世博轴旋转楼梯结构图及PPT计算书（53页）_dwg

1、世博轴阳光谷旋转楼梯汇报 2008.10.30建筑方案1 设计依据2节点设计 4 结构计算 3目录15节点计算 一、建筑方案世博轴阳光谷旋转楼梯的建筑构想是一个通透性好、与周围环境协调一致的现代化楼梯。该楼梯环绕阳光谷螺旋而上，是-6.0m、-0.5m与4.5m层的重要连接通道。楼梯水平投影为一椭圆，长轴26.1m，短轴19.4m。中间设约13m长的休息平台。楼梯外侧与楼板之间每隔约5m设钢拉杆。楼梯从-6.000m标高底板绕阳光谷螺旋式上升至+3.600m（+4.500m）标高楼板。整个楼梯不设柱，除端支座外，楼梯大部分重量由拉杆传至楼板圈梁。效果图建筑方案-6.0m平面图建筑方案-0.5m

2、平面图建筑方案4.5m平面图建筑方案10.0m平面图建筑方案设计依据的规范、规程： 建筑结构荷载规范 （GB 5009-2001） 混凝土结构设计规范 （GB 50010-2002） 钢结构设计规范 （GB 50017-2003） 城市人行天桥与人行地道技术规范 （CJJ 69-1995） 建筑抗震设计规范 （GB 50011-2001） 上海市工程建设规范建筑抗震设计规程（DGJ 08-9-2003） 二、设计依据设计原则与标准 设计依据基本结构型式与体系 钢结构，箱型截面 两端支承在钢筋混凝土结构上 坡道离心侧设置钢拉杆变形控制标准 挠度值：400/L 坡道内外侧的横向坡度: 3Hz设计计

3、算与应力分析 通过建立有限元整体模型进行计算 荷载：自重、人群、温度及地震力等作用 抗震标准 乙类建筑，抗震设防烈度七度，场地土特征周期为0.9s， 设计基本地震加速度0.1g，水平地震影响系数最大值为0.08 三、结构计算 -采用通用有限元计算程序基本假定 坐标系 竖直向上为Z轴正向， 楼梯平面椭圆长轴方向为X轴， 短轴方向为Y轴。两端支座约束 始端支座：固定 终端支座: 仅释放横桥向转动约束自振频率 有限元模态分析 考虑楼梯自重人群活载分布 活载全布于楼梯内半宽（靠近阳光谷侧） 活载分布于楼梯外半宽（拉杆侧） 活载平均分布于楼梯全宽 两种方法建模计算 梁单元 壳单元有限元模型壳单元建模有限

4、元模型梁单元建模结构计算方案一 中间平台设置三个三向刚性撑杆支座 方案二 中间平台设置三个YZ双向刚性撑杆支座， 在沿坡道方向（顺桥向）设置可以沿X向变形的橡胶支座，以减小由温差产生的支座反力 支座X向反力较大结构自振频率较小(3.0Hz)相互矛盾温度变化非抗震工况组合，有 第一种工况：1.2G+1.4Q1+1.4QT；（Q1取为5kN/m2） 第二种工况：1.2G+1.4Q1-1.4QT； 第三种工况：1.2G+1.4Q1； 第四种工况：1.2G+1.4Q1n+1.4QT；（Q1n取为8kN/m2） 第五种工况：1.2G+1.4Q1n-1.4QT； 第六种工况：1.2G+1.4Q1w+1.4

5、QT；（Q1w取为8kN/m2） 第七种工况：1.2G+1.4Q1w-1.4QT； 第八种工况：1.0G+1.0Q1n-1.0QT（位移计算）抗震工况组合，有(抗震组合考虑Q=1kN/m的活荷载) 第九种工况：1.2G+1.3Ex+0.5Ez+0.98Q 第十种工况：1.2G+1.3Ey+0.5Ez+0.98Q 第十一种工况：1.2G-1.3Ex+0.5Ez+0.98Q 第十二种工况：1.2G-1.3Ey+0.5Ez+0.98Q 第十三种工况：1.2G+1.3Ex-0.5Ez+0.98Q 第十四种工况：1.2G+1.3Ey-0.5Ez+0.98Q 第十五种工况：1.2G-1.3Ex-0.5Ez

6、+0.98Q 第十六种工况：1.2G-1.3Ey-0.5Ez+0.98Q 荷载工况非抗震工况中的升温工况，第12根拉杆轴力为压力，在1.2G+1.4Q1n+1.4QT工况该拉杆压力最大，达-263.4kN降温工况与不考虑温度变化工况时，所有拉杆基本均为拉力，1.2G+1.4Q1+1.4QT工况下第10根拉杆轴力最大，为273.8kN。抗震工况中，第12根拉杆轴力为压力，在工况9下该拉杆压力最大，达到-265.7kN。工况9下第10根拉杆轴力最大，为277.2kN。根据标准荷载组合工况下的竖向位移分布图，同一横截面内外两侧的相对位移为：41.3mm。容许相对位移值为：b*2%=3000*2%=6

