēng)壓=0.283+（-2.37）×1.2=-2.561KN/mq設(shè)=1.0×恒載+1.4×負(fù)風(fēng)壓=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·q

22、3;l4/（100EIx）=0.521×2.561×77954/（100×2.06×105×797.56×104）=30mm<=l/200=39mm滿足要求。五、天溝龍骨強(qiáng)度及剛度設(shè)計(jì)計(jì)算:天溝構(gòu)造做法如下：天溝龍骨采用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荷載組合：外檐口高度15.351mWk=gz ·sl ·z·Wo=1.72×（-2.0）×1.15

23、15;0.6=-2.374 KN/m2q標(biāo)=恒載+活載=0.0537+7.0=7.0537KN/mq設(shè)=1.2×恒載+1.4×活載=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）=5×7.0537×5004/（384&

24、#215;2.06×105×37.14×104）=0.075mm<=l/200=39mm滿足要求。荷載組合：q標(biāo)=恒載+負(fù)風(fēng)壓=0.0537+（-2.374）=-2.32KN/mq設(shè)=1.2×恒載+1.4×負(fù)風(fēng)壓=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/=215/1.1=195.

25、45N/mm2f=5×q×l4/（384EI）=5×2.32×5004/（384×2.06×105×37.14×104）=0.0247mm<=l/200=39mm滿足要求。六、附件強(qiáng)度計(jì)算：6.1、鋁合金T碼強(qiáng)度驗(yàn)算：T碼寬度60mm，最薄處厚度2.5mm，T碼最薄處截面積為2.5×60=150mm2，橫向間距400mm，忽略T碼自重，根據(jù)屋面板支座反力計(jì)算結(jié)果，最大負(fù)反力為-4.813KN, 最大正反力為1.492KN,則每個(gè)T碼所承受的負(fù)軸力為-4.813×0.4=-1.925KN，所

26、承受的正軸力為1.492×0.4=0.600KN則最大應(yīng)力為:=N/A=1.925×103/150=12.833(N/mm2)<160(N/mm2)滿足受力要求。6.2、T碼ST5.5*35六角法蘭鉆尾釘連接計(jì)算：T碼由四個(gè)自攻螺釘固定在3mm厚的檁條上，每個(gè)螺釘受力為1.925/4=0.4814KN,抗拉強(qiáng)度=N/A=0.481×103 /24=20.04(N/mm2)<165(N/mm2)釘孔型檁條受剪面積為28.3mm2，抗剪強(qiáng)度=0.481×103/28.3=17 N/mm2<120 N/mm2，滿足受力要求。七、溫度變形的控制

27、：根據(jù)“呼和浩特東客運(yùn)站無柱風(fēng)雨棚金屬屋面工程”招標(biāo)文件以及當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)氣象資料。屋面設(shè)計(jì)應(yīng)考慮溫差變化，按-35降溫、25 升溫考慮。最大溫差T0=T2-T1=60。考慮施工溫度為-10，計(jì)算溫差T1=60-（-10）=70。為了防止由于溫度變化造成屋面板伸縮變化，影響屋面板的正常排水，同時(shí)為了防止檁條產(chǎn)生溫度應(yīng)力，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。屋面板預(yù)留了一定的伸縮量，以防止由于溫度變化對(duì)整個(gè)屋面系統(tǒng)產(chǎn)生影響。屋面板在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)屋面自身體型特點(diǎn)，在每塊屋面板兩端各設(shè)置一道天溝，天溝具體位置詳見屋面工程方案圖，即金屬屋面板平面布置圖，板長兩端各預(yù)留搭接長度100mm，上層的屋面板按19.5

28、27m長布置。由于溫度變化而造成屋面板的長度變形為：l=·T·l=2.35×105×70×19.527 m=0.032 m=32mm100mm (為鋁合金的線膨脹系數(shù))滿足要求，故溫度變化不會(huì)對(duì)屋面板的防水造成不利影響。八、屋面降噪性能:8.1、隔聲原理：在圍護(hù)結(jié)構(gòu)中影響聲音透射的主要因素是單位面積的重量及入射聲波的頻率，也就是說圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到聲波激發(fā)所引起的振動(dòng)與質(zhì)量有關(guān)，即墻體或屋面單位面積的重量越大，則透射的聲能就越小。對(duì)于某一頻率，（屋面的隔聲量是隨單位面積質(zhì)量的增加而增加的）。薄而輕的墻比厚而重的墻，在聲波作用下，更容易產(chǎn)生振動(dòng)，并且振

29、動(dòng)幅度大，說明單位面積質(zhì)量小的墻體隔聲能力差，另外低頻聲比高頻聲容易激發(fā)起墻的振動(dòng)，這說明構(gòu)件的低頻隔聲能力不如高頻聲好。在金屬屋面中，由于屋面的面密度較小，對(duì)屋面的隔聲帶來不利的影響。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇隔聲構(gòu)造，提高屋面結(jié)構(gòu)的隔聲能力，以滿足所需的隔聲量。金屬屋面隔聲量的計(jì)算可按均勻密實(shí)墻體的隔聲量公式進(jìn)行計(jì)算確定，即：R20 lg（f·m）+k式中：R墻體的隔聲量（d） f入射聲波的頻率（HZ） m墻體的面密度（kg/m2）k常數(shù)，當(dāng)聲波為無規(guī)入射時(shí)，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 f2K HZ R20 lg（2000×23.6