钢结构结构设计计算报告书.docx
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钢结构结构设计计算报告书
河北钢铁集团燕钢科技研发中心钢结构计算书
一、设计依据
《建筑结构荷载规范》(GB50009-)
《建筑抗震设计规范》(GB50011-)
《钢结构设计规范》(GB50017-)
二、荷载信息
结构关键性系数:
1.00
(一)恒荷载:
采光顶屋面+檩条+天沟及建筑防水等:
0.8kN/m2;
连廊楼面50厚建筑做法+100厚混凝土板:
3.75kN/m2;
连廊顶屋面+檩条+天沟及建筑防水等:
0.5kN/m2;
连通屋面钢板+建筑做法:
5.0kN/m2;
连廊侧立面石材+檩条+天沟及建筑防水等:
1.0kN/m2;
连通屋面底面建筑做法+檩条等:
0.5kN/m2;
屋面上造型钢结构屋面+檩条+天沟及建筑防水等:
0.5KN/m2;
屋面上造型侧立面玻璃幕墙及龙骨:
1.0KN/m2;
(二)活荷载:
全部幕墙面均为不上人屋面,活荷载取0.5KN/m2;
钢连廊楼面活荷载取3.5KN/m2;
连通屋面部分活荷载取2.0KN/m2;
屋面上造型钢结构屋面为不上人屋面,活荷载取0.5KN/m2;
(三)雪荷载:
当地雪荷载为0.40KN/m2(n=100)
(四)风荷载:
因钢结构对风荷载较为敏感,所以取重现周期为1当地基础风压为0.45KN/m2(n=100)
考虑B类粗糙度。
风压高度系数,体型系数等均按《建筑结构荷载规范》(GB50009-)相关要求实施。
(五)地震作用:
地震烈度:
7度(0.15g)
水平地震影响系数最大值:
0.12
计算振型数:
50-200
建筑结构阻尼比:
0.035
特征周期值:
0.45
地震影响:
多遇地震
场地类别:
Ⅱ类
地震分组:
第二组
(六)温度荷载:
本工程各部分钢结构支座均采取了滑动支座,且对应设置了结构温度断缝,所以在计算时不考虑温度作用。
三、计算软件
本工程钢结构计算采取美国CSI企业SAPv14.2.2有限元分析软件进行各个部分建模计算。
四、荷载组合
(1)1.35恒载+1.40x0.70活载1
(2)1.35恒载+1.40x0.70风1
(3)1.20恒载+1.40活载1
(4)1.20恒载+1.40风1
(5)1.00恒载+1.40风1
(6)1.20恒载
(7)1.20恒载+1.40x1.0活载1+1.4x0.7风1
(8)1.20恒载+1.40x0.7活载1+1.4x1.0风1
(9)1.20恒载+1.20x0.50活载1+1.30水平地震
(10)1.00恒载+1.00x0.50活载1+1.30水平地震
(11)1.00恒载+1.00活载1(变形控制)
五、分区计算
(一).钢连廊部分:
1.计算模型
计算模型
2.几何信息
经典钢连廊侧立面图
钢连廊跨度为20m,桥面宽度为2800mm,分别在13.450m、21.250m、29.050m标高,两端分别和混凝土塔楼牛腿连接,一端采取固定铰支座,一端滑动铰支座和混凝土结构连接。
连廊采取钢桁架结构形式,桁架上弦杆截面采取B200x200x8x8,下弦杆采取H300x200x10x10,腹杆采取B200x200x8x8,楼面梁采取HH300X200X10X10及H250X200X6X8,支撑采取P89x5。
楼面采取压型钢板及混凝土楼面,压型钢板规格为YXB46-200-600(B),厚度为1.0mm。
构件及压型钢板材质为Q345B。
3.荷载施加情况
楼面恒荷载:
3.75KN/m2
屋面恒荷载:
0.50KN/m2
侧立面幕墙恒荷载:
1.00KN/m2
楼面活荷载:
3.5KN/m2
屋面活荷载:
0.5KN/m2
风荷载:
基础风压0.45KN/m2,高度修正系数μz=1.42,风振系数βz=1.0,连廊侧面迎风面及背风面体型系数μs分别取+0.8及-0.5;
4.钢连廊自振频率计算
钢连廊竖向震动周期为0.16780s,对应自振周期为5.09Hz>3Hz,满足钢连廊舒适度要求。
附前20阶振型周期频率表:
OutputCase
StepNum
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
Text
Unitless
Sec
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
MODAL
1
0.387015
0.0000
0.8687
0.0000
0.0000
0.8687
0.0000
MODAL
2
0.221162
0.0000
0.0124
0.0000
0.0000
0.8811
