绘图员的日子（三十四） 实例说雨篷设计（sap2000）

首先来说说雨篷的同音（雨篷、雨棚and雨蓬）。雨蓬是觉得错误的，蓬字压根没这个意思。雨篷含有悬挑的意思，如果是挑出结构，无论是挑板，挑梁板还是钢结构悬挑的都可以用雨篷。而雨棚是有自己独立的支撑体系的，独自架立而不需要依附于结构上的。所以应该从概念上认清这几个名词，避免不必要的笑话。
下面说说自己在设计过程中的几个注意之处：

• 拉杆吊点位置的选取
  

在sap2000里面对比了不同角度的吊点位置，最后得出还是30°角度结构受力最优，图集给出参考角度为30°~60°。

• 风荷载计算
  

详见后续计算书

• 荷载组合
  

详见后续计算书

• 长细比
  

对于吊杆，它可能受拉，也可能受压（长细比200），这就决定了它基本是构造控制。



（注：下述计算书是最近帮朋友整理的并非本项目的，只是想说明问题）
一、玻璃计算
参考图纸及说明
1、玻璃选用
玻璃采用：夹层玻璃，四点支承。
支承点间玻璃面板尺寸 1600×1414 mm，与水平面夹角 0 度。
玻璃外片厚度为 8 mm，内片厚度为 8 mm。
玻璃大面强度为 58 MPa，侧面强度为 41 MPa。
弹性模量 E = 0.72x105 MPa，泊松比 v = 0.2。
玻璃密度 ρ = 25.6 kN/m3。
2、荷载计算
（1）自重计算
Gk'：恒载标准值(kN/m2)，方向竖直向下
Gk：恒载标准值(kN/m2)，垂直于板面的恒载分量
Gk' = 25.6×(8+8)×10-3 = 0.410 kN/m2
Gk = 0.410×cos0o = 0.410 kN/m2
（2）风荷载计算
所在高度:6m
所在部位:雨篷
地面粗糙度类别:B类
风荷载标准值应按下式计算，并且负风荷载标准值不应小于1.5kN/m^2,正风荷载标准值不应小于0.5kN/m^2：

阵风系数:βgz=1.7
体型系数(负风)：μsl1=-2
体型系数(正风)：μsl2=1
风压高度变化系数：μz=1.0
基本风压：W0=0.45kN/m^2
风荷载标准值(负风)：W1k=min(-1.5kN/m^2,βgz*μsl1*μz*W0)=-1.53kN/m^2
风荷载标准值(正风)：W2k==max（0.5kN/m^2,βgz*μsl2*μz*W0)=0.765kN/m^2
(3)雪荷载
SK：雪荷载标准值(kN/m2)，方向垂直于板面，取 0.8 kN/m2
(4)检修荷载
WOK：检修荷载标准值(kN/m2)，方向垂直于板面，取 1 kN/m2
(5)其他活载
OTK：其他活载标准值(kN/m2)，方向垂直于板面，取 0.5 kN/m2
3、荷载组合
(1)、参与组合的荷载项
<1>、恒载（自重垂直于玻璃的分量） Gk = 0.410 kN/m2
组合系数 1.0 分项系数 1.0 / 1.2 / 1.35
<2>、风荷载（垂直于玻璃） Wk = 0.76 / 1.53 kN/m2
组合系数 0.6 / 0.2 分项系数 1.4
<3>、活载（取雪荷载/检修荷载/其他活载之大值，垂直于玻璃） Qk = 1 kN/m2
组合系数 0.7 分项系数 1.0 / 1.4

(2)、由以下组合算得最大的荷载组合标准值（用于刚度校核）
恒载
恒载+风载
恒载+活载
恒载+风载+0.7活载
恒载+活载+0.6风载
最大的荷载组合标准值 qk = 1.52 kN/m2

(3)、由以下组合算得最大的荷载组合设计值（用于强度校核）
1.35恒载
1.2恒载+1.4活载
1.35恒载+0.7×1.4活载
1.2恒载+1.4正风压
1.35恒载+0.6×1.4正风压
1.2恒载+1.4正风压+0.7×1.4活载
1.2恒载+1.4活载+0.6×1.4风载
1.35恒载+0.6×1.4正风压+0.7×1.4活载
1.0恒载-1.4负风压
最大的荷载组合设计值 q = +2.38 / -1.71 kN/m2

4、板块校核
外片厚度 t1 = 8 mm
内片厚度 t2 = 8 mm
等效厚度 te=(t13+t23)-3 = 10.079 mm

外片承受自身的恒荷载 + 其他荷载×t13/(t13+t23)
外片所承受荷载组合标准值 = 0.76kN/m2
外片所承受荷载组合设计值 = 1.19 kN/m2

内片承受自身的恒荷载 + 其他荷载×t23/(t13+t23)
内片所承受荷载组合标准值 = 0.76 kN/m2
内片所承受荷载组合设计值 = 1.19 kN/m2

(1)、强度校核
支承点间面板长边边长 b = 1600 mm
查表(JGJ 102-2003 表8.1.5-1)得弯矩系数 m = 0.147

外片强度校核：
查表(JGJ 102-2003 表6.1.2-2)得折减系数 η = 0.891
应力 σ = 6mqb2η/t2
= 6×0.147×1.19×16002×0.891/82×10-3
= 36MPa
强度满足 !

