全球候鸟度假酒店Ansys计算书.docx

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全球候鸟度假酒店Ansys计算书

全球候鸟度假地2#酒店

外维护钢结构

计

算

书

二〇一四年四月

全球候鸟度假地2#酒店外维护钢结构计算书

一、设计依据

1、计算软件的选择

本计算书为全球候鸟度假地沿河商业2#酒店项目钢结构计算书，工程用地位于文登市南海新区，畅海路以西，白云路以北。

计算书内容主要包括结构方案的介绍，荷载的结算，钢结构整体结构计算（具体包括异性钢构件强度、稳定性验算及刚度验算等）。

分析计算基于大型通用有限元软件ANSYS。

ANSYS是目前最为广泛采用的有限元分析程序之一。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

软件主要包括三个部分：

前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

2、设计的依据

1）结构设计规范及规程：

《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153-2008

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

《建筑抗震设防分类标准》GB/T50105-2001

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

《建筑抗震设计规范》GB50011-2010

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

2）结构构造、制作、安装规范及规程

《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-91

《钢结构工程质量检验评定标准》GB50221-95

《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923

《钢结构制作安装施工规程》YB9254-95

3、钢材及焊接材料

1）主框架构件：

梁、柱等均采用Q345B。

钢材须保证抗拉强度，伸长率，屈服点，冷弯和常温冲击韧性试验（V型缺口）五项要求。

2）次要构件：

地脚螺栓等构件采用Q235B。

钢材须保证抗拉强度，伸长率，屈服点，冷弯和常温冲击韧性试验（V型缺口）五项要求。

材料性质参考《钢结构设计规范》GB50017-2003选用，钢材的受力特性指标见表1

表1钢材受力特性指标

钢材

牌号

钢材厚度

或直径（mm）

屈服强度fy

强度设计值

抗拉、抗压

和抗弯f

抗剪fv

端面承压

（刨平顶紧）fce

Q235

≤16

235

215

125

320

>16～40

225

205

120

320

Q345

≤16

345

310

180

400

>16～35

325

295

170

400

所有构件均为工厂内加工焊接制作，焊接指标参见表2所示。

表2钢材焊接特性指标

焊接方法

钢号

焊接材料

手工电弧焊

Q345-b

焊条：

E50系列

埋弧自动焊

焊剂与焊丝：

HJ402-H08A

气体保护电弧焊

焊丝：

H08Mn2Si

手工电弧焊

Q235-b

焊条：

E43系列

埋弧自动焊

焊剂与焊丝：

HJ401-H08

气体保护电弧焊

焊丝：

H08Mn2Si

4、钢结构焊缝规定

除特别注明外，角焊缝尺寸必须以表3为依据

表3角焊缝规定

较厚板件厚度（mm）

角焊缝厚度（mm）

t<7

4mm

8

5mm

12

6mm

17

7mm

22

8mm

同时应当满足

。

5、除锈

所有钢结构构件在涂刷防锈蚀涂料前,必须将构件表面的毛刺、铁锈、油污及附着物清除干净，使钢材的表面露出银灰色。

除锈方法采用喷砂或抛丸除锈，除锈质量等级要求达到Sa2-1/2级标准（GB/T8923-88），表面粗糙度为40~70

。

6、涂漆

外涂防火涂料应符合建筑要求，应达到建筑要求耐火等级，详见建筑设计说明。

7、设计状态

建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。

对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶然组合进行荷载（效应）组合，并应采用下列设计表达式进行设计。

式中：

-结构重要性系数；

-荷载效应组合的设计值；

-结构构件抗力的设计值，应按各有关建筑结构设计规范的规定确定。

对于正常使用极限状态，应根据不同的设计要求，采用荷载的标准组合、频遇组合或准永久组合。

式中：

-结构或结构构件达到正常使用要求的规定限值，例如变形、裂缝、振幅、加速度、应力等的限值,应按各有关建筑结构设计规范的规定采用。

验算构件强度与稳定性时采用承载能力极限状态；

验算变形时采用正常使用极限状态。

外维护钢结构荷载的计算

1、外维护钢结构的计算如下：

外观效果见图1所示。

图1钢结构鸟巢的外观效果

2、荷载的计算

外维护钢结构采用幕墙（按照10+10的中空夹角钢化玻璃计算）或是铝板进行维护，取其恒载自重为：

1.2kn/m2；

幕墙施工及维护时，对每榀竖向钢梁产生的活载取为：

1.0kn/m；

基本风压：

W0=0.65kn/m2；

基本雪压：

S0=0.50kn/m2；

抗震设防烈度：

7度（0.10g）设计地震分组为第一组；

经过计算：

验算强度及稳定时应每点应加设的集中荷载为：

[1.2x1.2+1.4x0.7x（0.65+1.0）]x2.25=6.8kn/点

验算挠度时应每点应加设的集中荷载为：

[1.2+0.7x（0.65+1.0）]x2.25=5.3kn/点

3、计算模型的建立

计算模型的假定：

在弧形的竖向立柱处的柱脚底端及上圈环梁处设置为可滑动的约束点（与混凝土的边梁连接，为可滑动的铰接点），在中圈的环梁处设置为三相的约束点（与混凝土的边梁连接，为铰接点）。

