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钢构计算书
结构计算书
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目录
(一)总述3
1.1.工程概况3
1.2、幕墙设计的基本资料3
1.3、结构设计和计算应遵循的理论和标准及相应的计算方法3
1.4、基本计算公式3
1.5、结构设计所依据的文件及相关规范5
1.6钢材的强度设计值7
1.7荷载和作用效应组合7
(二)钢结构的设计计算8
2.1.总体说明8
2.2.荷载概况8
2.3.荷载计算9
2.4.工况组合10
2.5.计算模型10
2.6.软件单元类型11
2.7.材料特性12
2.8.结果说明13
2.9.支座反力计算15
(一)总述
1.1.工程概况
1、幕墙所在地区:
北京市;
1.2、幕墙设计的基本资料
基本风压:
W0=0.45KN/m2;
基本雪压:
W0=0.40KN/m2;
地区粗糙度:
C类;
地震设防烈度:
8度(地震加速度:
0.20g)。
1.3、结构设计和计算应遵循的理论和标准及相应的计算方法
1.3.1、幕墙按照维护结构设计,其主要构件悬挂于主体结构上,层与层之间设置竖向伸缩缝。
1.3.2、幕墙构件在重力荷载、风荷载、水平地震作用及主体结构位移影响下均具有安全性。
1.3.3、幕墙构件内力计算采用弹性计算方法,其截面最大应力设计值不超过材料强度设计值:
σ 式中: σ——荷载和作用产生的截面最大应力; f——材料强度设计值。 1.4、基本计算公式 (1)场地类别: --A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区; --B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区; --C类指有密集建筑群的城市市区; --D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。 本工程按C类地区计算风压。 (2)风荷载计算(WK) 幕墙属于外围护构件,根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定采用风荷载计算公式: Wk=βgZ·μs·μz·Wo(7.1.1-2) 式中: Wk——垂直作用在幕墙表面上的风荷载标准值(KN/m2); βgZ——高度Z处的阵风系数,按照《建筑荷载设计规范(GB50009-2001)》第7.5.1条规定。 根据不同场地类型,按照下列公式计算: βgZ=K(1+2μf) 其中K为地区粗糙度调整系数,μf为脉动系数。 经简化得: A类场地: βgZ=0.92×[1+35-0.072×(Z/10)-0.12]; B类场地: βgZ=0.89×[1+(Z/10)-0.16]; C类场地: βgZ=0.85×[1+350.108×(Z/10)-0.22]; D类场地: βgZ=0.80×[1+350.252×(Z/10)-0.30]; 本工程为C类,故取βgZ=0.85×[1+350.108×(Z/10)-0.22]。 μz——风压高度变化系数,按照《建筑荷载设计规范(GB50009-2001)》第7.2.1条规定。 根据不同场地类型,按照下列公式计算: A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24; B类场地: μz=1.000×(Z/10)0.32; C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44; D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60; 本工程为C类,故取μz=0.616×(Z/10)0.44。 μs——风荷载体型系数,按照《建筑荷载设计规范(GB50009-2001)》第7.3.3条规定大面为-1.2(考虑0.2的内压),檐口、雨蓬、遮阳板等突出构件,取-2.0。 W0——基本风压,按照《建筑荷载设计规范(GB50009-2001)》附表D.4给出的50年一遇的风压采用,北京地区取0.45KN/m2。 (3)水平地震作用(EQ) 根据《玻璃幕墙工程技术规范》第5.3.4条地震作用可采用简化的等效静力计算方法进行计算。 具体计算方法如下: qEK=βEαmaxGk/A 式中: qEK—分布水平地震作用标准值KN/m2; βE—动力放大系数,取5.0; αmax—水平地震影响系数最大值,按照下述方法取定: 6度(设计基本地震加速度为0.05g);αmax=0.04 7度(设计基本地震加速度为0.1g);αmax=0.08 7度(设计基本地震加速度为0.15g);αmax=0.12 8度(设计基本地震加速度为0.20g);αmax=0.16 8度(设计基本地震加速度为0.30g);αmax=0.24 9度(设计基本地震加速度为0.40g);αmax=0.32 北京设防烈度为8度(0.20g),故取αmax=0.16。 Gk—构件的重力荷载标准值KN; A—构件所占的平面面积m2。 (4)作用效应组合: 结构设计时,根据构件受力特点,荷载(作用)的情况和产生的应力(内力)方向,选用最不利的组合,作用效应组合设计值应按照下式采用: s=rGSGk+rwφwSwk+rEφESEk 式中: SGk—重力荷载作用为永久荷载产生的效应; Swk、SEk—分别为风荷载、地震作用作为可变荷载和作用产生的效应。 按不同的组合情况,二者可分别作为第一、第二个可变荷载和作用产生的效应; rG、rw、rE—各效应的分项系数; φw、φE—分别为风荷载、地震作用的组合系数。 