钢结构结构设计计算书.docx

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钢结构结构设计计算书

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》（GB50009-2001）

《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

二、荷载信息

结构重要性系数：

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：

所有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，因此取重现周期为100年的当地基本风压为0.45KN/m2（n=100）

考虑B类粗糙度。

风压高度系数，体型系数的等均按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）相关规定执行。

（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用了滑动支座，且相应设置了结构温度断缝，因此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用美国CSI公司的SAP2000v14.2.2有限元分析软件进行各个部分的建模计算。

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

典型钢连廊侧立面图

钢连廊跨度为20m，桥面宽度为2800mm，分别位于13.450m、21.250m、29.050m标高，两端分别与混凝土塔楼牛腿连接，一端采用固定铰支座，一端滑动铰支座与混凝土结构连接。

连廊采用钢桁架结构形式，桁架上弦杆截面采用B200x200x8x8，下弦杆采用H300x200x10x10，腹杆采用B200x200x8x8，楼面梁采用HH300X200X10X10及H250X200X6X8，支撑采用P89x5。

楼面采用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：

基本风压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

钢连廊的竖向震动周期为0.16780s，相应的自振周期为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

SumUX

SumUY

SumUZ

Text

Unitless

Sec

Unitless

MODAL

0.387015

0.0000

0.8687

0.0000

0.8687

0.0000

MODAL

0.221162

0.0000

0.0124

0.0000

0.8811

0.0000

MODAL

0.183575

0.0000

0.0013

0.0000

0.8824

0.0000

MODAL

0.167799

0.0910

0.0000

0.7184

0.0910

0.8824

0.7184

MODAL

0.134421

0.0000

0.0004

0.0000

0.0910

0.8828

0.7184

MODAL

0.101405

0.0000

0.0422

0.0000

0.0910

0.9250

0.7184

MODAL

0.092235

0.0000

0.0001

0.0000

0.0910

0.9251

0.7184

MODAL

0.087437

0.7598

0.0000

0.0776

0.8507

0.9251

0.7960

MODAL

0.078856

0.0000

0.0001

0.0000

0.8507

0.9252

0.7960

MODAL

0.075589

0.0377

0.0000

0.0037

0.8884

0.9252

0.7997

MODAL

0.07461

0.0000

0.0006

0.0000

0.8884

0.9257

0.7997

MODAL

0.070255

0.0001

0.0000

0.8885

0.9257

0.7997

MODAL

0.070024

0.0000

0.0066

0.8885

0.9257

0.8063

MODAL

0.064376

0.0000

0.0093

0.0000

0.8885

0.9350

0.8063

MODAL

0.059019

0.0053

0.0000

0.0291

0.8938

0.9350

0.8354

MODAL

0.057311

0.0000

0.0001

0.0000

0.8938

0.9351

0.8354

MODAL

0.056862

0.0031

0.0000

0.0026

0.8969

0.9351

0.8380

MODAL

0.054717

0.0000

0.8969

0.9351

0.8380

MODAL

0.048772

0.0026

0.0000

0.0398

0.8995

0.9351

0.8778

MODAL

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如下图所示：

该工况下最大竖向位移为10.2mm，10.2/20000=1/1960<1/400，满足要求。

6.支座反力

全工况包络下各支座的反力情况（单位：

KN）

支座反力包络图

7.构件验算

经设计验算，所有构件应力比均小于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（一侧与混凝土结构固定铰接，另一侧滑动铰接）

2.几何信息

采光顶钢结构平面布置图

典型桁架示意图

中部采光顶钢结构拟采用单向桁架体系，跨度为25.2m，桁架高度为1300mm，两边支承于周边的混凝土结构上，采用固定铰支座及滑动铰支座连接。

主要构件采用B300x200x8x8，P114x4，P114x6，P103x4等截面，支座节点局部采用较大截面进行加强。

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，基本风压为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的0.8KN/m2，因此不考虑风荷载对于结构的有利作用，也不参与计算。

