20140404三层技术夹层(裙楼屋顶)天窗结构计算书全解

1、建筑结构可靠度设计统一标准建筑工程抗震设防分类标准建筑结构荷载规范建筑抗震设计规范钢结构设计规范空间网格结构技术规程三、建筑分类等级根据建筑结构可靠度设计统一标准第 二级，结构重要性系数为 Y=1.0。四、主要荷载（作用）取值佰翔五通酒店三层技术夹层天窗钢结构计算书一、工程概况佰翔五通酒店三层技术夹层共有两个天窗，分别为天窗一及天窗二。其中天窗一分为大小两个天窗，两个均为圆滑的椭圆曲面，大天窗长约 30m，宽约18m，曲面最大高差约2.3m，投影面积 约为370m2，小天窗长约20m,宽约13.5m,曲面最大高差约为1.175m投影面积约为196 m2。天窗 二平面形状呈纺锤状，表面因结构排水

2、需要中间比两边略高，长约为24m,宽约为8.1m，投影面积约为109m2。图1-3天窗二模型示意图、设计依据2.12.1本工程的结构设计基准期为 50年。2.22.2本工程结构设计主要依据下列国家及地方规范、规程进行:(GB 50068-2001)(GB 50223-2008)(GB 50009-2012)(GB 50011-2010)(GB 50017-2003)(JGJ7-2010)1.0.7、1.0.8条的规定，本工程建筑结构安全等级为4.14.1恒载与活载图1-1天窗一（大）模型示意图图1-2 天窗一（小）模型示意图恒载：钢构件自重由程序自动计算；综合考虑玻璃面板及附属物件的重量，在面

3、板上施加恒载1.2kN/m2 ;外圈铝百叶考虑恒载为0.6kN/m2。活载：0.5 kN/m2。4.24.2风荷载根据建筑结构荷载规范，本工程取深圳重现期为50年的基本风压wo=O.8OkN/m2，考虑天窗 一中大小两个天窗曲面弧度接近，高度相差不大，两者风荷载统一按较大的天窗取值。天窗一风荷 载体型系数w根据建筑结构荷载规范表 8.3.1第4项（封闭式拱形屋面）取值，天窗二风荷载 体型系数w根据表8.3.1第2项（封闭式双坡屋面）取值；地面粗糙度为B类，天窗一最高点标高约22m，风压高度变化系数 w=1.27;天窗二最高点标高约20m,风压高度变化系数 w=1.23;因为 无风洞试验依据，现

4、风振系数暂取偿=1.8。风荷载标准值Wk=wwfZwo如图4-1、图4-2所示。烈度计算X、丫、Z三向地震作用。场地类别为U类，场地特征周期为0.40s,结构阻尼比取0.02,水平地震影响系数最大值为0.12。竖向地震影响系数最大值取水平地震影响系数最大值的65%，另还考虑不小于重力荷载代表值的0.08倍。4.44.4温度作用根据建筑结构荷载规范，天窗取温度变化土 20C进行分析。4.54.5内力组合-1. 460, 17图4-1天窗一各方向风作用下的风荷载标准值（单位kN/m2）图4-2天窗二各方向风作用下的风荷载标准值（单位 kN/m2）4.34.3地震作用根据建筑抗震设防分类标准，本工程

5、属乙类建筑。按建筑抗震设计规范（GB5001-2010）,本工程所在地区抗震设防烈度为 7度，地震分组第二组，设计地震加速度为0.15g，本工程按设防1.35D+0.98L1.2D+1.4L1.35D+0.98L+0.84W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）1.2D+1.4L+0.84 W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）1.2D+0.98L+1.4 W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）1.35D+0.98L+0.84T+ （或 T-）1.2D+1.4L+0.84T+（或 T-）1.2D+0.98L+1.4T+（或 T-）1.2D+0.6L+1.3EX （或 EY、EZ）1.

