21.5米高杆灯受力计算书

一、设计条件

⑴．基本数据：灯盘距地面高度约20m ，方形基础平面尺寸为3m×3m，基础埋深2.5m ，灯杆截面为正十二边形，计算时简化为圆形，顶部直径D 为200mm ，根部直径D 400mm ，厚度自顶端至底端分两段。δ=6mm，长10.9m ，δ=6mm，长10.9m  。材料为上海宝钢生产的低合金钢，Q/BQB303 SS400,屈服强度为f 屈=245N/mm2，设计强度取f=225N/mm2，fV=125N/mm2，灯盘直径为2200mm ，厚度简化为200mm ，高杆灯总重约为Fk=40KN。

⑵．自然条件：当地基本风压Wo=0.75KN/m2，地基土为淤泥质粘性土，地承载力特征值fak=60 KN/m2，地面粗糙度考虑城市郊区为B 类，地下水位埋深大于2.5m ，地基土的容重γm=18 KN/m3。

⑶．设计计算依据：

①、《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001

②、《建筑地基基础设计规范》GB5007-2002

③、《钢结构设计规范》 GB50017-2003

④、《高耸结构设计规范》 GBJ135-90

二、风荷载标准值计算

基本公式：WK=βz·μs·μz·ur·Wo

式中：Wk —风荷载标准值（KN/m2）；

βz —高度z 处的风振系数；

μs —风荷载体型系数；

μz —风压高度变化系数；

μr—高耸结构重现期调整系数，对重要的高耸结构取1.2。 ⑴．灯盘：高度为0.2m ，μz =1.42，μs =0.5，μr=1.2

βz=1+

式中ξ—脉动增大系数；

υ—脉动影响系数；

φz —振型系数；

βz=1+ =1+（ ）=2.04

WK=βz·μs·μz·ur·Wo

=2.04×0.5×1.42×1.2×0.75=1.30KN/m2

⑵．灯杆：简化为均布荷载，高度取10.9m ，

μz=1.4, μs=0.59, μr=1.2

βz=1+ =1+（ ）=2.16，

WK2=βz·μs·μz·ur·Wo

=2.16×0.59×1.14×1.2×0.75=1.31KN/m2

三、内力计算

⑴．底部（δ=6mm）

弯矩设计值：M=M灯盘+M灯杆

M=γQ×WK1×0.2×2.2×21.5+γQ×WK2×21.5×10.9

=1.4×1.3×0.2×2.2×21.5+1.4×1.31×21.5×10.9

=447KN·m

剪力设计值：V=V灯盘+V灯杆

V =γQ×WK1×0.2×2.2+γQ×WK2×21.5

=1.4×1.3×0.2×2.2+1.4×1.31×21.5

=40KN

⑵．δ=6mm与δ=6mm，交接处

弯矩设计值：

M=γQ×WK1×0.2×2.2×10.9+γQ×WK2×（0.28+ ）×10.9×2 =1.4×1.3×0.2×2.2×10.9+1.4×1.31×（0.28+ ）×10.9×2 =48.7KN·m

剪力设计值：

V =γQ×WK1×0.2×2.2+γQ×WK2×（0.28+ ）×10.9

=1.4×1.3×0.2×2.2+1.4×1.31×（0.28+ ）×10.9

=20.8KN

四、在风荷载作用下的强度复核（未考虑高杆灯自重）

⑴．底部（δ=6mm）

截面惯性矩I= ×（d －d ）= （6504－6344）=8.31×108mm4. 最大拉应力бmax= ·y=426×106×325/(8.31×108)=167N/mm2

最大剪应力τmax=2·V/A=2×27×103/[ ×（6502－6342）]=3.3N/mm2 max

⑵．δ=6mm与δ=6mm，交接处

截面惯性矩I= ×（d －d ）= （4004－3884）=1.44×108mm4. 最大拉应力бmax= ·y=51×106×200/（1.44×108）=70.8N/mm2 最大剪应力τmax=2·V/A=2×9×103/[ ×（4002－3882）]=2.4N/mm2 бmax

五、地基承载力验算

⑴．基础平面尺寸：b×h=3×3m，

基础底面抗弯模量W= bh2=10.67m3，

地基承载力特征值fak=60KN/m2，

⑵．基础自重和基础上的土重

Gk=b×h×H×γ0=3×3×2.5×20=450KN

⑶．相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面的弯矩值：

Mk=M/γQ+VH/γQ

=426/1.4+27×2.5/1.4×2.5=353KN·m

⑷．修正后的地基承载力特征值：

fa ＝fak+ηb·γ(b-3)+ ηd·γm(d-0.5)

=60+0+1.0×18×(2.5－0.5)=96KN/m2

⑸．相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面边缘的最大最小压力值： Pkmax= +

= =53+33=86KN/m2<1.2fa=115KN/m2能满足要求。

Pkmax= +

= =53－33=20KN/m2>0能满足要求。

六、计算说明

⑴．根据建筑结构荷载规范，按50年一遇查全国各城市的基本风压WO ，绝大多数城市的WO≤0.75KN/m2时，若山区、偏僻地区、沿海海面和海岛的基本风压Wo≥0.75KN/m2时，以上计算乘以调整系数。

⑵．高杆灯的安全等级，按高耸结构设计规范取一级。

⑶．基础设计所需的基本数据为：地基承载力特征值，地基土的物理性参数，上部荷载的标准组合值包括：弯矩、剪力、轴力。

⑷．基础选型应根据建设场地土条件和结构的要求确定，一般为方形混凝土基础，底面积尺寸和配筋由计算确定或厂家提供图纸。