广州图书馆工程CE02面ANSYS计算书ansys在索结构中的应用.docx
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广州图书馆工程CE02面ANSYS计算书ansys在索结构中的应用
广州图书馆工程
CW-02面索网结构
计
算
书
2010年2月2日
第一部分计算说明
一．参照的标准及规范：
《建筑结构荷载规范》GB50009-2006
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
《建筑结构抗震规范》GB50011-2001
二.设计计算依据：
略
三.材料参数：
1.常用参数：
1）材料的弹性模量：
（N/mm2）
材料
E
钢材
2.06×105
玻璃
0.72×105
2）材料的线膨胀系数值：
（1/℃）
材料
α
材料
α
钢材
1.20×10-5
不锈钢绞线
1.60×10-5
混凝土
1.00×10-5
不锈钢板
1.80×10-5
3）材料的泊松比：
材料
υ
材料
υ
钢绞线
计算时可取0
钢、不锈钢
0.30
2.强度设计值：
2）钢材的强度设计值fS（N/mm2）
钢材牌号
厚度或直径
抗拉、抗压、抗弯
抗剪
端面承压
Q235
d≤16
215
125
325
16＜d≤40
205
120
40＜d≤60
200
115
3.坚朗（KINLONG）不锈钢索参数：
见坚朗《点支式幕墙配件典型产品目录》（2009年版）P8。
第二部分 荷载计算
一立面风荷载计算:
本工程设计计算风压标准值采用广东省建筑科学研究院提供《广州新图书馆风洞试验数据表》的风压标准值，详见下图：
1）CW-01面风压区域分布简图：
CW-01面风压区域分布简图
区域最大风压标准值Wk1=1.45kN/m2，设计值W1=1.4×1.45＝2.03kN/m2
区域最大风压标准值Wk2=1.19kN/m2，设计值W2=1.4×1.19＝1.67kN/m2
区域最大风压标准值Wk3=1.089kN/m2，设计值W3=1.4×1.089＝1.52kN/m2
2）CW-02面风压区域分布简图：
风压区域分布简图
区域最大风压标准值Wk1=1.33kN/m2，最大风压设计值W1=1.4×1.33＝1.862kN/m2
区域最大风压标准值Wk2=1.36kN/m2，最大风压设计值W2=1.4×1.36＝1.904kN/m2
3）CW-10面风压区域分布简图：
风压区域分布简图
区域最大风压标准值Wk1=2.02kN/m2，最大风压设计值W1=1.4×2.02＝2.828kN/m2
区域最大风压标准值Wk2=1.62kN/m2，最大风压设计值W2=1.4×1.62＝2.268kN/m2
区域最大风压标准值Wk3=1.32kN/m2，最大风压设计值W3=1.4×1.32＝1.848kN/m2
二玻璃天窗风荷载计算:
1）与点式拉索幕墙CW-01相接的天窗风荷载
（1）、正风风荷载
根据《广州新图书馆风洞动态测压试验数据图表》第170页
玻璃天窗正风压标准值Wk1=0.92kN/m2，正风压设计值W1=1.4×0.92＝1.288kN/m2
（2）、负风风荷载
根据《广州新图书馆风洞动态测压试验数据图表》第178页
玻璃天窗负风压标准值Wk2=2.43kN/m2，正风压设计值W2=1.4×2.43＝3.402kN/m2
2）与点式拉索幕墙CW-10相接的天窗风荷载
（1）、正风风荷载
根据《广州新图书馆风洞动态测压试验数据图表》第170页，玻璃天窗正风压取值为0kN/m2，
（2）、负风风荷载
根据《广州新图书馆风洞动态测压试验数据图表》第178页
玻璃天窗负风压标准值Wk1=3.18kN/m2，正风压设计值W1=1.4×3.18＝4.452kN/m2
三立面玻璃自重作用计算：
1．所需参数：
a.玻璃：
15+1.52PVB+15夹胶玻璃
b.玻璃有效重力厚度t＝30mm
c.玻璃重力密度γg=25.6kN/m2
2．玻璃面板自重作用标准值：
GAK=γgt=25.6×30/1000＝0.768KN/m2
在结构计算时，考虑到其它附件重量，取GAK＝0.778kN/m2；结构重量由软件自动施加。