0.0000
MODAL
3
0.183575
0.0000
0.0013
0.0000
0.0000
0.8824
0.0000
MODAL
4
0.167799
0.0910
0.0000
0.7184
0.0910
0.8824
0.7184
MODAL
5
0.134421
0.0000
0.0004
0.0000
0.0910
0.8828
0.7184
MODAL
6
0.101405
0.0000
0.0422
0.0000
0.0910
0.9250
0.7184
MODAL
7
0.092235
0.0000
0.0001
0.0000
0.0910
0.9251
0.7184
MODAL
8
0.087437
0.7598
0.0000
0.0776
0.8507
0.9251
0.7960
MODAL
9
0.078856
0.0000
0.0001
0.0000
0.8507
0.9252
0.7960
MODAL
10
0.075589
0.0377
0.0000
0.0037
0.8884
0.9252
0.7997
MODAL
11
0.07461
0.0000
0.0006
0.0000
0.8884
0.9257
0.7997
MODAL
12
0.070255
0.0001
0.0000
0.0000
0.8885
0.9257
0.7997
MODAL
13
0.070024
0.0000
0.0000
0.0066
0.8885
0.9257
0.8063
MODAL
14
0.064376
0.0000
0.0093
0.0000
0.8885
0.9350
0.8063
MODAL
15
0.059019
0.0053
0.0000
0.0291
0.8938
0.9350
0.8354
MODAL
16
0.057311
0.0000
0.0001
0.0000
0.8938
0.9351
0.8354
MODAL
17
0.056862
0.0031
0.0000
0.0026
0.8969
0.9351
0.8380
MODAL
18
0.054717
0.0000
0.0000
0.0000
0.8969
0.9351
0.8380
MODAL
19
0.048772
0.0026
0.0000
0.0398
0.8995
0.9351
0.8778
MODAL
20
0.047904
0.0000
0.0012
0.0000
0.8995
0.9363
0.8778
5、变形计算:
恒+活组合下结构最大位移以下图所表示:
该工况下最大竖向位移为10.2mm,10.2/0=1/1960<1/400,满足要求。
6.支座反力
全工况包络下各支座反力情况(单位:
KN)
支座反力包络图
7.构件验算
经设计验算,全部构件应力比均小于0.7,满足设计要求。
(二).中部采光顶钢结构:
1.计算模型
计算模型(一侧和混凝土结构固定铰接,另一侧滑动铰接)
2.几何信息
采光顶钢结构平面部署图
经典桁架示意图
中部采光顶钢结构拟采取单向桁架体系,跨度为25.2m,桁架高度为1300mm,两边支承于周围混凝土结构上,采取固定铰支座及滑动铰支座连接。
关键构件采取B300x200x8x8,P114x4,P114x6,P103x4等截面,支座节点局部采取较大截面进行加强。
构件材质为Q345B。
3.荷载施加情况
恒荷载:
0.8KN/m2
活荷载:
0.5KN/m2
风荷载,屋面标高为38m,风压高度系数取1.51,风振系数取1.0,体形系数取-0.6,基础风压为0.45KN/m2,计算得风荷载标准值:
0.45x1.51x1.0x(-0.6)=0.41KN/m2(风吸力)
风荷载标准值远小于恒荷载0.8KN/m2,所以不考虑风荷载对于结构有利作用,也不参与计算。
4.结构自振频率计算
结构整体竖向振动振型为第二阶,周期为0.4185s。
附前20阶振型周期频率表:
OutputCase
StepNum
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
Text
Unitless
Sec
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
MODAL
1
0.418535
0.0001
0.0006
0.0760
0.0001
0.0006
0.0760
MODAL
2
0.410769
0.0000
0.0045
0.5580
0.0001
0.0050
0.6340
MODAL
3
0.338684
0.0000
0.0006
0.0790
0.0001