作用的分项系数,按照以下规定采用: 1.一般情况下,永久荷载、风荷载和地震作用的分项系数rG、rw、rE应分别取1.2、1.4和1.3; 2.当永久荷载的效应起控制作用时,其分项系数rG取1.35,此时,参与组合的可变荷载尽为竖向荷载效应。 3.当永久荷载的效应对构件有利时,其分项系数rG取值不应大于1.0。 可变荷载的组合值系数应按下列规定采用: 一般情况下,风荷载的组合值系数φw应取1.0,地震作用的组合值系数φE应取0.5; 2.对水平倒挂玻璃及其框架,可不考虑地震作用效应的组合,风荷载的组合值系数应取φw=1.0(永久荷载的效应不起控制作用时)或0.6(永久荷载的效应起控制作用时)。 3.幕墙构件的挠度验算时,风荷载分项系数和永久荷载的分项系数均取1.0,且不考虑作用效应的组合。 1.5、结构设计所依据的文件及相关规范 (一)设计依据的技术规范和标准 1、《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001 2、气象资料及该工程的地理位置 3、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 4、《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001 5、《点支式玻璃幕墙技术规程》CECS127: 2001 6、《建筑幕墙》GB/T21086-2007 7、《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007 8、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 9、《建筑设计防火规范》GBJ16-87 10、《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776-2005 11、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95(2005年版) 12、《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 13、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006) 14、《钢结构设计规范》GBJ50017-2003 15、《民用建筑热工设计规范》GB50176-93 16、《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005 17、《点支式玻璃幕墙支承装置》JG138-2001 (二)施工、验收依据和标准 1、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 2、《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003 3、《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001 4、《建筑幕墙》GB/T21086-2007 5、《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227-2007 6、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001 7、《建筑设计防火规范》GBJ16 8、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045 9、《建筑物防雷设计规范》GB50057 10、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006) 11、《钢结构设计规范》GB50017-2003 12、《民用建筑热工设计规范》GB50176-1993 13、《建筑装饰工程施工及验收规范》GB50210-2001 14、《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001 15、《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001 16、《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2001 17、《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001 18、类似工程施工经验资料 19、GB/T19001—ISO9001《质量管理体系要求》及本企业制定的《质量手册》 1.6钢材的强度设计值 钢材牌号 厚度或直径d(mm) 抗拉、抗弯、抗压 抗剪 端面承压 Q235 d≤16 215 125 325 16<d≤40 205 120 40<d≤60 200 115 Q345 d≤16 310 180 400 16<d≤35 295 170 35<d≤50 265 155 50<d≤100 250 145 1.7荷载和作用效应组合 荷载和作用效应按下式进行组合: S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk……5.4.1[JGJ102-2003] 上式中: S: 作用效应组合的设计值; SGk: 重力荷载作为永久荷载产生的效应标准值; Swk、SEk: 分别为风荷载,地震作用作为可变荷载产生的效应标准值; γG、γw、γE: 各效应的分项系数; ψw、ψE: 分别为风荷载,地震作用效应的组合系数。 