6、2D+0.6L+1.3EX（或 EY）+0.5EZ1.2D+0.6L+1.3 EZ +0.5 EX（或 EY）1.2D+1.4W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）D+1.4W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）D+1.4L+0.84W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）承载力极限状态D+0.98L+1.4W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）0.5D+W （WX+、WX-、WY+ 或 WY-）正常使用状态D+L表4-1内力组合注：表中，D:恒载；L :活载；W:风荷载（分X方向正反风 WX+、WX-以及丫方向正反风WY+、WY-）; T:温差；E:地震作用（EX、EY为水平两

7、个方向地震，EZ为竖向地震）图5-1天窗一（大）支座编号图5-2天窗二支座编号在天窗一（大）计算模型中将编号为186、193、195、221、226、239以及241的柱底支座设为滑动铰支座（对应建筑分缝后天窗投影面积较小的一侧），其余均设为不动铰支座。五、结构选型及用料5.15.1结构选型天窗一大小两个天窗均采用单层网壳结构形式，壳面网格为大小较均匀的矩形，网格尺寸约1.5mX 2m左右，较大的天窗壳面杆件统一为口 300X 70X 8,周边约束构件为口 350X 250X12,周边 一圈用于设置铝百叶的悬挑构件采用口 350100X 100X 8,封边构件采用10，钢柱采用口 250X 1

8、2, 支撑采用D152X 6;较小的天窗壳面杆件统一为 250X 70X 6,周边约束构件为口 300X 250X 10， 周边一圈用于设置铝百叶的悬挑构件采用 300100X 100X 8, 封边构件采用10，钢柱采用口 250 X 10,支撑采用D140X6。天窗二采用门式钢架结构形式，除两个角上以外的钢柱采用口200X 10,两个角上的钢柱根据构造需要采用梯形截面，详见天窗钢结构施工图。中部玻璃幕墙区域下部杆件均为300X 70X 8,周边约束构件为口 300X 200X 10,两边用于设置铝百叶的悬挑构件采用口 300100X 100X 8,封边 构件采用10。天窗支座设置情况如图5-

9、1、图5-2以及图5-3所示。147 -打5 ;4.2,满足空间网格结构技术规程要求。活载半跨布置时，最大竖向荷载达到42410kN。因恒载+活载下基底剪力Z为1768.38kN,则安全系数K=42410/1768.38=23.984.2,满足空间网格结构技术规程要求。團例1 300E-01 ,35129.31 )确定图6-13恒载+活载组合下最大竖向位移13.9mm（3）屈曲模态向下荷载组合（恒载+活载）下的最小正数整体稳定因子为 36.16，为支撑发生面内屈曲，如图6-14所示；壳体首次发生整体面外屈曲时屈曲因子为57.25,如图6-15所示。图6-11活载满跨全过程分析结果型参与质量系数

10、为99.9%, Z方向累计振型参与质量系数为 99.7%Joint31Joint31團例(2 223E-O3 ” 3689S.55 )确定（2）挠度如图6-13所示，天窗一 （小）在恒载+活载组合下最大竖向位移为13.9mm,为跨度的1/971 （跨度13.5m）,小于空间网格结构技术规程规定的单层网壳容许挠度值1/400。田节点俭移二Joint46Joint46图6-12活载半跨全过程分析结果6.46.4天窗一（小）计算结果（1）振型参与质量系数天窗一（小）计算时考虑了 80个振型，X方向累计振型参与质量系数为99.9%，丫方向累计振重量（kN）单位用钢量（kg/m2）材料149.1342.

11、9Q345B网壳面外，沿短跨方向的构件，其计算长度系数大致取4,其余方向的构件计算长度系数大致取2.5,具体每根构件的计算长度系数因构件的几何长度不同可能有较大差异。网壳面内的计算长 度系数取1.0。周边一圈环梁计算长度大致与柱距一致。柱子主次方向计算长度系数大致取5,支撑主次方向计算长度系数大致取1.0。（5）P-M-M应力比如图6-16所示，所有构件的P-M-M应力比均小于0.95,全部满足要求。ill （ （MlU SOQ./DU.tt1图6-16 P-M-M 应力比（6）用钢量（4）计算长度系数图6-15整体稳定因子为57.25时的屈曲模态注：此表未考虑节点用钢量（7）支座反力图6-1

12、4整体稳定因子为36.16时的屈曲模态表6-3材料用量统计表6-4支座反力（包络值）支座编号F1(kN)F2(kN)F3(kN)M1(kN-m)M2(kN-m)M3(kN-m)Max14.7323.42122.329000102Min-2.14-5.329-85.708000Max7.0934.47789.073000103Min-16.148-7.392-29.418000Max15.155.961116.137000104Min-3.366-10.056-75.095000Max1.15617.30197.625000105Min-1.133-4.365-28.595000Max1.175