4.结构自振频率计算

结构整体的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

SumUX

SumUY

SumUZ

Text

Unitless

Sec

Unitless

MODAL

0.418535

0.0001

0.0006

0.0760

0.0001

0.0006

0.0760

MODAL

0.410769

0.0000

0.0045

0.5580

0.0001

0.0050

0.6340

MODAL

0.338684

0.0000

0.0006

0.0790

0.0001

0.0057

0.7130

MODAL

0.320735

0.0000

0.0002

0.0001

0.0057

0.7130

MODAL

0.286487

0.0000

0.0011

0.0001

0.0057

0.7140

MODAL

0.28567

0.0000

0.0001

0.0057

0.7140

MODAL

0.285159

0.0000

0.0002

0.0017

0.0001

0.0058

0.7160

MODAL

0.281942

0.0000

0.0001

0.0058

0.7160

MODAL

0.281472

0.0000

0.0093

0.0001

0.0058

0.7250

MODAL

0.281229

0.0000

0.0001

0.0058

0.7250

MODAL

0.280913

0.0000

0.0001

0.0059

0.7250

MODAL

0.278749

0.0000

0.0001

0.0059

0.7250

MODAL

0.278728

0.0000

0.0044

0.0001

0.0059

0.7290

MODAL

0.277513

0.0000

0.0001

0.0059

0.7290

MODAL

0.27726

0.0000

0.0290

0.0001

0.0059

0.7580

MODAL

0.275831

0.0000

0.0002

0.0001

0.0059

0.7580

MODAL

0.275764

0.0000

0.0010

0.0001

0.0059

0.7590

MODAL

0.274683

0.0000

0.0005

0.0001

0.0059

0.7600

MODAL

0.274048

0.0000

0.0001

0.0059

0.7600

MODAL

0.273292

0.0000

0.0002

0.0059

0.7600

5、变形计算：

恒+活组合下结构最大位移如下图所示：

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的反力情况（单位：

KN）

支座反力包络图

7.构件验算

经设计验算，所有构件应力比均小于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，最东侧与连通屋面部分通过长圆孔檩条搭接，只传递竖向力，不传递水平力）

2.几何信息

东西侧采光顶钢结构与中部采光顶结构体系基本类似，采用单向桁架体系，跨度为25.2m，桁架高度为1300mm，两边支承于周边的混凝土结构上，采用固定铰支座及滑动铰支座连接。

主要构件采用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，基本风压为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的0.8KN/m2，因此不考虑风荷载对于结构的有利作用，也不参与计算。

4.结构自振频率计算

结构整体的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

SumUX

SumUY

SumUZ

Text

Unitless

Sec

Unitless

MODAL

0.414

0.000

0.004

0.476

0.000

0.004

0.476

MODAL

0.332

0.000

0.001

0.122

0.000

0.004

0.598

MODAL

0.304

0.000

0.061

0.000

0.005

0.659

MODAL

0.286

0.000

0.004

0.000

0.005

0.663

MODAL

0.282

0.000

0.007

0.000

0.005

0.670

MODAL

0.281

0.000

0.002

0.000

0.005

0.672

MODAL

0.280

0.000

0.005

0.672

MODAL

0.280

0.000

0.017

0.000

0.005

0.690

MODAL

0.279

0.000

0.005

0.690

MODAL

0.278

0.000

0.013

0.000

0.005

0.703

MODAL

0.277

0.000

0.013

0.000

0.005

0.716

MODAL

0.276

0.000

0.001

0.000

0.005

0.716

MODAL

0.274

0.000

0.005

0.717

MODAL

0.274

0.000

0.017

0.000

0.005

0.733

MODAL

0.273

0.000

0.005

0.733

MODAL

0.273

0.000

0.008

0.000

0.005

0.742

MODAL

0.272

0.000

0.001

0.000

0.005

0.742

MODAL

0.271

0.000

0.005

0.742

MODAL

0.270

0.000

0.004

0.000

0.005

0.746

MODAL

0.270

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如下图所示：

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的反力情况（单位：

KN）

支座反力包络图

7.构件验算

经设计验算，所有构件应力比均小于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示钢框架组成，柱底与混凝土楼面或连通屋面钢结构铰接，钢柱顶部通过钢桁架连接形成钢框架，悬挑部分采用钢桁架进行外挑。

各榀钢框架之间亦采用钢桁架连接，形成双向框架，且在适当位置布置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，基本风压为0.45KN/m2，计算得风荷载。

风吸力小于恒荷载的0.5KN/m2，因此不考虑风吸力对于结构的有利作用，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

SumUX

SumUY

SumUZ

Text

Unitless

Sec

Unitless

MODAL

0.509218

0.0000

0.7940

0.0016

0.0000

0.7940

0.0016

MODAL

0.506997

0.0000

0.7940

0.0016

MODAL

0.499691

0.0000

0.0065

0.0000

0.8000

0.0016

MODAL

0.480627

0.0004

0.0000

0.0004

0.8000

0.0016

MODAL

0.452757

0.0000

0.0004

0.8000

0.0016

MODAL

0.440481

0.2180

0.0000

0.2180

0.8000

0.0016

MODAL

0.380379

0.0000

0.2180

0.8000

0.0016

MODAL

0.373091

0.0000

0.2180

0.8000

0.0016

MODAL

0.373042

0.0000

0.1770

0.0002

0.2180

0.9770

0.0018

MODAL

0.318375

0.0000

0.2180

0.9770

0.0018

MODAL

0.308309

0.0000

0.2180

0.9770

0.0018

MODAL

0.308309

0.0000

0.0018

0.2180

0.9770

0.0037

MODAL

0.297737

0.0000

0.2180

0.9770

0.0037

MODAL

0.297737

0.0000

0.0001

0.0023

0.2180

0.9770

0.0060

MODAL

0.260103

0.0000

展开阅读全文