1、单悬臂式标志牌结构设计计算书1 设计资料1.1 板面数据1)标志板 A 数据板面形状：矩形，宽度 W=7.0(m)，高度 h=3.5(m)，净空 H=5.65(m)标志板材料：内置照明。单位面积重量：19.999998(kg/m2)1.2 横梁数据横梁的总长度：8.28(m)，外径：203(mm)，壁厚：10(mm)，横梁数目：2 ，间距：2.5(m)1.3 立柱数据立柱的总高度：9.48(m)，立柱外径：377(mm)，立柱壁厚：12(mm)2 计算简图见 Dwg 图纸3 荷载计算3.1 永久荷载1)标志版重量计算标志板重量：Gb=A*g=24.5019.999998 9.80=4802.0
2、0(N)式中：A-标志板面积-标志板单位面积重量g-重力加速度，取 9.80(m/s2)2)横梁重量计算横梁数目 2，总长度为 8.28(m)，使用材料：奥氏体不锈钢无缝钢管，单位长度重量：48.315(kg/m)横梁总重量：Gh=L*g*n=8.28 48.3159.802=7844.332(N)式中：L-横梁的总长度-横梁单位长度重量g-重力加速度，取 9.80(m/s2)3)立柱重量计算立柱总长度为 9.48(m)，使用材料：奥氏体不锈钢无缝钢管，单位长度重量：109.649(kg/m)立柱重量：Gp=L*g=9.48109.6499.80=10186.787(N)式中：L-立柱的总长度
3、-立柱单位长度重量g-重力加速度，取 9.80(m/s2)4)上部结构总重量计算由标志上部永久荷载计算系数 1.10,则上部结构总重量:G=K*(Gb+Gh+Gp)=1.10(4802.00+7844.332+10186.787)=25116.429(N)3.2 风荷载1)标志板所受风荷载标志板 A 所受风荷载:Fwb=0*Q*(1/2*C*V2)*A=1.01.4(0.51.22581.222.002)24.50=12209.851(N)式中：0-结构重要性系数，取 1.0Q- 可变荷载分项系数，取 1.4-空气密度，一般取 1.2258(N*S2*m-4)C-标志板的风力系数，取值 1.2
4、0V-风速，此处风速为 22.00(m/s2)g-重力加速度，取 9.80(m/s2)2)横梁所迎风面所受风荷载:Fwh=0*Q*(1/2*C*V2)*W*H=1.01.4(0.51.22580.8022.002)0.2030.811=54.732(N)式中：C-立柱的风力系数，圆管型取值 0.80W-横梁迎风面宽度，即横梁的外径H-横梁迎风面长度，应扣除被标志板遮挡部分3)立柱迎风面所受风荷载:Fwp=0*Q*(1/2*C*V2)*W*H=1.01.4(0.51.22580.8022.002)0.3779.48=1187.415(N)式中：C-立柱的风力系数，圆管型立柱取值 0.80W-立柱
5、迎风面宽度，即立柱的外径H-立柱迎风面高度4 横梁的设计计算由于两根横梁材料、规格相同，根据基本假设，可认为每根横梁所受的荷载为总荷载的一半。单根横梁所受荷载为：(标志牌重量)竖直荷载:G4=0*G*Gb/n=1.01.2 4802.00/2=2881.20(N)式中：0-结构重要性系数，取 1.0G-永久荷载(结构自重)分项系数，取 1.2n-横梁数目，这里为 2(横梁自重视为自己受到均布荷载)均布荷载:1=0*G*Gh/(n*L)=1.01.27844.332/(28.28)=568.19(N)式中：L-横梁的总长度(标志牌风荷载)水平荷载：Fwbh=Fwb/n=12209.851/2=6
6、104.925(N)4.1 强度验算横梁根部由重力引起的剪力为:QG=G4+1*Lh = 2881.20 + 568.197.71 = 7262.794(N)式中：Lh-横梁端部到根部的距离,扣除与立柱连接部分的长度由重力引起的弯矩:MG=Gb*Lb+1*Lh2/2= 2401.004.311 + 568.197.712/2= 27246.243(N*M)式中：Gb-每根横梁所承担的标志板重量Lb-标志板形心到横梁根部的间距横梁根部由风荷载引起的剪力:Qw= Fwbh+Fwh= 6104.925+54.732=6159.657(N)式中：Fwbh-单根横梁所承担的标志板所传来的风荷载Fwh-单
7、根横梁直接承受的风荷载横梁根部由风荷载引起的弯矩:Mw= Fwbi*Lwbi + Fwhi*Lwhi= 6104.9254.311 + 67.4450.312= 26343.593(N*M)横梁规格为 20310 ，截面面积 A=6.06310-3(m2)，截面惯性矩 I=2.83110-5(m4)，截面抗弯模量 W=2.78910-4(m3)横梁根部所受到的合成剪力为:Qh= (QG2+Qw2)1/2= (7262.7942+6159.6572)1/2= 9523.106(N)合成弯矩:Mh= (MG2+Mw2)1/2= (27246.2432+26343.5932)1/2= 37899.1
8、11(N*M)1)最大正应力验算横梁根部的最大正应力为:max= M/W= 37899.111/(2.78910-4)= 135.894(MPa) 0.01，不满足要求！由结构自重而产生的转角为：=My*h1/(0*G*E*I)= 54492.4877.40/(1.001.202101092.29410-4)= 0.007(rad)单根横梁由此引起的垂直位移为:fy=*l1= 0.0077.71= 0.0538(m)横梁的垂直总位移为:fh=fy+fy= 0.059+0.0538= 0.113(m)该挠度可以作为设置横梁预拱度的依据。6 立柱和横梁的连接连接螺栓采用六角螺栓 8M30，查表，每
