连廊钢结构计算书

钢结构计算 一．工程结构概况 汾湖钢结构连廊结构采用顶部分叉柱的单列柱框架结构，柱之间采用箱型钢梁。本工程抗震设防类别为标准设防类，场地地震设防烈度为6度，基本地震加速度为0.05g，建筑场地类别为Ⅲ类，设计地震分组为第1组。 二．结构设计的主要依据 1． 本工程进行结构设计时，所参考的国家及行业标准主要有： 《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001） 《建筑抗震设防分类标准》（GB50223-2008） 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012） 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010） 《建筑设计防火规范》（GB50016-2006） 《钢结构设计规范》（GB50017-2003） 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002） 《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002） 《钢融化焊对接接头射线照相和质量分级》（GB3323-2005） 《结构用无缝钢管》（GB/T8162-1999） 《钢焊缝手工超声波探伤和探伤结果分级》（GB11345-1989） 《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82-91） 《涂装前钢材表面锈蚀等级和防锈等级》（GB8923-88） 《碳素结构钢》（GB/T700-2006） 《厚度方向性能钢板》（GB5313-2010） 《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-1994） 《钢结构质量验收规范》（GB50205-2001） 《多、高层民用建筑钢结构节点构造详图》（GB50205-2002） 《碳钢焊条》（GB/T5117-1995） 《低合金钢焊条》（GB5118-85） 《六角头螺栓—C级》（GB5780） 《熔化焊用钢丝》（GB/T14957） 《气体保护焊用钢丝》（GB/T14958） 《热扎H型钢和剖分T形钢》（GB/T11263-2010） 《钢结构、管道涂装技术规程》（YB9256-96） 《钢结构制作安装施工规程》（YB9254-95） 2．本结构计算所采用的结构有限元软件为Midas Gen 8.00。 三．材 料 1． 本工程结构主体钢材材质为Q345B及Q235B，详见施工图纸的材料表。Q345B低合金高强度结构钢应符合《低合金高强度结构钢》（GB/T 1591－94）的；Q235B碳素结构结构钢应符合《碳素结构钢》（GB/T700）的规定；应均具有屈服强度、抗拉极限强度、伸长率、冲击试验，冷弯试验和C、S、P含量的合格保证。 2． 手工焊接用的焊条；应符合现行国家标准《碳钢焊条》（GB/T 5117－85）和《低合金钢焊条》GB5118－85的规定，选用的焊条型号与主体金属强度相适应。 四．荷载取值 在结构计算中，考虑荷载包括结构自重、活载、风荷载和地震作用。具体荷载取值如下： 1．结构恒载 （1）结构自重由程序自动计算。 （2）附加恒载(含混凝土面板) 5.0kN/m2。 （3）栏杆线荷载 2.0kN/m。 2．结构活载 顶面活载3.5kN/m2 (另考虑单侧不均匀活荷载) 3．基本风压值          0.45kN /m2 4．地震作用  6 度，0.05g，Ⅲ类场地，第一组。 五． 荷载工况及效应组合 1、 荷载工况 根据建筑结构所处地理环境及其自身实际情况，在结构计算中共考虑了7种荷载工况，如下： （1）恒载（包括自重）                        D （2）满布活载                                L （3）单侧活载                                L’ （4）以X向为主向的双向地震                Rx （5）以Y向为主向的双向地震                Ry （6）X向水平风载                          Wx （7）Y向水平风载                          Wy 2、荷载效应组合 从结构的承载力极限状态与正常使用极限状态，共考虑了12种荷载组合，如下： （1）1.0D＋1.0L （2）1.2D＋1.4L （3）1.2D＋1.4L’ （4）1.2D＋1.4L＋0.84 Wx （5）1.2D＋1.4L＋0.84 Wy （6）1.2D＋1.4L’＋0.84 Wx （7）1.2D＋1.4L’＋0.84 Wy （8）1.35D＋0.98L （9）1.35D＋0.98L’ （10）1.35D＋0.98L＋0.84 Wx （11）1.35D＋0.98L＋0.84 Wy （12）1.35D＋0.98L’＋0.84 Wx （13）1.35D＋0.98L’＋0.84 Wy （14）1.2D＋0.6L＋1.3 Rx （15）1.2D＋0.6L＋1.3 Ry （16）1.2D＋0.6L’＋1.3 Rx （17）1.2D＋0.6L’＋1.3 Ry （18）1.2D＋0.6L＋1.3 Rx+0.28Wx （19）1.2D＋0.6L＋1.3 Rx+0.28Wy （20）1.2D＋0.6L＋1.3Ry+0.28Wx （21）1.2D＋0.6L＋1.3Ry+0.28Wy （22）1.2D＋0.6L’＋1.3 Rx+0.28Wx （23）1.2D＋0.6L’＋1.3 Rx+0.28Wy （24）1.2D＋0.6L’＋1.3Ry+0.28Wx （25）1.2D＋0.6L’＋1.3Ry+0.28Wy （26）1.0D＋1.4 Wx （27）1.0D＋1.4 Wy 六．计算模型及支座约束情况 1．空间计算模型：由Autocad三维模型线框架图，通过Dxf文件转换而成，按杆系单元计算。 2．杆件单元模型：主、次梁及柱采用梁单元。 3．分析方法：采用Midas有限元软件来计算分析，考虑各种荷载工况下的荷载效应，然后按上述荷载效应组合进行内力计算。 4．计算模型：计算模型如图1～6所示。 图1 左侧连廊计算模型空间视图 图2 左侧连廊计算模型俯视图 图3 左侧连廊计算模型立面视图 图4 右侧连廊计算模型空间视图 图5 右侧连廊计算模型俯视图 图6 右侧连廊计算模型立面视图 5. 支座约束：圆钢管柱底考虑为刚接。 6. 荷载 图7  左侧连廊恒载 图8  左侧连廊满布活载 图9  左侧连廊单侧活载 图10  左侧连廊线荷载 图11  左侧连廊X向风荷载 图12  左侧连廊Y向风荷载 图13 右侧连廊恒载 图14  右侧连廊满布活载 图15  右侧连廊单侧活载 图16  左侧连廊线荷载 图17  右侧连廊X向风荷载 图18  右侧连廊Y向风荷载 说明：连廊结构下部为镂空，顶部采用现浇组合楼板，考虑所受风载较小，所以将风荷载等效为节点荷载作用于柱顶对应的连廊梁节点处。 七．计算理论及公式 1．承载能力极限状态 承载能力极限状态指构件的强度、构件的整体稳定性和构件的局部稳定。构件的高厚比（或宽厚比）在规范规定的范围内，故满足局部稳定要求。 各结构构件考虑为压弯构件，其强度验算公式为： （1） 稳定验算公式为：平面内， （2） 平面外， （3） 2． 正常使用极限状态计算 结构正常使用极限状态是根据荷载标准值来计算分析而得出，钢桁架结构及主梁的跨中挠度应满足下述要求： （跨中挠度）                        （4） 次梁的跨中挠度应满足下述要求： （跨中挠度）                      （5） 构件的刚度由长细比来控制，应满足于下式 （6） 对拉杆 ＝350                      （7） 对压杆                          ＝150                      （8） 八、整体结构的抗震验算 1．反应谱曲线 利用Midas有限元软件对本工程的结构进行整体反应谱抗震计算，并将其作为地震作用工况，参与荷载组合。根据最新《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）中的地震影响系数曲线（如图19），按6度来对此结构进行整体反应谱计算分析。 图19  地震影响系数曲线 图中： —为曲线下降段的衰减指数； （9） —为结构阻尼比； —为直线下降段的下降斜率调整系数，小于0时取0； （10） —为阻尼调整系数，当小于0.55时，应取0.55; （11） —地震影响系数； —地震影响系数最大值；T—结构自振周期；Tg—结构特征周期。 在本结构的整体反应谱分析中采用图19的水平反应谱来对此结构进行水平的两个方向分析。水平地震影响系数最大值 ，结构特征周期为Tg=0.45，，结构结构阻尼比为 ，由此便可以得到一条反应谱曲线。 2．结构质量来源 在结构整体反应谱分析中，重力荷载代表值主要包括结构恒载、50％活载。 九．计算分析结果 1．整体变形及节点侧移 15.2mm 32.7mm 15.2mm 图20 左侧连廊最大竖向位移值 41.9mm 14.9mm 23.1mm 图21 右侧连廊最大竖向位移值 经Midas计算，左侧连廊悬挑端最大挠度为32.7mm，起拱20mm，则： 满足要求 左侧连廊主梁最大挠度为16.2mm，则： 满足要求 右侧连廊悬挑端最大挠度为41.9mm，起拱40mm，则： 满足要求 右侧连廊主梁最大挠度为14.9mm，则： 满足要求 右侧连廊次梁最大挠度为23.1mm，则： 满足要求 2. 钢结构各单元设计应力值 图22  左侧连廊验算应力比 图23  右侧连廊验算应力比 经MIDAS（含中国钢结构设计规范GB50017－2003）验算，各杆件设计强度（弯曲、抗剪）、整体稳定应力比如图22、23所示，左侧连廊杆件最大应力比为0.85，右侧连廊杆件最大应力比为0.81。 由以上分析可见，在设计荷载作用下，结构强度、刚度均能满足规范要求。