机房有限元分析报告.docx
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机房有限元分析报告
有限元分析
验算报告
产品名称:
金属防护箱(铁甲机房)
产品型号:
HN75/100.T—U/E.P
项目负责人:
蒋晨辉
日期:
2011年12月31日
2011-12-31发布
2012-01-01实施
一、机房概况
本机房长4.3m,宽3.29m,高3.24m。
本机房为主体骨架为钢结构框架形式,机房四周角柱、横梁、地梁、门柱采用冷弯卷边型角钢,墙面、顶部防护结构采用压型钢板及隔热板,并在中间屋脊处加设一道支撑固定屋梁及连接桁梁,钢结构框架连接固定成一整体。
其中,钢结构材料均选用Q235钢材,考虑结构防腐性能要求,所有钢结构构件均经过防腐处理。
本机房实际外形结构图片如下图1、2、3所示。
二、设计依据
本机房设计采用的主要设计标准及取值如下:
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012
《钢结构设计规范》GB50017-2003
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002
三、结构计算
1.计算软件
本次结构计算采用通用有限元分析软件SAP2000V14.1。
2.计算模型
计算模型见下图(维护结构等效为若干细柱建模)。
3.荷载组合
(1)基本组合
1.2恒+1.4活
1.2恒+1.4风(0度、90度)
1.2恒+1.4活+1.4×0.6风(0度、90度)
1.2恒+1.4×0.7活+1.4风(0度、90度)
0.9恒+1.4风(0度、90度)
(2)标准组合
1.0恒+1.0活
1.0恒+1.0风(0度、90度)
1.0恒+1.0活+0.6风(0度、90度)
1.0恒+0.7活+1.0风(0度、90度)
以上0度风指风向沿四边形长边方向,90度风指风向沿四边形短边方向。
本次设计初,考虑机房即可建于湖南、贵州、湖北、江苏等内陆省份,同时也必须满足广东、广西、上海、福建等沿海省份指标要求;内陆省份基本风压选为0.55kN/m2。
同时鉴于机房结构的重要性,在沿海省份区域,根据各市不同风压情况,另选取基本风压0.65kN/m2,0.75kN/m2,0.85kN/m2进行分析验算,分析机房各结构在不同阶段的受力性能。
4.结构分析方法
本结构采用空间桁架单元计算,由于本机房结构体型较小,故不考虑材料非线性及几何非线性问题。
其中,为简化分析过程,将维护材料简化为若干细柱进行设计。
另外由于该机房结构杆件与屋面板或四周维护材料有紧密连接,故不需考虑构件失稳问题。
5.荷载加载
本机房结构承受恒荷载如下图。
本机房结构承受活荷载如下图。
本塔体结构承受0度风荷载(0.55kN/m2为例)如下图。
本塔体结构承受90度风荷载(0.55kN/m2为例)如下图。
四、验算结果
1.结构受力情况
经过验算,主要框架柱、横梁的最大受力情况见下两表;维护结构受力较小,均满足要求。
不同基本风压下主要框架柱受力情况表
框架柱编号
截面型号
应力比(不同风压下kN/m2)
是否满足规范要求
(0.55)
(0.65)
(0.75)
(0.85)
1
L380x380x2
0.360
0.424
0.489
0.557
满足
3
L380x380x2
0.375
0.441
0.508
0.578
满足
5
L380x380x2
0.360
0.421
0.485
0.553
满足
7
L380x380x2
0.371
0.438
0.504
0.574
满足
不同基本风压下主要横梁受力情况表
横梁
编号
截面型号
应力比(不同风压下kN/m2)
是否满足规范要求
(0.55)
(0.65)
(0.75)
(0.85)
11
B120x80x2
0.647
0.635
0.623
0.610
满足
12
B120x80x2
0.633
0.621
0.609
0.597
满足
13
B120x80x2
0.645
0.632
0.619
0.605
满足
15
B120x60x4
0.406
0.474
0.543
0.615
满足
37
B120x60x4
0.374
0.444
0.514
0.587
满足
41
B120x60x4
0.407
0.476
0.544
0.617
满足
2.结构整体变形情况
考虑0度风荷载及90度风荷载参与的荷载组合,在0.85kN/m2的基本风压作用下,机房顶部最大变形为7.5mm,根据《钢结构设计规范》机房变形限值为3240/150=21.6mm,故满足变形要求。
3.基础抗拔验算
考虑“0.9恒+1.4风”的最不利荷载工况,计算基础最大拉力见下表。
基本风压为0.55kN/m2时的基础受力
TABLE:
JointReactions
Joint
OutputCase
CaseType
F1
F2
F3
Text
Text
Text
KN
KN
KN
1
0.9D+1.4WX
Combination
-2.292
0.031
-0.575
1
0.9D+1.4WY
Combination
0.084
-3.549
-7.97
4
0.9D+1.4WX
Combination
-2.88
0.026
-5.844
4
0.9D+1.4WY
Combination
-0.021
-3.26
10.121
7
0.9D+1.4WX
Combination
-2.79
-0.05
7.069
7
0.9D+1.4WY
Combination
-0.089
-3.546
-7.81
10
0.9D+1.4WX
Combination
-2.659
-0.031
8.168
10
0.9D+1.4WY
Combination
0.025
-3.256
10.108
基本风压为0.65kN/m2时的基础受力
TABLE:
JointReactions
Joint
OutputCase
CaseType
F1
F2
F3
Text
Text
Text
KN
KN
KN
1
0.9D+1.4WX
Combination
-2.469
0.1
-0.193
1
0.9D+1.4WY
Combination
0.129
-4.192
-7.931
4
0.9D+1.4WX
Combination
-3.475
0.09
-6.382
4
0.9D+1.4WY
Combination
-0.034
-3.853
10.256
7
0.9D+1.4WX
Combination
-3.48
-0.13
7.971
7
0.9D+1.4WY
Combination
-0.15
-4.176
-7.611
10
0.9D+1.4WX
Combination
-3.212
-0.079
9.025
10
0.9D+1.4WY
Combination
0.055
-3.837
10.145
基本风压为0.75kN/m2时的基础受力
TABLE:
JointReactions
Joint
OutputCase
CaseType
F1
F2
F3
Text
Text
Text
KN
KN
KN
1
0.9D+1.4WX
Combination
-2.87
0.119
-0.443
1
0.9D+1.4WY
Combination
0.123
-4.828
-9.361
4
0.9D+1.4WX
Combination
-4
0.103
-7.59
4
0.9D+1.4WY
Combination
-0.034
-4.441
11.585
7
0.9D+1.4WX
Combination
-3.985
-0.147
8.96
7
0.9D+1.4WY
Combination
-0.147
-4.811
-8.999
10
0.9D+1.4WX
Combination
-3.709
-0.093
10.166
10
0.9D+1.4WY
Combination
0.057
-4.424
11.457
基本风压为0.85kN/m2时的基础受力
TABLE:
JointReactions
Joint
OutputCase
CaseType
F1
F2
F3
Text
Text
Text
KN
KN
KN
1
0.9D+1.4WX
Combination
-3.294
0.139
-0.707
1
0.9D+1.4WY
Combination
0.118
-5.499
-10.871
4
0.9D+1.4WX
Combination
-4.554
0.118
-8.866
4
0.9D+1.4WY
Combination
-0.034
-5.061
12.988
7
0.9D+1.4WX
Combination
-4.517
-0.165
10.004
7
0.9D+1.4WY
Combination
-0.143
-5.481
-10.464
10
0.9D+1.4WX
Combination
-4.233
-0.108
11.371
10
0.9D+1.4WY
Combination
0.058
-5.045
12.843
根据以上结果分析知,在0.85kN/m2的基本风压作用下,基础最大拔力大小为10.9kN。
实际采用M12的膨胀螺栓,抗拔力为
P=210*3.14*122/4/1000=23.8kN
抗拔承载力满足要求。
五、结论及建议
经过结构计算等有限元分析表明,该机房完全满足使用的安全要求。
在超过当地基本风压的情况下,该机房仍具有足够的安全储备。
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