9、个螺栓受拉承载力设计值Nt=85.83(KN)，受剪承载力设计值Nv=122.24(KN)螺栓群处所受的外力为：合成剪力 Q=9.523(KN)，合成弯矩 M=37.899(KN*M)每个螺栓所承受的剪力为：Nv=Q/n= 9.523/8= 1.19(KN)以横梁外壁与 M 方向平行的切线为旋转轴，旋转轴与竖直方向的夹角：=atan(MG/Mw)= atan(27246.24/26343.59)= 0.802(rad)= 45.96则各螺栓距旋转轴的距离分别为：螺栓 1：y1= 0.203/2 + 0.161sin(0.802- 10.3927)= 0.166(m)螺栓 2：y2= 0.203
10、/2 + 0.161sin(0.802+ 10.3927)= 0.251(m)螺栓 3：y3= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 30.3927)= 0.249(m)螺栓 4：y4= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 50.3927)= 0.161(m)螺栓 5：y5= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 70.3927)= 0.037(m)螺栓 6：y6= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 90.3927)= -0.048(m)螺栓 7：y7= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 110.3927)= -0
11、.046(m)螺栓 8：y8= 0.203/2 + 0.161sin(0.802+ 130.3927)= 0.042(m)螺栓 2 对旋转轴的距离最远，各螺栓拉力对旋转轴的力矩之和为：Mb=N2*yi2/y2其中：yi2= 0.1816(m2)yi= 0.9064(m)受压区对旋转轴产生的力矩为：Mc=c*(2*(R2-r2)1/2)*(y-r)dy式中：c- 法兰受压区距中性轴 y 处压应力R-法兰半径，这里为 0.211(m)r-横梁截面半径，这里为 0.102(m)压应力合力绝对值：Nc=c*(2*(R2-r2)1/2)dy又 c/ cmax = (y-r)/(R-r)根据法兰的平衡条件
12、：Mb+Mc=M， Nc=Ni ，求解得：N2=44.348(KN)cmax=7.898(MPa)6.1 螺栓强度验算(Nv/Nv)2 + (Nmax/Nt)2)1/2= (1.19/122.24)2 + (44.348/85.83)2)1/2= 0.517 F = 13.507(KN)7.6 柱脚法兰盘厚度验算法兰盘肋板数目为 8对于三边支承板：自由边长 a2 = 0.313(m)，固定边长 b2 = 0.22(m)b2 / a2 = 0.704，查表得： = 0.087, 因此，M1 = *c*(a2)2 = 0.0873868385.490.3132 = 33036.505(N*m/m)
13、对于相邻支承板：自由边长 a2 = 0.313(m)，固定边长 b2 = 0.377(m)b2 / a2 = 1.207，查表得： = 0.121, 因此，M2 = *c*(a2)2 = 0.1213868385.490.3132 = 45835.62(N*m/m)取 Mmax = max(M1, M2) = max(33036.505, 45835.62) = 45835.62(N*m/m)法兰盘的厚度：t = (6*Mmax/fb1)0.5 = 645835.62/(210106)0.5 = 36.2(mm) 30(mm), 不满足要求！受拉侧法兰盘的厚度：t = 6 * Na * Lai
14、 / (D + Lai1 + Lai) * fb1 0.5= 686274.8780.763 / (0.036+0.763+0.763)210106 0.5(m) = 0.035(mm) 0.03(mm), 不满足要求！7.7 地脚螺栓支撑加劲肋由混凝土的分布反力得到的剪力：Vi = ri * Lri * c = 0.3130.223868385.49(N) = 266.081(KN) Ta/n= 86.275/1= 86.275(KN), 满足要求。地脚螺栓支撑加劲肋的高度和厚度为：高度 Hri = 0.40(m), 厚度 Tri = 0.02(m)剪应力为：= Vi/(Hri*Tri) = 266081.171/(0.400.02) = 33.26(MPa) 1.10, 满足要求。式中：e-基底偏心距 ,e=M/N=132153.862/246588.429=0.536(m)8.3 基础滑动稳定性验算基础滑动稳定性系数：Kc = *N/F = 0.30246588.429/13506.729 = 5.477 1.20, 满足要求。