0.0057
0.7130
MODAL
4
0.320735
0.0000
0.0000
0.0002
0.0001
0.0057
0.7130
MODAL
5
0.286487
0.0000
0.0000
0.0011
0.0001
0.0057
0.7140
MODAL
6
0.28567
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0057
0.7140
MODAL
7
0.285159
0.0000
0.0002
0.0017
0.0001
0.0058
0.7160
MODAL
8
0.281942
0.0000
0.0000
0.0001
0.0001
0.0058
0.7160
MODAL
9
0.281472
0.0000
0.0000
0.0093
0.0001
0.0058
0.7250
MODAL
10
0.281229
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0058
0.7250
MODAL
11
0.280913
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0059
0.7250
MODAL
12
0.278749
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0059
0.7250
MODAL
13
0.278728
0.0000
0.0000
0.0044
0.0001
0.0059
0.7290
MODAL
14
0.277513
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0059
0.7290
MODAL
15
0.27726
0.0000
0.0000
0.0290
0.0001
0.0059
0.7580
MODAL
16
0.275831
0.0000
0.0000
0.0002
0.0001
0.0059
0.7580
MODAL
17
0.275764
0.0000
0.0000
0.0010
0.0001
0.0059
0.7590
MODAL
18
0.274683
0.0000
0.0000
0.0005
0.0001
0.0059
0.7600
MODAL
19
0.274048
0.0000
0.0000
0.0000
0.0001
0.0059
0.7600
MODAL
20
0.273292
0.0000
0.0000
0.0000
0.0002
0.0059
0.7600
5、变形计算:
恒+活组合下结构最大位移以下图所表示:
该工况下桁架杆最大竖向位移为55.9mm,55.9/25200=1/451<1/400,满足要求。
檩条相对竖向位移为71-55.9=15.1mm,15.1/8000=1/529<1/200,满足要求。
6.支座反力
全工况包络下各支座反力情况(单位:
KN)
支座反力包络图
7.构件验算
经设计验算,全部构件应力比均小于0.75,满足设计要求。
(三).东、西侧采光顶钢结构:
1.计算模型
计算模型
(以东侧为例,最东侧和连通屋面部分经过长圆孔檩条搭接,只传输竖向力,不传输水平力)
2.几何信息
东西侧采光顶钢结构和中部采光顶结构体系基础类似,采取单向桁架体系,跨度为25.2m,桁架高度为1300mm,两边支承于周围混凝土结构上,采取固定铰支座及滑动铰支座连接。
关键构件采取B300x200x8x8,B300x150x4x4,P114x4,P114x6,P103x4等截面。
构件材质为Q345B。
3.荷载施加情况
恒荷载:
0.8KN/m2
活荷载:
0.5KN/m2
风荷载,屋面标高为38m,风压高度系数取1.51,风振系数取1.0,体形系数取-0.6,基础风压为0.45KN/m2,计算得风荷载标准值:
0.45x1.51x1.0x(-0.6)=0.41KN/m2(风吸力)
风荷载标准值远小于恒荷载0.8KN/m2,所以不考虑风荷载对于结构有利作用,也不参与计算。
4.结构自振频率计算
结构整体竖向振动振型为第一阶,周期为0.414s。
附前20阶振型周期频率表:
OutputCase
StepNum
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
Text
Unitless
Sec
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
MODAL
1
0.414
0.000
0.004
0.476
