1、*广告牌钢结构设计计算书设计： 校对： 审核： 批准： 二九年七月六日一.3 米高广告牌钢结构设计计算书1 计算引用的规范、标准及资料1.1 建筑设计规范：地震震级的规定 GB/T17740-1999钢结构设计规范 GB50017-2003高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002高处作业吊蓝 GB19155-2003工程抗震术语标准 JGJ/T97-95混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2004混凝土结构设计规范 GB50010-2002混凝土用膨胀型、扩孔型建筑锚栓 JG160-2004建筑表面用有机硅防水剂 JC/T902-2002建筑防火封堵应用技术规程 CECS154：20
2、03建筑钢结构焊接技术规程 JGJ81-2002建筑隔声评价标准 GB/T50121-2005建筑工程抗震设防分类标准 GB50223-2008建筑工程预应力施工规程 CECS180：2005建筑结构荷载规范 GB50009-2001(2006年版、局部修订)建筑结构可靠度设计统一标准 GB50068-2001建筑抗震设计规范 GB50011-2001(2008 年版)建筑设计防火规范 GB50016-2006建筑物防雷设计规范 GB50057-94(2000 年版)冷弯薄壁型钢结构设计规范 GB50018-2002预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程JGJ85-20021.2 钢材规范：
3、建筑结构用冷弯矩形钢管 JG/T178-2005不锈钢棒 GB/T1220-2007不锈钢冷加工钢棒 GB/T4226-1984不锈钢冷轧钢板及钢带 GB/T3280-2007不锈钢热轧钢板及钢带 GB/T4237-2007不锈钢丝 GB/T4240-93建筑用不锈钢绞线 JG/T200-2007不锈钢小直径无缝钢管 GB/T3090-2000彩色涂层钢板和钢带 GB/T12754-2006低合金钢焊条 GB/T5118-1995低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008建筑幕墙用钢索压管接头 JG/T201-2007耐候结构钢 GB/T4171-2008高碳铬不锈钢丝 YB/T09619
4、97合金结构钢 GB/T3077-1999金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求 GB/T13912-2002冷拔异形钢管 GB/T3094-2000碳钢焊条 GB/T5117-1999碳素结构钢 GB/T700-2006碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板及钢带GB/T912-2008碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带GB/T3274-2007优质碳素结构钢 GB/T699-1999预应力筋用锚具、夹具和连接器 GB/T14370-20001.3 建筑结构静力计算手册(第二版)1.4 土建图纸：2 基本参数2.1 广告牌所在地区：福州地区；2.2 地面粗糙度分类等级：按建筑结构荷载规范(GB
5、50009-2001)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、丘陵以及房屋比较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。3 广告牌荷载计算3.1 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，可以按照 400N/m2估算：(2)风荷载：是垂直作用于广告牌表面的荷载，按 GB50009采用；(3)雪荷载：是指广告牌水平投影面上的雪荷载，按 GB50009采用；(4)活荷载：是指广告牌水平投
6、影面上的活荷载，按 GB50009，可按 500N/m2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.当永久荷载起控制作用的时候，按下面公式进行荷载组合：Sk+=1.35Gk+0.61.4wk+0.71.4Sk(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+1.4wk+0.71.4Sk(或 Qk)B：考虑负风压时：按下面公式进行荷载组合：Sk-=1.0Gk+1.4wk3.2 风荷载标准值计算：按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算：wk+= gz z s1+w0 7
7、.1.1-2GB50009-2001 2006年版wk-= gz z s1-w0上式中：wk+：正风压下作用在广告牌上的风荷载标准值(MPa)；wk-：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：3m； gz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足 5m按 5m计算)： gz=K(1+2 f)其中 K为地面粗糙度调整系数， f为脉动系数A类场地： gz=0.92(1+2 f) 其中： f=0.387(Z/10)-0.12B类场地： gz=0.89(1+2 f) 其中： f=0.5(Z/10)-0.16C类场地： gz=0.85(1+2 f) 其中：
8、f=0.734(Z/10)-0.22D类场地： gz=0.80(1+2 f) 其中： f=1.2248(Z/10)-0.3对于 B类地形，3m 高度处瞬时风压的阵风系数： gz=0.89(1+2(0.5(Z/10)-0.16)=1.9691 z：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： z=1.379(Z/10)0.24当 Z300m时，取 Z=300m，当 Z350m时，取 Z=350m，当 Z400m时，取 Z=400m，当 Z450m时，取 Z=450m，当 ZGB50009-2001 附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期 50年，福州地区取0.00
9、07MPa；(1)计算龙骨构件的风荷载标准值：龙骨构件的从属面积：A=31.5=4.5m2LogA=0.653 sA1+(A)= s1+(1)+ s1+(10)- s1+(1)logA=1.13 sA1-(A)= s1-(1)+ s1-(10)- s1-(1)logA=1.739wkA+= gz z sA1+w0=1.969111.130.0007=0.001558MPawkA-= gz z sA1-w0=1.969111.7390.0007=0.002397MPa(2)计算广告布部分的风荷载标准值：广告布构件的从属面积：A=1.51.5=2.25m2LogA=0.352 sB1+(A)= s
10、1+(1)+ s1+(10)- s1+(1)logA=1.208 sB1-(A)= s1-(1)+ s1-(10)- s1-(1)logA=1.859wkB+= gz z sB1+w0=1.969111.2080.0007=0.001665MPawkB-= gz z sB1-w0=1.969111.8590.0007=0.002562MPa3.3 风荷载设计值计算：wA+：正风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载设计值(MPa)；wkA+：正风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载标准值(MPa)；wA-：负风压作用下作用在广告牌龙骨上的风荷载设计值(MPa)；wkA-：负风压作用下作用在广告牌龙骨
