鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書

1、鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算書河北鋼鐵集團燕鋼科技研發(fā)中心鋼結(jié)構(gòu)計算書、設(shè)計依據(jù)1.00(GB50009-200D(GB50011-201O(GB50017-2003)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑抗震設(shè)計規(guī)范 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范-pfx /士 t£=r血T教H百心、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù):（一）恒荷載：采光頂屋面+楝條+天溝及建筑防水等:0.8kN/m2;連廊樓面50厚建筑做法+100厚混凝土板： 3.75kN/m2;連廊頂屋面+橡條+天溝及建筑防水等： 0.5kN/m2;連通屋面鋼板+建筑做法：5.0kN/m2;連廊側(cè)立面石材+楝條+天溝及建筑防水等： 1.0kN/m2;連通屋面底面建筑做法+楝條等：0.5kN

2、/m2;屋面上造型鋼結(jié)構(gòu)屋面+楝條+天溝及建筑防 水等：0.5KN/m2;屋面上造型側(cè)立面玻璃幕墻及龍骨：1.0KN/m2;（二）活荷載：所有幕墻面均為不上人屋面，活荷載取 0.5KN/m2;鋼連廊樓面活荷載取3.5KN/m2;連通屋面部分活荷載取2.0KN/m2;屋面上造型鋼結(jié)構(gòu)屋面為不上人屋面，活荷載 取 0.5KN/m2(三)雪荷載：當(dāng)?shù)匮┖奢d為0.40KN/m2 (n=100)(四)風(fēng)荷載：因鋼結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載較為敏感，因此取重現(xiàn)周期 為100年的當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓為0.45KN/m2 (n=100) 考慮聯(lián)粗糙度。風(fēng)壓高度系數(shù)，體型系數(shù)的等均 按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)相關(guān)

3、 規(guī)定執(zhí)行。(五)地震作用：地震烈度：7度(0.15g)水平地震影響系數(shù)最大值：0.12計算振型數(shù)：50-200建筑結(jié)構(gòu)阻尼比：0.035特征周期值：0.45地震影響：多遇地震場地類別：n類地震分組：第二組(六)溫度荷載：本工程各部分鋼結(jié)構(gòu)支座均采用了滑動支座， 且相應(yīng)設(shè)置了結(jié)構(gòu)溫度斷縫，因此在計算時不考慮 溫度作用。三、計算軟件本工程鋼結(jié)構(gòu)計算采用美國CSI公司的SAP2000v14.2.2有限元分析軟件進行各 個部分的建模計算。四、荷載組合(1) 1.35恒載+ 1.40 x 0.70活載 1(2) 1.35恒載+ 1.40 x 0.70風(fēng) 1(3) 1.20 恒載 + 1.40 活載 1

4、(4) 1.20恒載+ 1.40 風(fēng) 1(5) 1.00恒載+ 1.40 風(fēng) 1(6) 1.20恒載(7) 1.20 恒載 + 1.40 x 1.0 活載 1 + 1.4 x0.7 風(fēng) 1(8) 1.20 ，恒載 + 1.40 x 0.7 活載 1 + 1.4 x1.0 風(fēng) 1(9) 1.20 恒載 + 1.20 x 0.50 活載 1 + 1.30 水平地震(10) 1.00 恒載 + 1.00 x 0.50 活載 1 + 1.30 水平地震(11) 1.00恒載+ 1.00活載1 (變形控制)五、分區(qū)計算（一）.鋼連廊部分:1.計算模型計算模型2.幾何信息典型鋼連廊側(cè)立面圖鋼連廊跨度為20

5、m橋面寬度為2800mm分別 位于 13.450m、21.250m、29.050m高，兩端分別 與混凝土塔樓牛腿連接，一端采用固定較支座，一端滑動較支座與混凝土結(jié)構(gòu)連接。連廊采用鋼桁架 結(jié)構(gòu)形式，桁架上弦桿截面采用 B200x200x8x8, 下弦桿采用H300x200x10xia腹桿采用 B200x200x8x8,樓面梁采用 HH300X200X10X1M H250X200X6X8支撐采用P89x5。樓面采用壓型鋼 板及混凝土樓面，壓型鋼板規(guī)格為YXB46-200-600(B),厚度為1.0mm構(gòu)件及壓型鋼板材質(zhì)為 Q345B3 .荷載施加情況樓面恒荷載：3.75KN/m2屋面恒荷載：0.5