内片强度校核：
查表(JGJ 102-2003 表6.1.2-2)得折减系数 η = 0.891
应力 σ = 6mqb2η/t2
= 6×0.147×1.19×16002×0.891/82×10-3
= 36 MPa
强度满足 !

(2)、刚度校核
刚度 D = Ete3/12/(1-v2) = 6400000.000 N•mm
查表(JGJ 102-2003 表8.1.5-2)得挠度系数 μ = 0.02101
查表(JGJ 102-2003 表6.1.2-2)得折减系数 η = 0.913
挠度 d = μqkb4η/D
= 0.02101×0.76×16004×0.913/6400000.000×10-3
= 15 mm
挠度限值 dmax = b/60 = 1600/60 = 26.667 mm
挠度满足 !


二、结构计算
参考图纸及说明

1、计算模型

拉杆：PIPE102x5的圆钢管（Q235B）——紫色杆件
主梁：HN250x125x6x9（Q235B） ——青色杆件
次梁：160x80x4钢方通（Q235B） ——绿色、灰色杆件

2、荷载计算
2.1风荷载计算
所在高度:6m
所在部位:雨篷
地面粗糙度类别:B类
风荷载标准值应按下式计算，并且负风荷载标准值不应小于1.5kN/m^2,正风荷载标准值不应小于0.5kN/m^2：

阵风系数:βgz=1.7
体型系数(负风)：μsl1=-2
体型系数(正风)：μsl2=1
风压高度变化系数：μz=1.0
基本风压：W0=0.45kN/m^2
风荷载标准值(负风)：W1k=min(-1.5kN/m^2,βgz*μsl1*μz*W0)=-1.53kN/m^2
风荷载标准值(正风)：W2k==max（0.5kN/m^2,βgz*μsl2*μz*W0)=0.765kN/m^2
Wind-


Wind+


2.2、雪荷载计算（Snow）
雪荷载作用标准值应按下式计算：
积雪分布系数：μr=2
基本雪压:So=0.4kN/m^2
雪荷载标准值：Sk=0.8kN/m^2


2.3、活荷载计算（live）
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012第5.3.1条，雨篷属于不上人屋面。
故作用在雨篷上的活荷载标准值为：Lk=0.5kN/m^2


2.4、自重荷载计算（dead）
杆件自重软件自动加载
面板及配件自重荷载标准值为：gk=0.5kN/m^2

2.5、检修及施工荷载计算（pr）
施工及检修荷载标准值为:Rek=1kN/m
转换为集中荷载为：1.5kN


2.6、荷载组合
强度校核组合工况：
S1=1.2*dead+1.4（wind+）+1.4*0.7S
S2=1.2*dead+0.84（wind-）+1.4S
S3=1.35*dead+0.84（wind-）+1.0S
S4=0.9*dead+1.4（wind+）
S5=1.2*dead+1.4（wind-）+1.4*0.7live
S6=1.2*dead+1.4pr
挠度校核组合工况：
S1k=1.0*dead+1.0（wind+）+1.0*0.7S
S2k=1.0*dead+1.0（wind-）
S3k=1.0*dead+1.0pr
3、结构分析
3.1、强度校核
在强度校核组合工况作用下，杆件的应力比如下：


拉/压杆：PIPE102x5的圆钢管（Q235B）——最大应力比为0.430<1 OK
主梁：HN250x125x6x9（Q235B） ——最大应力比为0.432<1 OK
次梁：160x80x4钢方通（Q235B） ——最大应力比为0.442<1 OK
杆件的强度及稳定性满足设计要求
3.2、挠度分析
在S1k作用下的挠度变形如下：


在S2k作用下的挠度变形如下：


最大挠度变形为：15.4mm< 6700/400=17mm
杆件挠度满足设计要求！

4、支座反力

TABLE: Joint Reactions 　 　 　 　 　 　
Joint OutputCase CaseType F1 F2 F3 M1 M2 M3
Text Text Text KN KN KN KN-m KN-m KN-m
189 COMB1 Combination -9.944 -30.372 19.681 0 0 0
208 COMB1 Combination 0.076 -37.012 17.108 0 0 0
219 COMB1 Combination 11.085 14.724 49.772 0 0 0
220 COMB1 Combination 10.618 31.865 48.757 0 0 0
221 COMB1 Combination -0.268 40.428 51.943 0 0 0
227 COMB1 Combination 1.447 -1.059 20.181 -21.8058 31.5649 0.5591
228 COMB1 Combination -10.519 -14.275 14.636 0 0 0
229 COMB1 Combination 1.67 -2.59 1.047 0 0 0
281 COMB1 Combination 9.931 -30.318 19.646 0 0 0
304 COMB1 Combination -11.097 14.739 49.824 0 0 0
305 COMB1 Combination -10.568 31.714 48.529 0 0 0
317 COMB1 Combination -1.385 -1.051 20.17 -21.7921 -31.5444 -0.5447
318 COMB1 Combination 10.553 -14.315 14.641 0 0 0
319 COMB1 Combination -1.599 -2.477 1.048 0 0 0