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广告牌钢构造设计计算书基本参数广告牌所在地区：福州地区；地面粗糙度分类等级：按《建筑构造荷载规范》(GB50009-)A类：指近：Ｃ婧秃５、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都市郊区；C类：指有密集建筑群的都市市区；D类：指有密集建筑群且房屋较高的都市市区；根据上面分类原则，本工程按B类地形考虑。广告牌荷载计算广告布广告牌的荷载作用阐明：广告牌承受的荷载涉及：自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。(1)自重：涉及广告布、杆件、连接件、附件等的自重，能够按照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：是指广告牌水平投影面上的活荷载，按GB50009，可按500N/m2采用；在实际工程的广告牌构造计算中，对上面的几个荷载，考虑最不利组合，有下面几个方式，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+0.6×1.4wk+0.7×1.4Sk(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+1.4×wk+0.7×1.4Sk(或Qk)B：考虑负风压时：按下面公式进行荷载组合：Sk-=1.0Gk+1.4wk风荷载原则值计算：按建筑构造荷载规范(GB50009-)计算：wk+=βgzμzμs1+w0……7.1.1-2[GB50009-]wk-=βgzμzμs1-w0上式中：wk+：正风压下作用在广告牌上的风荷载原则值(MPa)；wk-：负风压下作用在广告牌上的风荷载原则值(MPa)；Z：计算点标高：6m；βgz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按下列公式计算(高度局限性5m按5m计算)：βgz=K(1+2μf)其中K为地面粗糙度调节系数，μf为脉动系数A类场地：βgz=0.92×(1+2μf)其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12B类场地：βgz=0.89×(1+2μf)其中：μf=0.5(Z/10)-0.16C类场地：βgz=0.85×(1+2μf)其中：μf=0.734(Z/10)-0.22D类场地：βgz=0.80×(1+2μf)其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3对于B类地形，6m高度处瞬时风压的阵风系数：βgz=0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.8558μz：风压高度变化系数；根据不同场地类型,按下列公式计算：A类场地：μz=1.379×(Z/10)0.24当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；B类场地：μz=(Z/10)0.32当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；C类场地：μz=0.616×(Z/10)0.44当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；D类场地：μz=0.318×(Z/10)0.60当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于B类地形，6m高度处风压高度变化系数：μz=1.000×(Z/10)0.32=1μs1：局部风压体型系数，对于广告牌构造，按规范，计算正风压时，取μs1+=1.3；计算负风压时，取μs1-=-2.0；另注：上述的局部体型系数μs1(1)是合用于围护构件的附属面积A不大于或等于1m2的状况，当围护构件的附属面积A不不大于或等于10m2时，局部风压体型系数μs1(10)可乘以折减系数0.8，当构件的附属面积不大于10m2而不不大于1m2时，局部风压体型系数μs1(A)可按面积的对数线性插值，即：μs1(A)=μs1(1)+[μs1(10)-μs1(1)]logA在上式中：当A≥10m2时取A=10m2；当A≤1m2时取A=1m2；w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑构造荷载规范>>GB50009-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0.0007MPa；(1)计算龙骨构件的风荷载原则值：龙骨构件的附属面积：A=6×1.5=9m2LogA=0.954μsA1+(A)=μs1+(1)+[μs1+(10)-μs1+(1)]logA=1.052μsA1-(A)=μs1-(1)+[μs1-(10)-μs1-(1)]logA=1.618wkA+=βgzμzμsA1+w0=1.8558×1×1.052×0.0007=0.001367MPawkA-=βgzμzμsA1-w0=1.8558×1×1.618×0.0007=0.002102MPa(2)计算广告布部分的风荷载原则值：广告布构件的附属面积：A=1.5×1.5=2.25m2LogA=0.352μsB1+(A)=μs1+(1)+[μs1+(10)-μs1+(1)]logA=1.208μsB1-(A)=μs1-(1)+[μs1-(10)-μs1-(1)]logA=1.859wkB+=βgzμzμsB1+w0=1.8558×1×1.208×0.0007=0.001569MPawkB-=βgzμzμsB1-w0=1.8558×1