25高杆灯的安全性计算及强度校核

二、设计条件　　⑴．基本数据：灯塔距地面高度25m，方形基础平面尺寸为5.5m，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230mm，根部直径D为520mm，厚度自顶端至底端3段。δ=6mm，长9.3m，δ=8mm，长9.3m，δ=10mm，长8m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3000mm，厚度简化为800mm，高杆灯总重为Fk=9.0KN。
　　⑵．自然条件：当地基本风压Wo=0.55KN/m2，12级台风。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
三、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25m，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
　　　　　　=2.04×0.5×1.42×1.2×0.55=0.956KN/m2
　　⑵．灯杆：简化为均布荷载，高度取26m，
　　　　μz=1.4, μs=0.59, μr=1.2
　　　　βz=1+ =1+（ ）=2.16，
　　　　WK2=βz·μs·μz·ur·Wo
　　　　　=2.16×0.59×1.14×1.2×0.55=0.958KN/m2
四、内力计算　　⑴．底部（δ=10mm）
　　　　弯矩设计值：M=M灯盘+M灯杆
　　　　M=γQ×WK1×0.2×3.8×30+γQ×WK2× ×30×15
　　　　=1.4×0.956×0.2×3.8×30+1.4×0.958× ×30×15
　　　　=229kN·m
　　　　剪力设计值：V=V灯盘+V灯杆
　　　　V =γQ×WK1×0.2×3.8+γQ×WK2× ×30
　　　　=1.4×0.956×0.2×3.8+1.4×0.958× ×30
　　　　=14.6KN
　　⑵．δ=10mm与δ=8mm，交接处
　　　　弯矩设计值：
　　　　M=γQ×WK1×0.2×3.8×10+γQ×WK2×（0.28+ ）×10×5
　　　　=1.4×0.956×0.2×3.8×10+1.4×0.958×（0.28+ ）×10×5
　　　　=28KN·m
　　　　剪力设计值：
　　　　V =γQ×WK1×0.2×3.8+γQ×WK2×（0.28+ ）×10
　　　　=1.4×0.956×0.2×3.8+1.4×0.958×（0.28+ ）×10
　　　　=5KN
五、在风荷载作用下的强度复核（未考虑高杆灯自重）　　⑴．底部（δ=10mm）
　　截面惯性矩I= ×（d －d ）= （6504－6344）=8.31×108mm4.
　　最大拉应力бmax= ·y=229×106×325/(8.31×108)=90N/mm2
　　最大剪应力τmax=2·V/A=2×14.6×103/[ ×（6502－6342）]=0.5N/mm2
　　max
　　⑵．δ=8mm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=28×106×200/（1.44×108）=39N/mm2
　　最大剪应力τmax=2·V/A=2×5×103/[ ×（4002－3882）]=1.33N/mm2
　　бmax
六、地基承载力验算　　⑴．基础平面尺寸：b×h=2.5m，
　　　　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=2.5×2.5×2.5×20=800KN
　　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
 　　　  =229/1.4+27×2.5/1.4×2.5=185KN·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。
七、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，一般为圆型混凝土独立基础或方形混凝土独立基础，底面积尺寸和配筋由计算确定。（扬州金豆照明提供）