雨棚设计
13.1雨篷的荷载作用说明
雨篷承受的荷载包括：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。
(1)自重：包括面板、杆件、连接件、附件等的自重，可以按照500N/m2估算：
(2)风荷载：是垂直作用于雨篷表面的荷载，按GB50009采用；
(3)雪荷载：是指雨篷水平投影面上的雪荷载，按GB50009采用；
(4)活荷载：是指雨篷水平投影面上的活荷载，按GB50009，可按500N/m2采用；
A：考虑正风压时：
a.当永久荷载起控制作用的时
SA+=1.35Gk+0.6×1.4wk+0.7×1.4Sk
B：考虑负风压时：
按下面公式进行荷载组合：
SA-=1.0Gk+1.4wk
13.1.1风荷载标准值计算
(1)计算龙骨构件的风荷载标准值：
龙骨构件的从属面积：
A=5.18×1.525=7.8995m2
LogA=0.898
μsA1+(A)=μs1+(1)+[μs1+(25)-μs1+(1)]logA/1.4
=0.5
μsA1-(A)=μs1-(1)+[μs1-(25)-μs1-(1)]logA/1.4
=1.487
wkA+=βgzμzμsA1+w0
=1.7×1×0.5×0.0004
=0.00034MPa
wkA-=βgzμzμsA1-w0
=1.7×1×1.487×0.0004
=0.001011MPa
(2)计算面板部分的风荷载标准值：
μsB1+(A)=0.5
μsB1-(A)=2
wkB+=βgzμzμsB1+w0
=1.7×1×0.5×0.0004
=0.00034MPa
wkB-=βgzμzμsB1-w0
=1.7×1×2×0.0004
=0.00136MPa
13.1.2风荷载设计值计算
wA+=1.4×wkA+
=1.4×0.00034
=0.000476MPa
wA-=1.4×wkA-
=1.4×0.001011
=0.001415MPa
wB+=1.4×wkB+
=1.4×0.00034
=0.000476MPa
wB-=1.4×wkB-
=1.4×0.00136
=0.001904MPa
13.1.3雪荷载标准值计算
Sk：作用在雨篷上的雪荷载标准值(MPa)；
S0：基本雪压，根据现行《建筑结构荷载规范》GB50009-2012取值：0.0004MPa；
μr：屋面积雪分布系数，按表7.2.1[GB50009-2012]，为2.0；
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012公式7.1.1屋面雪荷载标准值为：
Sk=μr×S0
=2.0×0.0004
=0.0008MPa
13.1.4雨篷面活荷载设计值
Q：雨篷面活荷载设计值(MPa)；
Qk：雨篷面活荷载标准值取：500N/m2
Q=1.4×Qk
=1.4×500/1000000
=0.0007MPa
因为Sk>Qk，所以计算时雪荷载参与正压组合！
G+=1.2×Gk
=1.2×0.0005
=0.0006MPa
G-=Gk
=0.0005MPa
13.1.5选取计算荷载组合
(1)正风压的荷载组合计算：
SkA+=Gk+Sk+0.6wkA+
=0.001504MPa
SA+=G++S+0.6wA+
=0.002006MPa
(2)负风压的荷载组合计算：
SkA-=Gk+wkA-
=0.000511MPa
SA-=G-+wA-
=1.0Gk+1.4wkA-
=0.000915MPa
(3)最不利荷载选取：
SkA=0.001504MPa
SA=0.002006MPa
13.2雨篷杆件计算
基本参数：
荷载作用：均布荷载(有拉杆作用)；
悬臂总长度：L=5500mm，受力模型图中a=1200mm，b=4300mm；
分格宽度：B=1438mm；
板块配置：夹层玻璃8 +8 mm；
悬臂梁：变截面工字钢，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：
13.2.1结构的受力分析
(1)荷载集度计算：
qk=SkB
=0.001504×1525
=2.294N/mm
q=SB
=0.002006×1525
=3.059N/mm
(2)拉杆轴力计算：
由于拉杆在雨篷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/EA
E：材料的弹性模量，为206000MPa；
L拉杆：拉杆的长度；
A：拉杆截面面积(mm2)；
P=qL4A(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L拉杆I)
=6418.485N
拉杆的轴向作用力为：
N=P/sinα
=10429.837N
(3)雨篷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(N·mm)；
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=5180mm
|Mmax|=|P(x-a)-qx2/2|=9397024.75000001N·mm
13.2.1梁的抗弯强度计算
抗弯强度应满足：
NL/A+Mmax/γW≤f
NL/A+Mmax/γW =19.703MPa≤215MPa
悬臂梁抗弯强度满足要求。
13.2.2拉杆的抗拉(压-稳定性)强度计算
校核依据：
对于受拉杆件，校核：N/A≤f
对于受压杆件，需要进行稳定性计算，校核：N/φA≤f
其中：
φ：轴心受压柱的稳定系数
i：截面回转半径，i=(I/A)0.5；
λ：构件的长细比，不宜大于250，λ=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/A≤52.233MPa
N/A=10429.837/2035.75
=5.123MPa≤52.233MPa
拉杆的抗拉强度满足要求。
13.2.3梁的挠度计算
(1)C点挠度的验算：
dfp=Pb2L(3-b/L)/6EI
=22.646mm
dfq=qL4/8EI
=22.6mm
dfc=|dfp-dfq|
=|22.646-22.6|
=0.046mm
df,lim：按规范要求，悬臂杆件的挠度限值(mm)；
df,lim=2L/250=41.44mm
dfc=0.046mm≤df,lim=41.44mm
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=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3×(2-3(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI|
=0.838mm
dfx=0.838mm≤df,lim=41.44mm
悬臂梁杆件AB段的挠度满足要求!