×1.859×0.0007=0.002415MPa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原则值(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上的风荷载原则值(MPa)；wA+=1.4×wkA+=1.4×0.001367=0.001914MPawA-=1.4×wkA-=1.4×0.002102=0.002943MPawB+：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原则值(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原则值(MPa)；wB+=1.4×wkB+=1.4×0.001569=0.002197MPawB-=1.4×wkB-=1.4×0.002415=0.003381MPa雪荷载原则值计算：Sk：作用在广告牌上的雪荷载原则值(MPa)S0：基本雪压，根据现行<<建筑构造荷载规范>>GB50009-取值，福州地区50年一遇最大积雪的自重：0MPa.μr：屋面积雪分布系数，按表6.2.1[GB50009-]，为2.0。根据<<建筑构造荷载规范>>GB50009-公式6.1.1屋面雪荷载原则值为：Sk=μr×S0=2.0×0=0MPa雪荷载设计值计算：S：雪荷载设计值(MPa)；S=1.4×Sk=1.4×0=0MPa广告牌面活荷载设计值：Q：广告牌面活荷载设计值(MPa)；Qk：广告牌面活荷载原则值。500N/m2Q=1.4×Qk=1.4×500/1000000=0.0007MPa由于Sk≤Qk，因此计算时活荷载参加正压组合！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：广告牌构造平均自重取0.0004MPa；由于Gk与其它可变荷载比较，不起控制作用，因此：G+=1.2×Gk=1.2×0.0004=0.00048MPaG-=Gk=0.0004MPa选用计算荷载组合：(1)正风压的荷载组累计算：SkA+：正风压作用下的龙骨的荷载原则值组合(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=0.002117MPaSA+=G++wA++0.7Q=0.002884MPaSkB+：正风压作用下的广告布的荷载原则值组合(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=0.002319MPaSB+=G++wB++0.7Q=0.003167MPa(2)负风压的荷载组累计算：SkA-：负风压作用下的龙骨的荷载原则值组合(MPa)；SA-：负风压作用下的龙骨的荷载设计值组合(MPa)；SkA-=Gk+wkA-=0.001702MPaSA-=G-+wA-=1.0Gk+1.4wkA-=0.002543MPaSkB-：负风压作用下的广告布的荷载原则值组合(MPa)；SB-：负风压作用下的广告布的荷载设计值组合(MPa)；SkB-=Gk+wkB-=0.00MPaSB-=G-+wB-=1.0Gk+1.4wkB-=0.002981MPa(3)最不利荷载选用：SkA：作用在龙骨上的最不利荷载原则值组合(MPa)；SA：作用在龙骨上的最不利荷载设计值组合(MPa)；按上面2项成果，选最不利因素(正风压状况下出现)：SkA=0.002117MPaSA=0.002884MPaSkB：作用在广告布上的最不利荷载原则值组合(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项成果，选最不利因素(正风压状况下出现)：SkB=0.002319MPaSB=0.003167MPa广告牌杆件计算基本参数：1：计算点标高：6m；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=6000mm，受力模型图中a=1000mm，b=5000mm；5：拉杆截面面积：5856mm26：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：构造的受力分析：(1)荷载集度计算：qk：组合荷载作用下的线荷载集度原则值(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：组合荷载原则值(MPa)；S：组合荷载设计值(MPa)；B：分格宽度(mm)；qk=SkB=0.002117×1500=3.176N/mmq=SB=0.002884×1500=4.326N/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(mm2)；P=qL4A(3-4a/L+(a/L)4)/8(Ab3+3L拉杆I)=13053.489N拉杆的轴向作用力为：N=P/sinα=26118.987N(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(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)；通过计算机的优化计算，得：x=6000mm|Mmax|=|P(x-a)-qx2/2|=12600555N·mm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=88134270mm4；主力方向截面抵抗矩：W=590671mm3；塑性发展系数：γ=1.05；(2)拉杆杆件的截面特性：拉杆的截面面积：A=5856mm2；材料的抗压强度设计值：f1=215MPa；材料的抗拉强度设计值：f2=215MPa；材料弹性模量：E=206000MPa；梁的抗弯强度计算：抗弯强度应满足：NL/A+Mmax/γW≤f上式中：NL：梁受到的轴力(N)；A：梁的截面面积(mm3)；Mmax：悬臂梁的最大弯矩设计值(N·mm)；W：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)；γ：塑性发展系数，取1.05；f：材料的抗弯强度设计值，取215MPa；则：NL=Pctgα=22623.172NNL/A+Mmax/γW=22623.172/8256+12600555/1.05/590671=23.057MPa≤215MPa悬臂梁抗弯强度满足规定。