四玻璃天窗自重作用计算：
1．所需参数：
a.玻璃：
8+1.52PVB+8+9A+10半钢化夹层中空玻璃
b.玻璃有效重力厚度t＝26mm
c.玻璃重力密度γg=25.6kN/m2
2．玻璃面板自重作用标准值：
GAK=γgt=25.6×26/1000＝0.67kN/m2
在结构计算时，考虑到其它附件重量，取GAK＝0.68kN/m2；结构重量由软件自动施加。
五立面水平地震作用计算：
1．建筑物基本条件：
a.广州地区抗震设防烈度：
7度（0.10g）
2.所需参数：
查《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102－2003）可得如下参数：
a.水平地震影响系数最大值：
αmax=0.08
b.动力放大系数：
βE=5
3．水平地震作用标准值：
qEK=βE×αmax×Gk
=5.0×0.08×0.778
=0.31kN/m2
六施工荷载：
Live：
施工荷载标准值（kN/m2），方向垂直于板面，这里取0.5kN/m2。
七.荷载组合：
1.所需参数：
a.风荷载：
组合系数：
ΨW＝1.00
分项系数：
γW＝1.40
b.地震作用：
组合系数：
ΨE=0.20
分项系数：
γE＝1.30
c.自重作用：
分项系数γG
a.当其效应对结构不利时：
对由可变荷载效应控制的组合，取1.2；
b.对有永久荷载效应控制的组合，取1.35；
b.当其效应对结构有利时：
一般情况取1.0；
组合系数：
ΨG=1
d.温度作用：
组合系数：
ΨT＝0.6
分项系数：
γT＝1.2
e.活载作用：
组合系数：
Ψl＝0.7
分项系数：
γl＝1.4
f：
进行正常使用极限状态组合时，分项系数均取1。
第三部分CW-02面索网结构分析
一．基本条件：
1．幕墙设计图（客户提供）。
2.其它参数：
1）结构计算时取－25°C的负温差，取＋35°C的负温差；
2）索结构跨度：
取竖向斜索支点间距离L=10145mm；
3）单索结构许用挠度：
取L/50，钢结构许用挠度：
取L/250。
4）考虑混凝土结构对钢结构的影响，计算时取钢结构线膨胀系数取：
0.20×10-5。
5）竖向拉索与钢结构中心距离为375mm，计算模型充分考虑这一影响。
6）为减少预张力对结构产生的竖向支反力，允许结构支座有一定的位移量，位移量通过分析而定。
7）为对主体结构产生支座反力，采用不同位置拉索施加不同的预张力。
二.荷载组合：
经分析可知，最不利荷载组合如下：
1．预拉力状态：
（式中Pre指预拉力）
1）COMB1：
1.0×Pre
2）COMB2：
1.0×Pre+1.0×WEIYI
2．正常使用状态：
（式中Pre指预拉力）
1）COMB3：
1.0×GK+1.0×Pre+1.0×WK+0.6×1.0×（＋TEP）+1.0×WEIYI
1）COMB4：
1.0×GK+1.0×Pre+1.0×（-WK）+0.6×1.0×（＋TEP）+1.0×WEIYI
3．承载能力极限状态：
（式中Pre指预拉力）
1）COMB5：
1.2×GK+1.0×Pre+1.4×WK+0.2×1.3×qE+0.6×1.2×（－TEP）+1.0×WEIYI
1）COMB6：
1.2×GK+1.0×Pre+1.4×（-WK）+0.2×1.3×（-qE）+0.6×1.2×（－TEP）+1.0×WEIYI
4．对荷载组合的说明：
1）以上组合中省略了一部分不可能是最不利的荷载组合。
2）COMB1用于支座无位移预张力分析
3）COMB2用于支座有一定位移值预张力分析。
4）COMB3、COMB4用于挠度分析。
5）COMB5、COMB6用于强度分析。
三．结构分析软件说明：
该结构分析采用SAP2000软件进行。
四．计算模型及模型信息：
1、结构模型示意图：
横向φ16拉索
竖向φ30拉索
2、单元编号图：
3、节点编号图：
4、支座节点编号：
五．荷载施加：
1、正风荷载施加：
2、自重荷载施加
3、其它荷载施加：
（略）
4支座位移施加：
六．预拉力状态拉索预张力：
（N）
1．φ16拉索预张力（COMB1）：
STATCURRENT
ELEMSMIS1
6736793.