0.000
0.004
0.476
MODAL
2
0.332
0.000
0.001
0.122
0.000
0.004
0.598
MODAL
3
0.304
0.000
0.000
0.061
0.000
0.005
0.659
MODAL
4
0.286
0.000
0.000
0.004
0.000
0.005
0.663
MODAL
5
0.282
0.000
0.000
0.007
0.000
0.005
0.670
MODAL
6
0.281
0.000
0.000
0.002
0.000
0.005
0.672
MODAL
7
0.280
0.000
0.000
0.000
0.000
0.005
0.672
MODAL
8
0.280
0.000
0.000
0.017
0.000
0.005
0.690
MODAL
9
0.279
0.000
0.000
0.000
0.000
0.005
0.690
MODAL
10
0.278
0.000
0.000
0.013
0.000
0.005
0.703
MODAL
11
0.277
0.000
0.000
0.013
0.000
0.005
0.716
MODAL
12
0.276
0.000
0.000
0.001
0.000
0.005
0.716
MODAL
13
0.274
0.000
0.000
0.000
0.000
0.005
0.717
MODAL
14
0.274
0.000
0.000
0.017
0.000
0.005
0.733
MODAL
15
0.273
0.000
0.000
0.000
0.000
0.005
0.733
MODAL
16
0.273
0.000
0.000
0.008
0.000
0.005
0.742
MODAL
17
0.272
0.000
0.000
0.001
0.000
0.005
0.742
MODAL
18
0.271
0.000
0.000
0.000
0.000
0.005
0.742
MODAL
19
0.270
0.000
0.000
0.004
0.000
0.005
0.746
MODAL
20
0.270
0.000
0.000
0.009
0.000
0.005
0.755
5、变形计算:
恒+活组合下结构最大位移以下图所表示:
该工况下桁架杆最大竖向位移为53.0mm,53.0/25200=1/475<1/400,满足要求。
檩条相对竖向位移为79-53=26mm,26/8000=1/222<1/200,满足要求。
6.支座反力
全工况包络下各支座反力情况(单位:
KN)
支座反力包络图
7.构件验算
经设计验算,全部构件应力比均小于0.75,满足设计要求。
(四).屋顶造型钢结构:
1.计算模型
计算模型
2.几何信息
屋面造型部分钢结构由数榀如上图所表示钢框架组成,柱底和混凝土楼面或连通屋面钢结构铰接,钢柱顶部经过钢桁架连接形成钢框架,悬挑部分采取钢桁架进行外挑。
各榀钢框架之间亦采取钢桁架连接,形成双向框架,且在合适位置部署柱间支撑及屋面水平支撑。
构件材质为Q345B。
3.荷载施加情况
屋面上造型钢结构屋面+檩条+天沟及建筑防水等恒荷载:
0.5KN/m2;
屋面上造型侧立面玻璃幕墙及龙骨恒荷载:
1.0KN/m2;
屋面上造型屋面活荷载:
0.5KN/m2;
风荷载,屋面标高为45m,风压高度系数取1.61,风振系数取1.0,侧立面迎风面及背风面体形系数取0.8及-0.5,挑檐部分体型系数取-1.3,基础风压为0.45KN/m2,计算得风荷载。
风吸力小于恒荷载0.5KN/m2,所以不考虑风吸力对于结构有利作用,也不参与计算。
4.结构自振频率计算
结构第一阶振型为y方向平动,周期为0.509s。
结构第51阶振型为x方向平动,周期为0.178s。
附前30阶振型周期频率表:
OutputCase
StepNum
Period
UX
UY
UZ
SumUX
SumUY
SumUZ
Text
Unitless
Sec
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
Unitless
MODAL
1
0.509218
0.0000
0.7940
0.0016
0.0000
0.7940
0.0016
MODAL
2
0.506997
0.0000
0.0000
0.0000
0.0000
0.7940
0.0016
MODAL
3
0.499691
0.0000
0.0065
0.0000
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