7、0mm，满足横向坡度不得大于2%的要求。结构计算静力计算结果 -拉杆轴力与坡道位移结构计算静力计算结果 -坡道应力(1.2G+1.4Q1n-1.4QT )单位：Pa结构计算静力计算结果 -支座反力方案一Fx/kNFy/kNFz/kNMx/kN*mMy/kN*mMz/kN*m始端支座272-141355851950350终端支座-31521220510101840 平台三个支座3550-67718-3751160-213-3010-953429方案二Fx/kNFy/kNFz/kN平台三个支座27.9322.9711.519.8-138.9-122.813.0-110.8375.5自振性能分析 方

8、案一方案二阶数自振频率/Hz自振振型 自振频率/Hz自振振型 15.41 横向弯曲+扭转 3.30X向平动25.58上半圈竖向弯曲 6.58上半圈横向弯曲36.76扭转 7.17扭转48.07扭转 8.93横向弯曲58.64竖向弯曲+扭转 11.97竖向弯曲+扭转69.3513.8079.9715.25810.3415.79910.7618.171011.0319.04结构计算第一振型方案一第二振型方案一第三振型方案一第一振型方案二第二振型方案二第三振型方案二四、结构节点设计楼梯洞边结构布置平台处锚固点始端支座终端支座-6.5m结构平面洞边结构布置-0.58m结构平面洞边结构布置3.524.4

9、2m平面洞边结构布置平台支座（方案一）结构节点设计平台支座 (方案二)结构节点设计X 方向橡胶支座材料性能始端节点设计结构节点设计起坡处立面起坡处平面结构节点设计终端支座设计结构节点设计钢筋混凝土梁结构节点设计小结 世博轴阳光谷旋转楼梯建筑造型新颖复杂，使结构设计面临相当大的困难。通过计算和分析，结论如下：拉杆出现轴压力，仅是由升温工况导致，与活荷载分布情况无关。升降温工况会对支座反力，尤其X向（顺桥向）产生较大影响。0.5m平台处支座 方案一采用三向刚性撑杆时，支座X反力值大，达到3550kN. 撑杆支座的设计施工难度大。结构自振频率5.41Hz； 方案二采用两向撑杆，X向采用LRB 400

10、型橡胶支座时，X向反力减小，但结构自振频率降低为3.30Hz。楼梯终端支座设计为约束平动与扭转自由度的铰支座，坡道整体结构本身满足要求，但是端支座的支座反力较大，将会对支撑终端支座的混凝土悬臂梁的设计与施工造成很大难度。地震作用工况不起控制作用，各荷载组合下内力和变形都在允许范围内。各种荷载组合下的应力相差不大。除去应力集中点，楼梯mises应力普遍在100MPa150MPa，但是应谨慎做好接头处的设计与施工，尽量避免应力集中。计算用钢量约为350吨。 谢 谢 ！基本结构型式与体系坡道平面基本结构型式与体系坡道剖面钢箱梁标准断面基本结构型式与体系拉杆处箱梁断面基本结构型式与体系下部支座节点验算

11、 荷载示意图及计算简图节点板强度计算1、剪切面承载力验算：节点板采用Q345B钢材进行计算节点板厚度25MM，抗压、抗弯、抗拉设计值为， 抗剪设计值为 ，局部抗压设计值为2、剪切承载力计算： 因此剪切承载力满足强度要求。3、抗拉承载力计算： 因此抗拉承载力满足强度要求。4、局部抗压承载力计算： 因此局部抗压承载力满足强度要求。5、焊缝连接计算：对于25mm厚度的节点板与加劲板之间的连接采用全熔透的对接坡口焊缝连接，对于节点板厚度25mm的坡口焊缝，抗压、抗弯、抗拉设计值为，抗剪设计值为 焊缝计简图坡口焊计算过程一（1）最大正应力位置的强度计算最大正应力为：最大正应力附近的剪应力为：拉应力为：故折算应力为 计算过程二（2）最大剪应力位置的强度计算最大剪应力为：最大剪应力位置的正应力为：0拉应力为：故折算应力为故焊缝满足强度要求。平台支座验算 计算简图计算过程三1、剪切面承载力验算：节点板采用Q345B钢材进行计算节点板厚度60MM，抗压、抗弯、抗拉设计值为 ，抗剪设计值为 ，局部抗压设计值为2、剪切承载力计算：因此剪切承载力满足强度要求。3、抗拉承载力计算：因此抗拉承载力满足强度要求。4、局部抗压承载力计算：因此局部抗压承载力满足强度要求。5、焊缝连接计算：角焊缝对