6836680.
6936434.
7036408.
7136798.
7236175.
7336216.
7436755.
7537069.
7636084.
12233609.
12336044.
2．Φ30拉索预张力（COMB1）：
STATCURRENT
ELEM3
10.17092E+06
20.17237E+06
30.18416E+06
40.18175E+06
50.18232E+06
60.15030E+06
773417.
862245.
959920.
以上为支座无竖向位移时的拉索预张力值。
施工时，应根据施工温度计算施工预张力。
4．φ16拉索预张力（COMB2）：
STATMIXED
ELEMSMIS1
6736811.
6836733.
6936629.
7036057.
7136828.
7236563.
7335554.
7436753.
7538045.
7634360.
12233962.
12335816.
5．Φ30拉索预张力（COMB2）：
STATPREVIOUS
ELEMSMIS1
10.16986E+06
20.17015E+06
30.18095E+06
40.17779E+06
50.17744E+06
60.14534E+06
769060.
861251.
957066.
以上为支座有一指定竖向位移后时的拉索预张力值。
施工时，应根据施工温度计算施工预张力。
7．预拉力状态、支座竖向位移释放约束下支座位移：
（mm）
THEFOLLOWINGDEGREEOFFREEDOMRESULTSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM
NODEUXUYUZUSUM
160.00000.00000.00000.0000
180.00000.00000.00000.0000
1530.00000.00000.00000.0000
1550.00000.00000.00000.0000
1560.00000.00000.00000.0000
1570.00000.00000.00000.0000
1630.00000.0000-0.456140.45614
1650.287200.0000-0.451590.53518
1790.00000.0000-1.11621.1162
1810.146420.0000-0.588270.60622
1920.00000.0000-1.67931.6793
1940.110040.0000-0.509300.52105
2030.00000.0000-1.96031.9603
2050.36656E-010.0000-0.853910.85469
2090.00000.0000-2.30882.3088
2130.24363E-020.0000-0.61152E-020.65826E-02
2170.00000.00000.00000.0000
218-1.47440.00000.00001.4744
2190.00000.0000-1.85231.8523
2210.00000.0000-1.38181.3818
2230.00000.0000-0.727620.72762
七．正常使用极限状态挠度及校核：
1．COMB3组合下，索网结构最大位移（mm）：
2．COMB4组合下，索网结构最大位移（mm）：
2．COMB4组合下，索网结构最大位移（mm）：
挠度校核：
由上面分析可知，COM3为最不利的组合，在正常使用极限状态，结构最大位移μ=230mm。
相邻钢梁U2方向的变形分为27.4mm、26.2mm，则索网相对于箱梁的变形为：
μ=230－（28.66＋26.2）/2=203.2mm。
校核:
μ/L=202.6/10145=1/50≤1/50
结论:
挠度满足!
3．COMB3组合下，钢结构位移（mm）：
4．COMB4组合下，钢结构位移（mm）：
挠度校核：
由上面分析可知，COM3为最不利的组合，在正常使用极限状态,各梁最大位移如上图所示。
横梁挠度校核如下：
μ1/L1=28.66/14029=1/563＜1/250结论:
挠度满足!