13.2.4雨篷焊缝计算
基本参数：
1：焊缝高度：hf=8mm；
2：焊缝有效截面抵抗矩：W=872180mm3；
3：焊缝有效截面积：A=7571.26mm2；
13.2.5受力分析
V：固端剪力(N)；
NL：轴力(mm)，拉为正、压为负；
M：固端弯矩(N·mm)；
|V|=|P-qL|
=|6418.485-3.059×5180|
=9427.135N
NL=8220.982N
|M|=|Pb-qL2/2|
=9397024.75N·mm
13.2.6焊缝校核计算
校核依据
((σf/βf)2+τf2)0.5≤ffw
上式中： ((σf/βf)2+τf2)0.5
=((M/1.22W+NL/1.22A)2+(V/A)2)0.5=((9397024.75/1.22/872180+8220.982/1.22/7571.26)2+(9427.135/7571.26)2)0.5=9.801MPa
9.801MPa≤ffw=160MPa
焊缝强度能满足要求。
13.3玻璃的选用与校核
基本参数：
玻璃板尺寸：宽×高=B×H=1780mm×1438mm；
玻璃配置：夹层玻璃，夹层玻璃：8 +8 mm；上片钢化玻璃，下片钢化玻璃；
玻璃支撑类型：对边简支；
模型简图为：
13.3.1玻璃板块荷载组合计算
(1)玻璃板块自重：
Gk=γg(t1+t2)
=25.6/1000000×(8+8)
=0.00041MPa
G+=1.2×Gk
=1.2×0.00041
=0.000492MPa
G-=Gk
=0.00041MPa
(2)风压的荷载组合计算：
Sk+=Gk+Sk+0.6wk+
=0.001414MPa
S+=G++S+0.6w+
=0.001898MPa
(3)负风压的荷载组合计算：
Sk-=Gk+wk-
=0.00095MPa
S-=G-+w-
=1.0Gk+1.4wk-
=0.001494MPa
(4)最不利荷载选取：
Sk=0.001414MPa
S=0.001898MPa
13.3.2玻璃的强度计算
校核依据：σ≤[fg]
(1)上片校核：
θ1=Sk1a4/Et14 =0.000707×15004/72000/84=12.136
按系数θ1，
σ1=6m1S1a2η1/t12
=6×0.0455×0.000949×15002×0.951/82
=8.662MPa
8.662MPa≤fg1=42MPa(钢化玻璃)
上片玻璃的强度满足!
(2)下片校核：
θ2：下片玻璃的计算参数；
η2：下片玻璃的折减系数；
Sk2：作用在下片玻璃上的荷载组合标准值(MPa)；
a：玻璃面板短边边长(mm)；
E：玻璃的弹性模量(MPa)；
t2：下片玻璃厚度(mm)；
θ2=Sk2a4/Et24 ……6.1.2-3[JGJ102-2003]
=0.000707×15004/72000/84
=12.136
按系数θ2，查表6.1.2-2[JGJ102-2003]，η2=0.951
σ2：下片玻璃在组合荷载作用下的板中最大应力设计值(MPa)；
S2：作用在幕墙下片玻璃上的荷载组合设计值(MPa)；
a：玻璃面板短边边长(mm)；
t2：下片玻璃厚度(mm)；
m2：下片玻璃弯矩系数, 查表得m2=0.0455；
σ2=6m2S2a2η2/t22
=6×0.0455×0.000949×15002×0.951/82
=8.662MPa
8.662MPa≤fg2=42MPa(钢化玻璃)
下片玻璃的强度满足!
13.4雨篷埋件计算(土建预埋)
13.4.1锚筋的总截面面积计算
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：AS≥V/aravfy+N/0.8abfy+M/1.3arabfyz
b：AS≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyz
(2)当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，应同时满足下面的条件：
c：AS≥(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3arabfyz C.0.1-3[JGJ102-2003]
d：AS≥(M-0.4Nz)/0.4arabfyz C.0.1-4[JGJ102-2003]
当M<0.4Nz时，取M=0.4Nz
其中：
AS：锚筋的总截面面积(mm2)；
V：剪力设计值(N)；
N：法向拉力或压力设计值(N)，压力设计值不应该大于0.5fcA，此处A为锚板的面积；N=8220.982N≤0.5fcA=2002000N，满足规范要求；
M：弯矩设计值(N·mm)；
ar：钢筋层数影响系数，二层取1.0，三层取0.9，四层取0.85；
av=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5=(4.0-0.08×20)×(14.3/300)0.5=0.524
ab=0.6+0.25t/d =0.6+0.25×16/20=0.8
AS=nπd2/4
=6×3.14×202/4
=1884mm2
(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3arabfyz
=93.265mm2≤AS=1884mm2
(M-0.4Nz)/0.4arabfyz
=143.21mm2≤AS=1884mm2
所以，预埋件锚筋总截面积可以满足承载力要求。
13.4.2锚筋长度计算
计算依据：
la=1.1×α×(fy/ft)×d 在上面的公式中：
la：受拉钢筋的锚固长度(mm)；
ft：混凝土轴心抗拉强度设计值(MPa)，按[GB50010]选取，当混凝土强度高于C40时，按C40取值；
fy：锚筋抗拉强度设计值(MPa)，按[GB50010]选取；
d：锚筋公称直径(mm)；
α：锚筋的外型系数，光圆筋取0.16，带肋筋取0.14；
la=1.1×α×(fy/ft)×d
=1.1×0.14×(300/1.43)×20
=646.154mm
如果锚筋的拉应力设计值小于钢筋抗拉强度设计值，按规范C.0.5第3条规定，锚固长度可适当减小，以不小于15倍锚固钢筋直径为宜，实际选用的锚筋长度为360mm；
所以，可以满足规范要求！
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