6、0KN/m2側(cè)立面幕墻恒荷載：1.00KN/m2樓面活荷載：3.5 KN/m2屋面活荷載：0.5 KN/m2風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓0.45KN/m2,高度修正系數(shù) 小二1.42,風(fēng)振系數(shù)0z=1.0,連廊側(cè)面迎風(fēng)面及 背風(fēng)面體型系數(shù)s分別取+0.8及-0.5 ;4 .鋼連廊自振頻率計算鋼連廊的豎向震動周期為0.16780s ,相應(yīng)的自振周 期為5.09Hz > 3Hz ,滿足鋼連廊舒適度要求。附前20階振型周期頻率表：OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitle

7、ssUnitlessUnitlessMODAL10.3870150.00000.86870.00000.00000.86870.0000MODAL20.2211620.00000.01240.00000.00000.88110.0000MODAL30.1835750.00000.00130.00000.00000.88240.0000MODAL40.1677990.09100.00000.71840.09100.88240.7184MODAL50.1344210.00000.00040.00000.09100.88280.7184MODAL60.1014050.00000.04220.0000

8、0.09100.92500.7184MODAL70.0922350.00000.00010.00000.09100.92510.7184MODAL80.0874370.75980.00000.07760.85070.92510.7960MODAL90.0788560.00000.00010.00000.85070.92520.7960MODAL100.0755890.03770.00000.00370.88840.92520.7997MODAL110.074610.00000.00060.00000.88840.92570.7997MODAL120.0702550.00010.00000.00

9、000.88850.92570.7997MODAL130.0700240.00000.00000.00660.88850.92570.8063MODAL140.0643760.00000.00930.00000.88850.93500.8063MODAL150.0590190.00530.00000.02910.89380.93500.8354MODAL160.0573110.00000.00010.00000.89380.93510.8354MODAL170.0568620.00310.00000.00260.89690.93510.8380MODAL180.0547170.00000.00

10、000.00000.89690.93510.8380MODAL190.0487720.00260.00000.03980.89950.93510.8778MODAL200.0479040.00000.00120.00000.89950.93630.87785、變形計算:恒+活組合下結(jié)構(gòu)最大位移如下圖所示:該工況下最大豎向位移為10.2mm10.2/20000=1/1960 < 1/400）滿足要求。6 .支座反力全工況包絡(luò)下各支座的反力情況（單位：KN2 4f i=ias支座反力包絡(luò)圖7 .構(gòu)件驗算經(jīng)設(shè)計驗算，所有構(gòu)件應(yīng)力比均小于0.7 ,滿足設(shè) 計要求。（二）.中部采光頂鋼結(jié)構(gòu):1 .

11、計算模型計算模型（一側(cè)與混凝土結(jié)構(gòu)固定較接，另一側(cè)滑動較接）2 .幾何信息III K采光頂鋼結(jié)構(gòu)平面布置圖杵聲蜀WJlWlS星D典型桁架示意圖中部采光頂鋼結(jié)構(gòu)擬采用單向桁架體系，跨度 為25.2m,桁架高度為1300mm兩邊支承于周邊的 混凝土結(jié)構(gòu)上，采用固定較支座及滑動較支座連 接。主要構(gòu) 件采用B300x200x8x8,P114x4,P114x6, P103x4等截面，支座節(jié)點局部采用較大 截面進行加強。構(gòu)件材質(zhì)為Q345B3 .荷載施加情況恒荷載：0.8KN/m2活荷載：0.5 KN/m2風(fēng)荷載，屋面標(biāo)高為38nl風(fēng)壓高度系數(shù)取 1.51 ,風(fēng)振系數(shù)取1.0 ,體形系數(shù)取-0.6 ,基本

12、風(fēng) 壓為0.45KN/m2,計算得風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.45x1.51x1.0x(-0.6 ) =0.41KN/m2 (風(fēng)吸力)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值遠小于恒荷載的0.8KN/m2,因此 不考慮風(fēng)荷載對于結(jié)構(gòu)的有利作用，也不參與計 算。4 .結(jié)構(gòu)自振頻率計算尸U 0 1 g 一wnfc，w-aii fZZTHiiS i但 xm Mej Ska » Ma cfiE ji*£ *n lz *2 v*ei ZJkD CHn-事 /T* f * ±* * >聚 > 9 h « -9* * 2*. rLi - H d 1 > Id .二嵋H « a.

