20140404三层技术夹层(裙楼屋顶)天窗结构计算书

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196m2。天窗二平面形状呈纺锤状，表面因结构排水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1-1天窗一(大)模型示意图图1-2天窗一(小)模型示意图图1-3天窗二模型示意图二、设计依据2.1本工程的结构设计基准期为50年。2.2本工程结构设计主要依据下列国家及地方规范、规程进行：《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB50068-2001)《建筑工程抗震设防分类标准》(GB50223-2008)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)《空间网格结构技术规程》(JGJ7-2010)三、建筑分类等级根据《建筑结构可靠度设计统一标准》第1.0.7、1.0.8条的规定，本工程建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为γ0=1.0。四、主要荷载（作用）取值4.1恒载与活载恒载：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：0.5kN/m2。4.2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w0=0.80kN/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μs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μs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μz=1.27；天窗二最高点标高约20m，风压高度变化系数μz=1.23；因为无风洞试验依据，现风振系数暂取βz=1.8。风荷载标准值wk=μsμzβzw0如图4-1、图4-2所示。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）4.3地震作用根据《建筑抗震设防分类标准》，本工程属乙类建筑。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，本工程按设防烈度计算X、Y、Z三向地震作用。场地类别为Ⅱ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。4.4温度作用根据《建筑结构荷载规范》，天窗取温度变化±20℃进行分析。4.5内力组合表4-1内力组合承载力极限状态1.35D+0.98L1.2D+1.4L1.35D+0.98L+0.84W（WX+、WX-、WY+或WY-）1.2D+1.4L+0.84W（WX+、WX-、WY+或WY-）1.2D+0.98L+1.4W（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）1.2D+0.6L+1.3EX(或EY)+0.5EZ1.2D+0.6L+1.3EZ+0.5EX(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-）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注：表中，D：恒载；L：活载；W：风荷载（分X方向正反风WX+、WX-以及Y方向正反风WY+、WY-）；T：温差；E：地震作用（EX、EY为水平两个方向地震，EZ为竖向地震）。五、结构选型及用料5.1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1.5m×2m左右,较大的天窗壳面杆件统一为□300×70×8，周边约束构件为□350×250×12，周边一圈用于设置铝百叶的悬挑构件采用□350～100×100×8，封边构件采用[10，钢柱采用□250×12，支撑采用D152×6；较小的天窗壳面杆件统一为□250×70×6，周边约束构件为□300×250×10，周边一圈用于设置铝百叶的悬挑构件采用□300～100×100×8，封边构件采用[10，钢柱采用□250×10，支撑采用D140×6。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□200×10，两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□300×70×8，周边约束构件为□300×200×10，两边用于设置铝百叶的悬挑构件采用□300～100×100×8，封边构件采用[10。天窗支座设置情况如图5-1、图5-2以及图5-3所示。图5-1天窗一（大）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。图5-2天窗一（小）支座编号在天窗一（小）计算模型中将全部柱底支座以及支撑支座均设置为不动铰支座。图5-2天窗二支座编号在天窗二计算模型中将全部柱底支座以及支撑支座均设置为不动铰支座。5.2材料所有钢材材质均为Q345B。六、结构分析6.1结构分析程序本工程采用美国CSI公司的通用有限元分析与设计软件SAP2000对结构进行恒载、活载、风荷载、地震作用、温度作用的承载力、变形、特征值屈曲分析，同时天窗一还需考虑初始缺陷、满跨及半跨活载、几何非线性的全过程分析。6.2计算内容及计算时考虑的因素a.抗震计算时考虑的振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。b.