拉杆的抗拉(压)强度计算：：烁：对于受拉杆件，：：N/A≤f对于受压杆件，需要进行稳定性计算，：：N/φA≤f其中：φ：轴心受压柱的稳定系数，查表6.3.8[102-]及表C.2[GB50017-]取值；i：截面回转半径，i=(I/A)0.5；λ：构件的长细比，不适宜不不大于250，λ=L/i；由于风荷载是正风压荷载，因此，拉杆是承受拉力的。：烁：N/A≤215MPaN/A=26118.987/5856=4.46MPa≤215MPa拉杆的抗拉强度满足规定。梁的挠度计算：主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=38.945mmdfq=qL4/8EI=38.6mmdfc=|dfp-dfq|=|38.945-38.6|=0.345mmdf,lim：按规范规定，悬臂杆件的挠度限值(mm)；df,lim=2L/250=48mmdfc=0.345mm≤df,lim=48mm悬臂梁杆件C点的挠度满足规定!(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)；通过计算机的优化计算，得：x=3071mmdfx=|qL4(3-4x/L+(x/L)4)/24EI-Pb3×(2-3(x-a)/b+(x-a)3/b3)/6EI|=0.732mmdfx=0.732mm≤df,lim=48mm悬臂梁杆件AB段的挠度满足规定!广告牌焊缝计算基本参数：1：焊缝高度：hf=6mm；2：焊缝有效截面抵抗矩：W=76970mm3；3：焊缝有效截面积：A=2532.4mm2；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|=|13053.489-4.326×6000|=12902.511NNL=22623.172N|M|=|Pb-qL2/2|=12600555N·mm焊缝：思扑：：烁：((σf/βf)2+τf2)0.5≤ffw7.1.3-3[GB50017-]上式中：σf：按焊缝有效截面计算，垂直于焊缝长度方向的应力(MPa)；βf：正面角焊缝的强度设计值增大系数，取1.22；τf：按焊缝有效截面计算，沿焊缝长度方向的剪应力(MPa)；ffw：角焊缝的强度设计值(MPa)；((σf/βf)2+τf2)0.5=((M/1.22W+NL/1.22A)2+(V/A)2)0.5=((12600555/1.22/76970+22623.172/1.22/2532.4)2+(12902.511/2532.4)2)0.5=141.601MPa141.601MPa≤ffw=160MPa焊缝强度能满足规定。广告牌埋件计算(土建预埋)：舜β窦受力分析：V：剪力设计值(N)；N：轴向拉(压)力设计值(N)，本处为轴向压力；M：根部弯矩设计值(N·mm)；根据前面的计算，得：N=22623.172NV=12902.511NM=12600555N·mm埋件计算：：烁，根据JGJ102-的规定，锚筋的总截面面积需要同时满足下列条件：(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/1.3arabfyzC.0.1-1[JGJ102-]b：AS≥N/0.8abfy+M/0.4arabfyzC.0.1-2[JGJ102-](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)/1.3arabfyzC.0.1-3[JGJ102-]d：AS≥(M-0.4Nz)/0.4arabfyzC.0.1-4[JGJ102-]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)，压力设计值不应当不不大于0.5fcA，此处A为锚板的面积；N=22623.172N≤0.5fcA=357000N，满足规范规定；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：钢筋受剪承载力系数，不不不大于0.7；fy：锚筋抗拉强度设计值(MPa)，按[GB50010]选用，但不不不大于300MPa；ab：锚板弯曲变形折减系数；z：沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离(mm)；另外：d：锚筋直径(mm)；t：锚板厚度(mm)；n：锚筋总数量；fc：混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)，按[GB50010]选用；av=(4.0-0.08d)×(fc/fy)0.5C.0.1-5[JGJ102-]=(4.0-0.08×16)×(11.9/210)0.5=0.647ab=0.6+0.25t/dC.0.1-6[JGJ102-]=0.6+0.25×12/16=0.788AS=nπd2/4=4×3.14×162/4=803.84mm2(V-0.3N)/aravfy+(M-0.4Nz)/1.3arabfyz=198.19mm2≤AS=803.84mm2(M-0.4Nz)/0.4arabfyz=497.833mm2≤AS=803.84mm2因此，预埋件锚筋总截面积能够满足承载力规定。