13、5.07477.466000110Min-8.779-15.224-19.212000Max9.3085.27277.628000113Min-1.713-15.308-19.06000Max1.7253.985115.461000115Min-16.225-6.347-70.406000Max18.2416.40989.377000119Min-9.281-10.405-29.614000Max4.4548.115111.632000121Min-16.89-13.387-63.957000Max4.36122.22373.435000125Min-10.972-8.742-20.36800

14、0Max10.35121.82274.002000130Min-3.99-8.46-20.031000Max1.4212.738145.021000133Min-1.581-19.172-54.247000139Max79.3023.472E-17171.93000Min-158.323-8.206E-17-85.91000Max69.6311.116E-16153.505000145Min-141.316-1.693E-16-75.433000Max161.9834.471E-17155.622000147Min-80.842-1.929E-17-77.474000Max145.3984.4

15、01E-17139.727000149Min-71.329-4.612E-17-68.357000Max2.024E-1792.69589.221000151Min-1.321E-17-54.68-52.014000（8）考虑初始缺陷和几何非线性的全过程分析缺陷最大计算值为13500/300=45mm,读取最低阶正屈曲模态下各节点位移比值，确定各节点引入的初始缺陷数值并加至各节点坐标中，至此将初始缺陷引入完善模型。在SAP2000中，几何非线性参数选择P-与大位移，即在运算过程中考虑几何非线性的影响。计算结果如图6-17、图6-18所示荷载-位移曲线（取最低阶正屈曲模态下竖向位移最大点的竖 向

16、位移进行监控，基底抗剪 Z等效于施加在结构上的竖向荷载），随着荷载的增大，位移增加，当 结构稳定破坏时，其刚度矩阵出现奇异，计算结果不再收敛，此时荷载-位移曲线几乎平行于横轴，即荷载不再增加而位移无限增大。活载满跨布置时，最大竖向荷载达到 19700kN。因恒载+活载下基底剪力Z为752.91kN，贝U安 全系数K=19700/752.91=26.174.2,满足空间网格结构技术规程要求。活载半跨布置时，最大竖向荷载达到 21040kN。因恒载+活载下基底剪力Z为666.04kN，贝U安 全系数K=21040/666.04=31.594.2,满足空间网格结构技术规程要求。确定图6-19恒载+活

17、载组合下最大竖向位移 7.0mm（3）屈曲模态向下荷载组合（恒载+活载）下的最小正数整体稳定因子为 69.56,为柱子发生沿x方向（跨度 方向）发生整体侧移，如图 6-20所示；柱子发生沿y方向（天窗长边方向）发生整体侧移时屈曲 因子为94.70,如图6-21所示。團例Joint44Joint440.90 0.80 -0 70 0.60 090 -0 40 4.30 g 0.10 0.00*詁慝煤墮W(-5.449E-02,18534.48确定图6-17活载满跨全过程分析结果质量系数为99.9%, Z方向累计振型参与质量系数为 92.7%。（2）挠度如图6-19所示，天窗二在恒载+活载组合下最

18、大竖向位移为 7.0mm，为跨度的1/1157 （跨度 8.1m），小于钢结构设计规范规定的容许挠度值1/400。Joint44Joint44IS團例(2 564E02.6250 006.56.5天窗二计算结果（1）振型参与质量系数天窗二计算时考虑了 30个振型，X方向累计振型参与质量系数为99.9%, Y方向累计振型参与图6-18活载半跨全过程分析结果(4)计算长度系数跨度沿x向的主梁，其主方向计算长度大致取跨长，次方向计算长度取跨度的一半；悬挑构件主次方向计算长度系数大致取 2.5；周边一圈环梁计算长度大致与柱距一致。除天窗两个尖角处的 柱子次方向计算长度系数取5.5以外，其余柱子主次方向计算长度系数大致取4.0。(5)P-M-M应力比如图6-22所示，所有构件的P-M-M应力比均小于0.95,全部满足要求。图6-20整体稳定因子为69.56时的屈曲模态O.DH1O5D 70(6)用钢量图6-22 P-M-M 应力比重量(kN)单位用钢量(kg/m2)材料123.4085.10Q345B表6-5材料用量统计注：此表未考虑节点用钢量(7)支座反力图6-21整体稳定因子为94.70时的屈曲模态表6-6支座反力(包络值)支座编号F1(k