基本參數:
1:單錐邊長:a=3000mm;
2:坡面與水平面的夾角:30°;
四角錐採光頂的杆件設計計算,可將受力杆件簡化為承受兩個三角荷載的直線三鉸拱分析內力,並按壓彎構件驗算截面強度。
計算模型如下:
1.杆件荷載計算:
(1)基本幾何尺寸的確定:
α:杆件與水平面的夾角(度);
h:錐體高度(mm);
a:單錐邊長(mm);
L:計算模型中的總跨度(mm);
tanα=tan30°×1.414/2
α=22.204°
h=a/2×tan30°
=865.495mm
L=a×1.414
=4242mm
(2)荷載的計算:
計算取自重、活荷載和風荷載設計值組合。
qA:作用在採光頂表面的荷載設計值組合(MPa);
q:作用在採光頂杆件上的線荷載設計值組合(N/mm);
先取自重和風荷載組合:
G+w=0.00048+0.6×0.000343
=0.000686MPa
轉化為垂直於水平面的荷載:
0.000686/cos30°=0.000792MPa
再與活荷載組合,得:
qA=0.000792+1×0.0007
=0.001492MPa
q=qA×(a/2×0.707/2)
=0.001492×(3000/2×0.707×2)
=3.165N/mm
2.杆件的強度計算:
校核依據:
σ=N/A+M/λW≤f
四角錐採光頂的最大彎矩在總跨長L的四分之一處:
Mc0:跨中彎矩(N·mm);
H:推力(N);
Mc0=qL2/16
=3.165×42422/16
=3559549.691N·mm
H=Mc0/h
=3559549.691/865.495
=4112.733N
驗算截面處的受力分析:
M0.25L0:代樑彎矩(N·mm);
M0.25L:驗算截面的彎矩(N·mm);
V0.25L0:驗算截面的代樑剪力(N);
N0.25L:驗算截面軸力(N);
Y0.25L:驗算截面處與A(B)點的垂直高度(mm);
Y0.25L=h/2=865.495/2=432.748mm
M0.25L0=qL2/48×(3-8×0.25×0.25)
=3.165×42422/48×2.5
=2966291.409N·mm
M0.25L=M0.25L0-HY0.25L
=2966291.409-4112.733×432.748
=1186514.429N·mm
V0.25L0=qL/4×(1-8×0.25×0.25)
=3.165×4242/4×0.5
=1678.241N
N0.25L=-V0.25L0sinα-Hcosα
=-1678.241×0.378-4112.733×0.926
=-4442.766N
σ:計算截面的強度計算值(MPa);
f:選擇的龍骨材料的強度設計值(MPa);
A:選取材料的截面面積(mm2);
W:選取材料的截面抗彎矩(mm3);
σ=N0.25L/A+M0.25L/λW
=4442.766/1000+1186514.429/1.05/40000
=32.693MPa≤f=85.5MPa(6063-T5)
所以,材料的強度滿足設計要求!