13、、工帆：tt .除C上:工工金-. 一辛二ft累0 T上結(jié)構(gòu)整體的豎向振動振型為第二階，周期為 0.4185s o附前20階振型周期頻率表:OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessMODAL10.4185350.00010.00060.07600.00010.00060.0760MODAL20.4107690.00000.00450.55800.00010.00500.6340MODAL30.3386840.00000.0

14、0060.07900.00010.00570.7130MODAL40.3207350.00000.00000.00020.00010.00570.7130MODAL50.2864870.00000.00000.00110.00010.00570.7140MODAL60.285670.00000.00000.00000.00010.00570.7140MODAL70.2851590.00000.00020.00170.00010.00580.7160MODAL80.2819420.00000.00000.00010.00010.00580.7160MODAL90.2814720.00000.00

15、000.00930.00010.00580.7250MODAL100.2812290.00000.00000.00000.00010.00580.7250MODAL110.2809130.00000.00000.00000.00010.00590.7250MODAL120.2787490.00000.00000.00000.00010.00590.7250MODAL130.2787280.00000.00000.00440.00010.00590.7290MODAL140.2775130.00000.00000.00000.00010.00590.7290MODAL150.277260.000

16、00.00000.02900.00010.00590.7580MODAL160.2758310.00000.00000.00020.00010.00590.7580MODAL170.2757640.00000.00000.00100.00010.00590.7590MODAL180.2746830.00000.00000.00050.00010.00590.7600MODAL190.2740480.00000.00000.00000.00010.00590.7600MODAL200.2732920.00000.00000.00000.00020.00590.76005、變形計算：恒+活組合下結(jié)

17、構(gòu)最大位移如下圖所示:平 3&E 3J.D.囪E-Zt9-11 U -4.6 HQ該工況下桁架桿最大豎向位移為55.9mm|55.9/25200=1/451 < 1/400）滿足要求。楝條相對豎向位移為71-55.9=15.1mm, 15.1/8000=1/529 < 1/200）滿足要求。6 .支座反力ria.<F>iai全工況包絡(luò)下各支座的反力情況（單位：KNIA2.llFL1-L21r：- a#I 以量門i，發(fā)“T岫 4明劈FlilJ*rj.Fi-0r«B 、支座反力包絡(luò)圖7 .構(gòu)件驗算經(jīng)設(shè)計驗算，所有構(gòu)件應(yīng)力比均小于0.75,滿足設(shè) 計要求。（

18、三）.東、西側(cè)采光頂鋼結(jié)構(gòu):1 .計算模型計算模型（以東側(cè)為例，最東側(cè)與連通屋面部分通過長圓孔 楝條搭接，只傳遞豎向力，不傳遞水平力）2 .幾何信息東西側(cè)采光頂鋼結(jié)構(gòu)與中部采光頂結(jié)構(gòu)體系 基本類似，采用單向桁架體系，跨度為 25.2m,桁 架高度為1300mm兩邊支承于周邊的混凝土結(jié)構(gòu) ±,采用固定較支座及滑動較支座連接。主要構(gòu)件采 用 B300x200x8x8） B300x150x4x4） P114x4, P114x6, P103x4等截面。構(gòu)件材質(zhì)為 Q345B3 .荷載施加情況恒荷載：0.8KN/m2活荷載：0.5 KN/m2風(fēng)荷載，屋面標(biāo)高為38nl風(fēng)壓高度系數(shù)取 1.51

19、,風(fēng)振系數(shù)取1.0 ,體形系數(shù)取-0.6 ,基本風(fēng) 壓為0.45KN/m2,計算得風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.45x1.51x1.0x(-0.6 ) =0.41KN/m2 (風(fēng)吸力)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值遠小于恒荷載的0.8KN/m2,因此 不考慮風(fēng)荷載對于結(jié)構(gòu)的有利作用，也不參與計 算。4.結(jié)構(gòu)自振頻率計算,4 E01 >!. 9a« rm -E&3. 工"CTA GH KfE +一 Vta Ufa It3- *“/ft L，,* 丹 “ 1 S* * Edd laj Iija.-H 1 U v m R - « I. 1 * * It J-»L- J - -