有限元模型中，所有的梁柱均采用beam188单元进行计算模拟，建立的钢结构平台有限元计算模型见图2所示。

图2钢结构鸟巢的有限元模型

其中竖向的弧形钢柱采用：

口250x350x8.0（Q345－b）

两道椭圆形的环梁采用：

口200x350x6.0（Q345－b）

屋面的椭圆形环梁采用：

口350x550x12.0（Q345－b）

屋面水平钢梁采用：

口250x550x10.0（Q345－b）

图3所示为加载后的三维实体模型（考虑结构的自重）。

图3加荷后的有限元模型

二、钢结构鸟巢的静力计算结果

1、钢结构平台的频率计算

表4结构计算频率

TIME/FREQ

LOADSTEP

SUBSTEP

CUMULATIVE

1

0.9675

1

1

1

2

1.1144

1

2

2

3

1.8862

1

3

3

4

2.1486

1

4

4

5

2.3878

1

5

5

6

2.9639

1

6

6

7

3.1624

1

7

7

8

3.6763

1

8

8

9

3.8587

1

9

9

10

3.9802

1

10

10

钢结构鸟巢的前三阶见图4所示。

图4钢结构的前三阶模态

从上图可知，钢结构平台在端部的悬挑部位及较窄的跨中走道部位比较的薄弱，在设计过程当中应注意加强。

2、钢结构平台应力的计算结果

钢结构平台在所有荷载组合最不利条件下的结构Mises应力见图5所示。

图5钢结构的Mises应力图

从上图可知，其应力极值为225n/mm2<315n/mm2，故满足结构的静力受力要求。

在不利荷载组合情况下结构的最大应力部位处于屋面结构的顶部，应力放大见图6所示。

图6最大位置的Mises应力

图7所示为钢结构平台在受力作用下各应力分量值。

X向正应力

Y向正应力

Z向正应力

第一主应力

第二主应力

第三主应力

图7钢结构平台应力分量图

3、钢结构平台变形的计算结果

钢结构平台在所有荷载组合最不利条件下结构的总变形（标准值）见图8所示。

图8最大变形图

从上图可知，按照《钢结构设计规范》中对屋面钢梁的挠度要求：

位移极值为26mm/21000=1/800<1/400。

图9所示为钢结构平台在受力作用下各变形分量值。

X向变形分量

Y向变形分量

Z向变形分量

图9钢结构平台变形分量图

三、从计算模型中柱脚提取的节点计算反力

提取的柱脚反力如下所示。

LOADSTEP=1SUBSTEP=1

TIME=1.0000LOADCASE=0

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFXFYFZMXMYMZ

10-20017.-1238.30.13144E+06

12-21548.15880.0.15855E+06

36-4785.90.15200E+06

48494.9715851.55332.

64-302.6326948.

66-186.9628179.

83-1096.714156.82906.

95-24276.0.16303E+06

140-35263.0.11400E+06

1481030.814645.0.10329E+06

164-327.3225288.

18412301.66324.

194-3960.618187.0.14351E+06

219-364.4442693.

235-18273.57127.

242-5591.120945.0.14270E+06

262-152.2038567.

264-95.36039723.

282-7115.619960.0.13991E+06

292-15178.60980.

332-25708.93513.

346-11473.22922.0.16486E+06

366-70.47433375.

368-335.6465929.

397-28447.43070.0.21727E+06

407-23007.43448.

428-231.9556101.

454-18107.24896.0.17369E+06

463-4540.216862.

498-75532.0.14740E+06

512-26215.25519.0.19223E+06

541-631.7060240.

543-580.2638794.

564-25939.22901.0.16517E+06

574-13212.17248.

592-1448.565762.

632-0.10018E+060.19125E+06

*****POST1TOTALREACTIONSOLUTIONLISTING*****

LOADSTEP=1SUBSTEP=1

TIME=1.0000LOADCASE=0

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFXFYFZMXMYMZ

671-82324.0.15137E+06

686-20962.13280.0.16097E+06

711-1618.244883.

713-3731.869070.

749-30273.17999.0.20076E+06

764-30109.0.10226E+06

803-0.10674E+060.19563E+06

813-554.603373.70.14379E+06

845-6158.057602.

847-6534.262349.

