开口护栏结构计算书
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开口护栏结构计算书
一、工程概要
工程名称:开口护栏
设计要求:此计算书内容针对安全护栏架构系统分析,为验证此系统架构符营造安全卫生设施标准第二十条规范要求,负责内容如计算书设计部分。
二、设计规范
(一)美国钢结构施工协会AISC-钢结构设计规范
(二)美国焊接协会AWS设计规范
三、使用材料性质
钢板:ASTM A36 ,提供降伏强度F y=2520kg/cm2
钢管:CNS4435 ,提供降伏强度F y=2400kg/cm2
锚定螺栓:提供容许拉力=5.0kN,容许剪力=5.5kN
焊条:一般钢使用E70XX,提供F u=70 ksi
四、结构配置
(一)结构形式
(二)节点编号
(三)杆件编号
五、结构分析:
(一)施加载重:依营造安全卫生设施标准第二十条规范要求,需满足
任一方向施加75kg之荷重,并考虑冲击荷重放大系数1.25,及
短期载重折减因子0.75,故最大荷重P=75*1.25*0.75=70.3 kg,
故取 P = 70 kg
(二)分析程序:SAP2000分析软件
(三)载重组合:本安全护栏钢架构,载重组合系考虑各种可能之撞击
模式详如下列图例:
CASE 1(最大荷重施加于立柱顶点)
CASE 2(最大荷重施加于上栏杆中点)
CASE 3(最大荷重施加于中栏杆中点)
CASE 4(最大荷重施加于转折立柱顶点)
CASE 5(最大荷重平均施加于立柱顶点及中点)
CASE 6(最大荷重平均施加于上栏杆及中栏杆)
六、结构设计
(一)立柱强度校核:直料使用尺寸为Φ42.7*2.3t ,设计分析时采用
如图示方式仿真,取直料最大应力比杆件为说明对象,如下所示:
杆件断面特性
Φ42.7*2.3t:面积A=2.98cm2,断面模数=2.849cm3
依程序分析结果应力比=1.01 < Ratio Limit =1.03 O.K.
(二)横杆强度校核:横杆使用尺寸为Φ42.7*2.3t ,设计分析时采用
如图示方式仿真,取横杆最大应力比杆件为说明对象,如下所示:
杆件断面特性
Φ42.7*2.3t:
面积A=2.98cm2,断面模数S=2.849cm3
依程序分析结果应力比=0.936 < Ratio Limit =1.03 O.K.
(三)细部接合设计:
A.设计规范
a.美国钢结构施工协会AISC-ASD89钢结构设计规范
b.美国焊接学会AWS-D1.1钢结构焊接规范
B.使用材料性质
a.钢板:ASTM A36降伏强度Fy=2520kg/cm2
b.混凝土强度fc’:280kg/cm2
C.容许支承应力Fp
Ⅰ.砂岩或石灰岩基础Fp=28kg/cm2
Ⅱ.水泥砂浆砌砖基础Fp=18kg/cm2
Ⅲ.支承于混凝土全面积Fp=0.35fc’kg/cm2
Ⅳ.支承于混凝土部份面积Fp=0.35fc’√(A2/A1)≦.7fc’kg/cm2 A2:混凝土全面积
A1:柱基版面积
本案设计假设护栏立柱安装于楼板上,故采用CSAE Ⅳ
且因A2/A1>4,故Fp=0.7fc’=0.7*280=196kg/cm2
(四)柱基版容许弯曲应力Fb=0.75Fy=0.75*2520=1890kg/cm2
(五)应力分析
取柱基版BxD=10*10cm
柱底版最大剪力V=70kg
柱底版最大弯矩M=6300kg-cm
因弯矩由锚定螺栓所提供之力偶抵抗
故M=2*ft*D
6300=2*ft*6.0
∴ft=6300/2*6.0=525.00kg
(六)底版厚度计算:
由锚定螺栓所提供之拉力ft对柱底版引发之最大弯矩将发生于A 点,其弯矩Mx=2*ft*x
又Mx=Fb*S=1890*B*t2/6=1890*10*t2/6
∴t2=714.00*6/1890*10=0.227
t=√0.227=0.476cm
故取=5mm
(七)焊接计算
钢管外径Do=42.7mm
设计焊接尺寸tw=6mm
使用E70焊材,焊道极限剪应力Fu=70ksi
焊道容许剪应力为
Fv=0.707*tw*0.3*0.0707*Fu
=0.7*0.6*0.3*0.1*70
=0.624T/cm2
焊道面积Aw=3.1*(552-42.72)/4/100=9.2cm2
焊道断面模数Sw=3.1*(554-42.74)/32/54.7/1000=10.1cm3
焊道应力fs=√((V/Aw)2+(M/Sw)2)
=624lg/cm2≦Fv=0.624T/cm2 (OK)
七、结构设计附图
(一)各载重组合下之杆件最大应力比:
(二)LOAD CASE 1各节点受力图:
(三)LOAD CASE 1结构变形图:最大变形量=0.94cm
(四)LOAD CASE 2各节点受力图:
(五)LOAD CASE 2结构变形图:最大变形量=2.26cm
(六)LOAD CASE 3各节点受力图:
(七)LOAD CASE 3结构变形图:最大变形量=1.96cm
(八)LOAD CASE 4各节点受力图:
(九)LOAD CASE 4结构变形图:最大变形量=0.43cm
(十)LOAD CASE 5各节点受力图:
(十一)LOAD CASE 5结构变形图:最大变形量=0.62cm
(十二)LOAD CASE 6各节点受力图:
(十三)LOAD CASE 6结构变形图:最大变形量=1.19cm。