钢结构结构设计计算书

1、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、设计依据1.00(GB50009-200D(GB50011-201O(GB50017-2003)建筑结构荷载规范建筑抗震设计规范 钢结构设计规范-pfx /士 t£=r血T教H百心、结构重要性系数:（一）恒荷载：采光顶屋面+楝条+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+橡条+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+楝条+天沟及建筑防水等： 1.0kN/m2;连通屋面底面建筑做法+楝条等：0.5kN

2、/m2;屋面上造型钢结构屋面+楝条+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) 考虑联粗糙度。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

3、 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：n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+ 1.40 x 0.70活载 1(2) 1.35恒载+ 1.40 x 0.70风 1(3) 1.20 恒载 + 1.40 活载 1

4、(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 + 1.40 x 1.0 活载 1 + 1.4 x0.7 风 1(8) 1.20 ，恒载 + 1.40 x 0.7 活载 1 + 1.4 x1.0 风 1(9) 1.20 恒载 + 1.20 x 0.50 活载 1 + 1.30 水平地震(10) 1.00 恒载 + 1.00 x 0.50 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20

5、m桥面宽度为2800mm分别 位于 13.450m、21.250m、29.050m高，两端分别 与混凝土塔楼牛腿连接，一端采用固定较支座，一端滑动较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H300x200x10xia腹杆采用 B200x200x8x8,楼面梁采用 HH300X200X10X1M 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 Q345B3 .荷载施加情况楼面恒荷载：3.75KN/m2屋面恒荷载：0.5

6、0KN/m2侧立面幕墙恒荷载：1.00KN/m2楼面活荷载：3.5 KN/m2屋面活荷载：0.5 KN/m2风荷载：基本风压0.45KN/m2,高度修正系数 小二1.42,风振系数0z=1.0,连廊侧面迎风面及 背风面体型系数s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：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、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10.2mm10.2/20000=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：KN2 4f i=ias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 .

11、计算模型计算模型（一侧与混凝土结构固定较接，另一侧滑动较接）2 .几何信息III K采光顶钢结构平面布置图杵声蜀WJlWlS星D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，采用固定较支座及滑动较支座连 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Q345B3 .荷载施加情况恒荷载：0.8KN/m2活荷载：0.5 KN/m2风荷载，屋面标高为38nl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

12、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上结构整体的竖向振动振型为第二阶，周期为 0.4185s o附前20阶振型周期频率表: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、变形计算：恒+活组合下结

17、构最大位移如下图所示:平 3&E 3J.D.囱E-Zt9-11 U -4.6 HQ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。楝条相对竖向位移为71-55.9=15.1mm, 15.1/8000=1/529 < 1/200）满足要求。6 .支座反力ria.<F>iai全工况包络下各支座的反力情况（单位：KNIA2.llFL1-L21r：- a#I 以量门i，发“T岫 4明劈FlilJ*rj.Fi-0r«B 、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。（

18、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 楝条搭接，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 ±,采用固定较支座及滑动较支座连接。主要构件采 用 B300x200x8x8） B300x150x4x4） P114x4, P114x6, P103x4等截面。构件材质为 Q345B3 .荷载施加情况恒荷载：0.8KN/m2活荷载：0.5 KN/m2风荷载，屋面标高为38nl风压高度系数取 1.51

19、,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,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，,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: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、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53.0m53.0/25200=1/475 < 1/400）满足要求。楝条相对竖向位移为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：KNF1-2I3SFl=4+2lJ£-«6FK出,助J-24.M

24、J4.4IIT4, 3-236. V1国 lima1-&3J7 融7X”FbMIK-U F?=.63JE-85 F如区部 .F|：1%geOui7 = 3.70年M1F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450042湖B2OCX2OOXSX3HJ2B200X20QXBXSHJ1GZ16500屋面造型部分钢结构由数根如上图所示钢框g 寻S40)0架组成，柱底与混凝土楼面或连通屋面钢结构较接，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。各根钢框架之间亦采用钢

25、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Q345B3 .荷载施加情况屋面上造型钢结构屋面+楝条+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45nl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

26、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：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、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7.1mm 7.1 /4500=1/633 < 1/200 ,满足要求。恒+风组合下结构最大位移如下图所示：该工况下最大柱顶水平位移为12.4mm 12.4/5900

32、=1/475 < 1/400 ,满足要求。E竹况下结构最大柱顶位移如下图所示:该工况下最大柱顶水平位移为 11.0mm 11.0/5900 =1/536 < 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：KNr>CMV7 .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。（五）.屋顶连通钢结构:1.计算模型计算模型（一端固定较，一端滑动钱）2 .几何信息由由4I23连通屋面部分采用双向桁架结构体系，主桁架 用于连接南北两侧混凝土结构，并作为主要受力构 件，次桁架在有屋面造型柱的位置设置， 起到主桁 架之间相互联系，增强整体性的作用

33、。在屋面上布 置水平支撑，将水平荷载传递至支座位置。构件材 质为Q345B3 .荷载施加情况恒荷载：5.0 KN/m2活荷载：2.0 KN/m2风荷载，屋面标高为40nl风压高度系数取 1.56,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 ,基本风压为0.45KN/m2,计 算得风荷载。风吸力远小于恒荷载的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。上部钢结构造型作为二次结构，将该部分钢柱 的柱底各工况下的反力作为荷载，直接施加在相应 的节点上。4.结构自振频率计算结构第一阶振型为z方向平动，周期为0.367s结构第二阶振型为x方向平动，周期为0.363s附前20阶振型周期频率表：OutputCaseStepNumPeriodUXUYUZSumUXSumUYSumUZTextUnitlessSecUnitlessUnitlessUnitlessUnitlessUnitles