八．承载能力极限状态轴力及校核：
1．COMB5组合下，φ16拉索最大内力（N）：
2．COMB6组合下，φ16拉索最大内力（N）：
3.φ16强度校核：
1）由上面分析可知,在承载能力极限状态，横向拉索最大拉力F=61958N=61.958kN
坚朗φ16不锈钢拉索最小破断力Fptk=181.52KN,承载力设计值为:
181.52/1.8=100.8kN
校核:
61.958kN＜100.8kN
结论:
强度满足!
4．COMB5组合下，φ30拉索最大内力（N）：
5．COMB6组合下，φ30拉索最大内力（N）：
6.φ30强度校核：
1）由上面分析可知,在承载能力极限状态,竖向拉索最大拉力F=287684N=287.684kN
坚朗φ30不锈钢拉索最小破断力Fptk=542.34kN，承载力设计值为:
542.34/1.8=301.3kN
校核:
287.684kN＜301.3kN
结论:
强度满足!
7．COMB5组合下，钢结构应力云图：
8．COMB6组合下，钢结构应力云图：
由以上图可知：
钢结构最大应力为99.29N/mm2，满足应力小于215N/mm2的要求。
故：
钢结构强度满足要求。
九．承载能力极限状态支座反力：
1、COMB5组合下，节点反力数值表：
NODEFXFYFZ
16-42.217-2661.8-90581.
186.9746-2667.0-95495.
153-9405.8-4203.0-0.39239E+06
155-2781.5-4395.9-0.37871E+06
156-8687.7-5746.7-0.15223E+06
1572229.8-4801.9-95710.
163-0.40700E+06-74749.0.12168E+06
165-0.10653E+06
179-82166.-0.13311E+060.24840E+06
181-0.14001E+06
192-49997.-0.10780E+060.24223E+06
194-77201.
20329048.-46840.0.23699E+06
205-52164.
2090.16559E+0631655.0.19794E+06
2133289.50.20188E+06
217-95814.1538.20.63386E+06
21814284.0.13640E+06
2190.18926E+0616618.0.14898E+06
2210.17008E+0611074.0.12384E+06
2230.10028E+06-61214.98781.
2、COMB6组合下，节点反力数值表：
NODEFXFYFZ
1666.9962510.2-92598.
18-103.352459.2-95376.
153-8942.729933.-0.40309E+06
155-2283.429627.-0.39667E+06
156-8488.614932.-0.16595E+06
1572593.215198.-98228.
163-0.42736E+0623473.0.13049E+06
16574813.
179-84825.66014.0.24132E+06
1810.10803E+06
192-57472.46595.0.24178E+06
19469207.
20324059.21089.0.23945E+06
20512643.
2090.16756E+0642106.0.20053E+06
2132848.10.20460E+06
217-96195.16963.0.64604E+06
21812198.0.14134E+06
2190.19764E+0644651.0.15556E+06
2210.18336E+0659905.0.13376E+06
2230.11062E+0650623.0.10296E+06
3、COMB7：
1.0×GK+1.0×Pre+1.0×WEIYI工况下，节点反力数值表：
THEFOLLOWINGX,Y,ZSOLUTIONSAREINTHEGLOBALCOORDINATESYSTEM
NODEFXFYFZ
1611.906-2.5382-22770.
186.1193-5.4374-31688.
153-1035.47469.2-0.21228E+06
1551985.46870.0-0.20000E+06
156-5149.72112.7-18942.
15710191.2768.179019.
163-0.20140E+06-13227.64788.
165-8963.9
179-73207.-24634.0.14891E+06
181-9189.8
192-19955.-20657.48380.
194-2490.6
20338318.-10192.28543.
205-13191.
2090.11507E+0625905.-0.17711E+06
2131601.226656.
217-0.23039E+065046.80.13722E+07
2188407.50.16019E+06
2190.16570E+0620343.-0.12770E+06
2210.14349E+0622170.-45103.
22356363.-142.4620584.
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