恒载与活载标准值作用下的最大挠度值需满足《空间网格结构技术规程》以及《钢结构设计规范》的相关要求。当计算挠度较大时，考虑制作时预起拱以抵消，最大预起拱值不得大于恒载产生的节点位移的80%。c.恒载+活载组合作用时的屈曲模态及屈曲因子。d.构件的计算长度系数。本工程计算过程中综合运用反弯点法和欧拉公式确定构件的计算长度。e.构件的P-M-M应力比不超过0.95。f.理论用钢量。g.考虑初始缺陷、满跨及半跨活载、几何非线性的全过程分析（天窗一）。6.3天窗一（大）计算结果（1）振型参与质量系数天窗一（大）计算时考虑了120个振型，X方向累计振型参与质量系数为99%，Y方向累计振型参与质量系数为99%，Z方向累计振型参与质量系数为98%。（2）挠度如图6-1~图6-3所示，天窗一（大）在恒载+活载组合下最大竖向位移为13.8mm，其中恒载下的位移为10.6mm，活载下位移为3.2mm，恒载+活载组合下的挠度为跨度的1/1232（跨度17m），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。图6-1恒载下最大竖向位移10.6mm图6-2活载下最大竖向位移3.2mm图6-3恒载+活载下最大竖向位移13.8mm由于天窗一（大）跨越建筑分缝，需研究风荷载作用下以及地震作用下设置柱底滑动支座一侧的支座位置值。如图6-4~图6-7所示，天窗一（大）在x向风荷载作用下（平行于椭圆短轴方向）滑动支座最大x向位移为8.6mm，y向风荷载作用下（平行于椭圆长轴方向）滑动支座最大y向位移为0.5mm；在x向地震荷载作用下滑动支座最大x向位移为14.8mm，y向地震载作用下滑动支座最大y向位移为0.7mm。图6-4x向风荷载作用下最大x向位移8.6mm图6-5y向风荷载作用下最大y向位移0.5mm图6-6x向地震荷载作用下最大x向位移14.8mm图6-7y向地震荷载作用下最大y向位移0.7mm（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20.95，为支撑发生面外屈曲，如图6-8所示；壳体首次发生整体面外屈曲时屈曲因子为37.46，如图6-9所示。图6-8整体稳定因子为20.95时的屈曲模态图6-9整体稳定因子为37.46时的屈曲模态（4）计算长度系数网壳中的构件在网壳面外，沿短跨方向的构件，其计算长度系数大致取6，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原始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6，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6-10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6-10P-M-M应力比（6）用钢量表6-1材料用量统计重量(kN)单位用钢量(kg/m2)材料375.4065.7Q345B注：此表未考虑节点用钢量。（7）支座反力表6-2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)186Max00140.094000Min00-25.538000193Max00136.252000Min00-25.63000195Max00149.59000Min00-38.485000198Max42.957275.404103.586000Min-15.457-278.28-40.208000200Max15.461276.40299.47000Min-42.469-277.281-40.208000204Max76.54534.462198.987000Min-49.356-15.09-84.051000210Max49.08634.237198.632000Min-76.815-15.09-84.051000213Max10.017128.852240.036000Min-11.682-91.427-96.602000214Max11.42128.541239.703000Min-10.279-91.737-96.602000221Max00150.372000Min00-38.398000223Max9.129125.925250.908000Min-9.459-98.852-96.346000226Max00183.544000Min00-47.084000236Max51.413111.255150.391000Min-87.058-85.306-58.709000239Max00159.635000Min00-34.309000241Max00163.425000Min00-34.33000242Max86.857111.315150.65000Min-51.613-85.247-58.709000295Max92.4072.082E-16229.091000Min-238.611-9.429E-17-88.557000297Max238.3021.97E-16228.796000Min-92.39-1.487E-16-88.54000300Max5.282E-1799.866141.447000Min-2.604E-17-147.156-95.283000303Max1.447E-1799.495141.803000Min-4.958E-17-147.527-94.927000306Max2.902E-1791.647174.719000Min-2.947E-17-181.875-87.828000309Max86.074.931E-17150.343000Min-156.439-6.752E-18-82.484000312Max51.2088.596E-17146.