879-1460.73161.10.13126E+06

889-26544.80982.

923-0.13547E+060.25869E+06

93418422.-531.100.11208E+06

964-15266.62400.

968-16127.33063.

99726965.-81.4920.13449E+06

1010-67809.0.15255E+06

1044-22127.0.11596E+06

105424364.-1529.50.10562E+06

1088-15991.54015.

1110-79844.0.27474E+06

1126371.86-2623.515891.

1128-6770.9-6715.738175.

1146-11539.0.19374E+06

1191-27417.0.10880E+06

1206-1835.4-5066.421182.

123527770.74458.

1247-3334.2-4484.51666.1

1275-39176.0.28029E+06

12906585.8796.6315802.

131815800.35892.

1331-25734.-25967.46552.

1358-19923.0.22856E+06

13751146.8-3858.937702.

140127909.70898.

1410-5390.8-10676.9389.4

*****POST1TOTALREACTIONSOLUTIONLISTING*****

LOADSTEP=1SUBSTEP=1

TIME=1.0000LOADCASE=0

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFXFYFZMXMYMZ

141343.44140807.

1432-18454.-33350.0.15237E+06

144313925.0.11482E+06

1504-47945.0.13625E+06

1515-16191.-26877.0.14292E+06

1533-474.7231417.

1564-5356.087772.

1573-7935.0-26604.0.16689E+06

1594-45.09042284.

1632-16024.-32270.0.20718E+06

1655423.7741648.

1692-0.13985E+060.17464E+06

16991099.4-26225.0.12788E+06

171618.99031707.

175447875.0.10901E+06

17604168.2-17812.42646.

177512.45629643.

1813-0.15013E+060.23925E+06

18203208.3-24314.89645.

18364.533028091.

1873-31099.0.15015E+06

18806291.1-33196.20852.

1892170.2223727.

189495.62231997.

191036.97018820.38315.

1921-35681.0.19057E+06

196760652.0.19090E+06

19969.345436368.

1998-47.51527748.

2015307.5814132.84146.

202811234.0.14023E+06

207118265.85976.

20801270.614500.0.10935E+06

209646.38725056.

2114-2081.270634.

21263073.015952.0.16271E+06

2151104.5942303.

*****POST1TOTALREACTIONSOLUTIONLISTING*****

LOADSTEP=1SUBSTEP=1

TIME=1.0000LOADCASE=0

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFXFYFZMXMYMZ

216611831.26909.

21746301.822271.0.15141E+06

219494.14038220.

219644.36839355.

22148238.519260.0.15042E+06

222611144.61414.

226229741.85581.

227812676.23252.0.17799E+06

2298-3.508033018.

2300252.6165605.

232931444.45714.0.23140E+06

234012372.12579.

2361297.4252900.

238620009.24430.0.17799E+06

239610713.37068.

242952237.90275.

244334917.34016.0.21457E+06

2473394.6860586.

2475378.7239012.

249735280.29735.0.18601E+06

25077491.918738.

25241259.865994.

255328555.20093.0.17116E+06

256686689.0.16220E+06

260354284.0.10665E+06

261924924.13961.0.16934E+06

26441564.444773.

26464199.569347.

268220944.10804.0.19355E+06

269852201.0.11593E+06

27330.12115E+060.21938E+06

27448665.85373.80.15121E+06

27766505.957134.

277811114.55885.

2810-6169.62233.80.14189E+06

282130436.77697.

28530.15637E+060.26541E+06

*****POST1TOTALREACTIONSOLUTIONLISTING*****

LOADSTEP=1SUBSTEP=1

TIME=1.0000LOADCASE=0

THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM

NODEFXFYFZMXMYMZ

289615536.56763.

289816843.32251.

2927-24878.-2032.20.14853E+06

294152058.0.12441E+06

297326013.0.12626E+06

2984-15105.-1247.60.12224E+06

301812792.59051.

303984463.0.23814E+06

3056-4650.4654.100.11773E+06

30795662.439509.

30811794.341041.

310213478.-7511.20.12623E+06

312027591.0.21293E+06

31635292.461692.

31797958.3-4683.10.11023E+06

32012933.636322.

3228-42957.81466.

324111834.-7743.687748.

32621087.042798.

328915460.0.17477E+06

330415931.-12036.0.14652E+06

33351452.060080.

3362-52977.-1918.6

337532083.-29927.0.13658E+06

3396192.9743301.

34222287.60.17702E+06

343922549.-20855.0.19141E+06

3469475.6048727.

3494-65425.12388.

350320433.-22394.0.14616E+06

3530622.0347283.

3532-63.93940918.

355117837.-29832.0.14409E+06

3562-16143.99879.

362347712.0.12792E+06

363415959.-34007.0.15377E+06

36