20、 P 5* i上,零一工二五A O"一甫修卡，,結(jié)構(gòu)整體的豎向振動振型為第一階，周期為0.414s附前20階振型周期頻率表:OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessMODAL10.4140.0000.0040.4760.0000.0040.476MODAL20.3320.0000.0010.1220.0000.0040.598MODAL30.3040.0000.0000.0610.0000.0050.659MOD

21、AL40.2860.0000.0000.0040.0000.0050.663MODAL50.2820.0000.0000.0070.0000.0050.670MODAL60.2810.0000.0000.0020.0000.0050.672MODAL70.2800.0000.0000.0000.0000.0050.672MODAL80.2800.0000.0000.0170.0000.0050.690MODAL90.2790.0000.0000.0000.0000.0050.690MODAL100.2780.0000.0000.0130.0000.0050.703MODAL110.2770.0

22、000.0000.0130.0000.0050.716MODAL120.2760.0000.0000.0010.0000.0050.716MODAL130.2740.0000.0000.0000.0000.0050.717MODAL140.2740.0000.0000.0170.0000.0050.733MODAL150.2730.0000.0000.0000.0000.0050.733MODAL160.2730.0000.0000.0080.0000.0050.742MODAL170.2720.0000.0000.0010.0000.0050.742MODAL180.2710.0000.00

23、00.0000.0000.0050.742MODAL190.2700.0000.0000.0040.0000.0050.746MODAL200.2700.0000.0000.0090.0000.0050.7555、變形計算：恒+活組合下結(jié)構(gòu)最大位移如下圖所示:該工況下桁架桿最大豎向位移為53.0m53.0/25200=1/475 < 1/400）滿足要求。楝條相對豎向位移為79-53=26mm 26/8000=1/222 < 1/200 ,滿足要求。6 .支座反力全工況包絡(luò)下各支座的反力情況（單位：KNF1-2I3SFl=4+2lJ£-«6FK出,助J-24.M

24、J4.4IIT4, 3-236. V1國 lima1-&3J7 融7X”FbMIK-U F?=.63JE-85 F如區(qū)部 .F|：1%geOui7 = 3.70年M1F支座反力包絡(luò)圖7 .構(gòu)件驗算經(jīng)設(shè)計驗算，所有構(gòu)件應(yīng)力比均小于0.75,滿足設(shè) 計要求。（四）.屋頂造型鋼結(jié)構(gòu):1 .計算模型計算模型2 .幾何信息450042湖B2OCX2OOXSX3HJ2B200X20QXBXSHJ1GZ16500屋面造型部分鋼結(jié)構(gòu)由數(shù)根如上圖所示鋼框g 尋S40)0架組成，柱底與混凝土樓面或連通屋面鋼結(jié)構(gòu)較接，鋼柱頂部通過鋼桁架連接形成鋼框架， 懸挑部 分采用鋼桁架進行外挑。各根鋼框架之間亦采用鋼

25、桁架連接，形成雙向框架，且在適當(dāng)位置布置柱間 支撐及屋面水平支撐。構(gòu)件材質(zhì)為Q345B3 .荷載施加情況屋面上造型鋼結(jié)構(gòu)屋面+楝條+天溝及建筑防 水等恒荷載：0.5KN/m2;屋面上造型側(cè)立面玻璃幕墻及龍骨恒荷載： 1.0KN/m2;屋面上造型屋面活荷載：0.5KN/m2;風(fēng)荷載，屋面標(biāo)高為45nl風(fēng)壓高度系數(shù)取 1.61）風(fēng)振系數(shù)取1.0）側(cè)立面迎風(fēng)面及背風(fēng)面體 形系數(shù)取0.8及-0.5 ,挑檐部分體型系數(shù)取-1.3 , 基本風(fēng)壓為0.45KN/m2,計算得風(fēng)荷載。風(fēng)吸力小于恒荷載的0.5KN/m2,因此不考慮風(fēng) 吸力對于結(jié)構(gòu)的有利作用，也不參與計算。4.結(jié)構(gòu)自振頻率計算結(jié)構(gòu)第一階振型為y方

26、向平動，周期為0.509s結(jié)構(gòu)第51階振型為x方向平動，周期為0.178s附前30階振型周期頻率表：OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessMODAL10.5092180.00000.79400.00160.00000.79400.0016MODAL20.5069970.00000.00000.00000.00000.79400.0016MODAL30.4996910.00000.00650.00000.00000.800