上面的γG、γw、γE为分项系数,按5.4.2、5.4.3、5.4.4[JGJ102-2003]规定如下: 进行幕墙构件强度、连接件和预埋件承载力计算时: 重力荷载: γG: 1.2; 风荷载: γw: 1.4; 地震作用: γE: 1.3; 进行位移及挠度计算时; 重力荷载: γG: 1.0; 风荷载: γw: 1.0; 地震作用: γE: 1.0; 上式中,风荷载的组合系数ψw为1.0; 地震作用的组合系数ψE为0.5; (二)钢结构的设计计算 2.1.总体说明 本钢结构,最大标高为58m,地面粗糙度C类,基本风压0.45kN/㎡;基本雪压0.40kN/㎡;抗震设防8度,计算软件采用ANSYS。 2.2.荷载概况 ⑴作用在幕墙上的风荷载标准值按下式计算: Wk=βgZ·μs1·μz·Wo 式中: Wk-作用在幕墙上的风荷载标准值(KN/m2); βgZ-考虑瞬时风压的阵风系数; μs1-局部风压体型系数; μz-风压高度变化系数; Wo-基本风压,取0.45KN/m2。 ⑵地震作用按下式计算 Qe=βe·αmax·G 式中: Qe——作用于幕墙平面外水平地震作用(KN); G——幕墙构件的重量(KN); αmax——水平地震影响系数最大值8度抗震设计取0.16; βe——动力放大系数,取5。 ⑶荷载分项系数和组合系数的确定 根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)及《玻璃幕墙工程技术规范》 之精神,结合本工程的地区地理环境,建筑特点以及幕墙的受力情况,各分项系数和组合系数选择如下: ①强度计算时 分项系数组合系数 重力荷载,γg取1.2 风荷载,γw取1.4风荷载,ψw取1.0 地震作用,γe取1.3地震作用,ψe取0.5(在铝板、石材幕墙计算中取0.6) 温度作用,γt取1.2温度作用,ψt取0.2 ②刚度计算时 分项系数组合系数 均按1.0采用风荷载,ψw取1.0 地震作用,ψe取0.5(在铝板、石材幕墙计算中取0.6) 温度作用,ψt取0.2 ⑷荷载和作用效应按下式进行组合: S=γgSg+ψwγwSw+ψeγeSe+ψtγtSt 式中: S——荷载和作用效应组合后的设计值; Sg——重力荷载作为永久荷载产生的效应; Sw,Se,St——分别为风荷载,地震作用和温度作用作为可变荷载和作用产生的效应; γg,γw,γe,γt——各效应的分项系数; ψw,ψe,ψt——分别为风荷载,地震作用和温度作用效应的组合系数。 2.3.荷载计算 1)自重荷载标准值 a)钢结构自重由软件自动计算; b)面材部分计算按GAK=0.5kN/m2 2)风荷载标准值 1、基本信息: 基本风压W0: 0.45KN/m^2 计算处高度Z: 58m 体型系数μs: 1.2 地面粗糙度: C类 2、计算结果: 风压高度变化系数μz: 经查表7.2.1得: μz=1.335 阵风系数βgz: 经查表7.5.1得: βgz=1.698 风荷载标准值Wk: Wk=βgz×Us×Uz×Wo =1.698×1.2×1.335×0.45 =1.224KN/m^2 3)地震荷载标准值 1、基本信息: 幕墙自重标准值GAK=0.5KN/m^2 动力放大系数βE=5 地震影响系数最大值αmax=0.16 2、计算结果: 地震荷载标准值qEK: qEK=βE×αmax×Gk =5×0.16×0.5 =0.4KN/m^2 3)雪荷载标准值 采光顶体型系数取2.0. S=2.0*0.4=0.8KN/m2 2.4.工况组合 1)标准值组合 Sk=Wk+qEK+S =1.224+0.4+0.8 =2.424kN/m2 2)设计值组合 S=1.4Wk+1.3x0.5qEK+S =1.4*1.224+1.3*0.5*0.4+0.5*1.4*0.8 =2.5336kN/m2 2.5.计算模型 钢结构形式及结构计算模型如下图所示: 2.6.软件单元类型 采用beam188单元类型,可以较真实模拟实际工程情况。 2.7.材料特性 2.8.结果说明 2.8.1刚度计算 由ANSYS软件计算得出,钢结构最大挠度为23.44mm,按《钢结构设计规范》中表A1.1.1中要求允许变形为1/250。 允许变形为15000/250=60mm。 因此,满足设计要求! 详见下图。 2.8.2强度计算 由ANSYS软件计算得出,钢结构最大应力为100.509MPa,此钢结构拉索材质为Q235钢材,允许应力为215Mpa。 因此,满足设计要求! 详见下图。 2.9.支座反力计算 由受力最大工况得出如下支座反力: (单位NNmmZ方向竖直向上) NODEFXFYFZMXMYMZ 10.33956E+060.68927E+060.41210E+06 25-0.41239E+060.68664E+060.40685E+06 51-0.72697E+060.37227E+060.41154E+06 77-0.73805E+06-0.38983E+060.42190E+06 103-0.40182E+06-0.69317E+060.41301E+06 1290.31247E+06-0.65964E+060.39593E+06 1550.62126E+06-0.35409E+060.39676E+06 1810.63110E+060.34856E+060.39996E+06 TOTALVALUES VALUE-0.37485E+060.15926E-050.32580E+070.00000.00000.0000 由支座反力列表可知: 竖向力: 412KN 水平力: 686KN
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