11、上的风荷载标准值(MPa)；wA+=1.4wkA+=1.40.001558=0.002181MPawA-=1.4wkA-=1.40.002397=0.003356MPawB+：正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa)；wkB+：正风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载标准值(MPa)；wB-：负风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载设计值(MPa)；wkB-：负风压作用下作用在广告牌广告布上的风荷载标准值(MPa)；wB+=1.4wkB+=1.40.001665=0.002331MPawB-=1.4wkB-=1.40.002562=0.003587MPa3.4 雪荷载标准值计算
12、：Sk：作用在广告牌上的雪荷载标准值(MPa)S0：基本雪压，根据现行GB50009-2001 取值，福州地区 50年一遇最大积雪的自重：0MPa. r：屋面积雪分布系数，按表 6.2.1GB50009-2001，为 2.0。根据GB50009-2001 公式 6.1.1屋面雪荷载标准值为：Sk= rS0=2.00=0MPa3.5 雪荷载设计值计算：S：雪荷载设计值(MPa)；S=1.4Sk=1.40=0MPa3.6 广告牌面活荷载设计值：Q：广告牌面活荷载设计值(MPa)；Qk：广告牌面活荷载标准值取：500N/m 2Q=1.4Qk=1.4500/1000000=0.0007MPa因为 Sk
13、Q k，所以计算时活荷载参与正压组合！3.7 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)；Gk：广告牌结构平均自重取 0.0004MPa；因为 Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，所以：G+=1.2Gk=1.20.0004=0.00048MPaG-=Gk=0.0004MPa3.8 选取计算荷载组合：(1)正风压的荷载组合计算：SkA+：正风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa)；SA+：正风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa)；SkA+=Gk+wkA+0.7Qk=0.002308MPaSA+=G+wA+0.
14、7Q=0.003151MPaSkB+：正风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa)；SB+：正风压作用下的广告布的荷载设计值组合(MPa)；SkB+=Gk+wkB+0.7Qk=0.002415MPaSB+=G+wB+0.7Q=0.003301MPa(2)负风压的荷载组合计算：SkA-：负风压作用下的龙骨的荷载标准值组合(MPa)；SA-：负风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa)；SkA-=Gk+wkA-=0.001997MPaSA-=G-+wA-=1.0Gk+1.4wkA-=0.002956MPaSkB-：负风压作用下的广告布的荷载标准值组合(MPa)；SB-：负风压作用下的广告布的荷载
15、设计值组合(MPa)；SkB-=Gk+wkB-=0.002162MPaSB-=G-+wB-=1.0Gk+1.4wkB-=0.003187MPa(3)最不利荷载选取：SkA：作用在龙骨上的最不利荷载标准值组合(MPa)；SA：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)：SkA=0.002308MPaSA=0.003151MPaSkB：作用在广告布上的最不利荷载标准值组合(MPa)；SB：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)：SkB=0.002415MPaSB=0.003301MPa
16、4 广告牌杆件计算基本参数：1：计算点标高：3m；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=50mm，b=2950mm；5：拉杆截面面积：309mm 26：分格宽度：B=1500mm；7：悬臂梁材质：Q235；本处杆件按悬臂梁力学模型进行设计计算：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=0.002
17、3081500=3.462N/mmq=SB=0.0031511500=4.727N/mm(2)拉杆轴力计算：由于拉杆在广告牌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)；qL4(3-4a/L+(a/L)4)/24EI-Pb3/3EI=PL 拉杆 /EAE：材料的弹性模量，为 206000MPa；L 拉杆 ：拉杆的长度；A：拉杆截面面积(mm 2)；P=qL4A(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L 拉杆 I)=5453.909N拉杆的轴向作用力为：N=P/sin=7716.065N(
18、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：Mmax：悬臂梁最大弯矩设计值(Nmm)；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(mm)；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|=5182468.45Nmm4.2 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=1679250mm 4；主力方向截面抵抗矩：W=25835m
19、m 3；塑性发展系数：=1.05；(2)拉杆杆件的截面特性：拉杆的截面面积：A=309mm 2；材料的抗压强度设计值：f 1=215MPa；材料的抗拉强度设计值：f 2=215MPa；材料弹性模量：E=206000MPa；4.3 梁的抗弯强度计算：抗弯强度应满足：NL/A+Mmax/Wf上式中：NL：梁受到的轴力(N)；A：梁的截面面积(mm 3)；Mmax：悬臂梁的最大弯矩设计值(Nmm)；W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm 3)；：塑性发展系数，取 1.05；f：材料的抗弯强度设计值，取 215MPa；则：NL=Pctg=5458.254NNL/A+Mmax/W=5458.254/92
20、4+5182468.45/1.05/25835=196.954MPa215MPa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/Af对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：N/Af其中：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；：构件的长细比，不宜大于 250，=L/i；因为风荷载是正风压荷载，所以，拉杆是承受拉力的。校核依据：N/A215MPaN/A=7716.065/309=24.971MPa215MPa拉杆的抗拉强度满足要求。4.5 梁的挠度计算：主
21、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：均布荷载作用下的 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=138.348mmdfq=qL4/8EI=138.356mmdfc=|dfp-dfq|=|138.348-138.356|=0.008mmdf,lim：按规范要求，悬臂杆件的挠度限值(mm)；df,lim=2L/250=24mmdfc=0.008mmd f,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=1261mmdfx=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3(2-3(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI|=5.748mmdfx=5.748mmd f,lim=24mm悬臂梁杆件 AB段的挠度满足要求!5 广告牌焊缝计算基本参数：1：焊缝高度：h f=4mm；2：焊缝有效截面抵抗矩：W=76970mm 3；3：焊缝有效截面积：A=2532.4mm 2；5.1 受力分析：V：固端剪力(N)；