27、00.0016MODAL40.4806270.00040.00000.00000.00040.80000.0016MODAL50.4527570.00000.00000.00000.00040.80000.0016MODAL60.4404810.21800.00000.00000.21800.80000.0016MODAL70.3803790.00000.00000.00000.21800.80000.0016MODAL80.3730910.00000.00000.00000.21800.80000.0016MODAL90.3730420.00000.17700.00020.21800.977

28、00.0018MODAL100.3183750.00000.00000.00000.21800.97700.0018MODAL110.3083090.00000.00000.00000.21800.97700.0018MODAL120.3083090.00000.00000.00180.21800.97700.0037MODAL130.2977370.00000.00000.00000.21800.97700.0037MODAL140.2977370.00000.00010.00230.21800.97700.0060MODAL150.2601030.00000.00000.00000.218

29、00.97700.0060MODAL160.2527680.08700.00000.00000.30500.97700.0060MODAL170.2374360.00000.00000.00000.30500.97700.0060MODAL180.2366860.00000.01400.00000.30500.99100.0060MODAL190.2191840.00680.00000.00000.31200.99100.0060MODAL200.2146290.00000.00000.00000.31200.99100.0060MODAL210.2012760.00000.00030.000

30、30.31200.99100.0062MODAL220.2011510.00000.00000.00000.31200.99100.0062MODAL230.2011320.00000.00020.00160.31200.99100.0078MODAL240.2007210.00000.00000.00000.31200.99100.0078MODAL250.2006130.00000.00020.00000.31200.99100.0078MODAL260.1901040.00000.00000.00000.31200.99100.0079MODAL270.1900910.00000.000

31、00.00000.31200.99100.0079MODAL280.190080.00000.00000.00000.31200.99100.0079MODAL290.1900720.00020.00000.00000.31200.99100.0079MODAL300.1900570.00000.00000.00000.31200.99100.00795、變形計算：恒+活組合下結(jié)構(gòu)最大位移如下圖所示:該工況下最大豎向位移為7.1mm 7.1 /4500=1/633 < 1/200 ,滿足要求。恒+風(fēng)組合下結(jié)構(gòu)最大位移如下圖所示：該工況下最大柱頂水平位移為12.4mm 12.4/5900

32、=1/475 < 1/400 ,滿足要求。E竹況下結(jié)構(gòu)最大柱頂位移如下圖所示:該工況下最大柱頂水平位移為 11.0mm 11.0/5900 =1/536 < 1/400 ,滿足要求。6 .支座反力全工況包絡(luò)下各支座的反力情況（單位：KNr>CMV7 .構(gòu)件驗算經(jīng)設(shè)計驗算，所有構(gòu)件應(yīng)力比均小于0.7 ,滿足設(shè) 計要求。（五）.屋頂連通鋼結(jié)構(gòu):1.計算模型計算模型（一端固定較，一端滑動錢）2 .幾何信息由由4I23連通屋面部分采用雙向桁架結(jié)構(gòu)體系，主桁架 用于連接南北兩側(cè)混凝土結(jié)構(gòu)，并作為主要受力構(gòu) 件，次桁架在有屋面造型柱的位置設(shè)置， 起到主桁 架之間相互聯(lián)系，增強整體性的作用

33、。在屋面上布 置水平支撐，將水平荷載傳遞至支座位置。構(gòu)件材 質(zhì)為Q345B3 .荷載施加情況恒荷載：5.0 KN/m2活荷載：2.0 KN/m2風(fēng)荷載，屋面標(biāo)高為40nl風(fēng)壓高度系數(shù)取 1.56,風(fēng)振系數(shù)取1.0,側(cè)立面迎風(fēng)面及背風(fēng)面體 形系數(shù)取0.8及-0.5 ,基本風(fēng)壓為0.45KN/m2,計 算得風(fēng)荷載。風(fēng)吸力遠小于恒荷載的5KN/m2因此不考慮風(fēng) 吸力對于結(jié)構(gòu)的有利作用，也不參與計算。上部鋼結(jié)構(gòu)造型作為二次結(jié)構(gòu)，將該部分鋼柱 的柱底各工況下的反力作為荷載，直接施加在相應(yīng) 的節(jié)點上。4.結(jié)構(gòu)自振頻率計算結(jié)構(gòu)第一階振型為z方向平動，周期為0.367s結(jié)構(gòu)第二階振型為x方向平動，周期為0.363s附前20階振型周期頻率表：OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitles