雨林館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

威海呼雷湯國(guó)際溫泉健康中心熱帶雨林館鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算書審定人：專業(yè)負(fù)責(zé)人：計(jì)算人：審核人：北京五合國(guó)際工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司2016-01-02目錄1 工程概況 12 結(jié)構(gòu)體系 13 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù) 23.1 介紹 23.2 規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn) 23.3 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 23.4 材料 33.4.1 結(jié)構(gòu)混凝土特性： 33.4.2 鋼材特性： 33.5 結(jié)構(gòu)位移和變形標(biāo)準(zhǔn) 53.5.1 結(jié)構(gòu)性能標(biāo)準(zhǔn)： 53.5.2 撓度變形標(biāo)準(zhǔn) 53.6 設(shè)計(jì)荷載 63.6.1 恒荷載 63.6.2 風(fēng)荷載 63.6.3 地震荷載 63.6.4 雪荷載與活荷載 63.6.5 溫度荷載 63.7 荷載組合 73.7.1 承載力設(shè)計(jì)組合 73.7.2 使用狀態(tài)設(shè)計(jì)組合 74 彈性分析 84.1 彈性分析假定 85 屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 95.1 正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì) 95.2 承載力設(shè)計(jì) 105.2.1 屋面桁架ZHJ1 105.2.2 屋面桁架ZHJ2 115.2.3 屋面桁架CHJ1 125.2.4 屋面桁架CHJ2和CHJ3 125.2.5 屋面桁架CHJ4 135.2.6 穹頂桁架 135.3 支座反力 145.3.1 支座編號(hào) 145.3.2 支座反力 146 附錄構(gòu)件應(yīng)力比 24工程概況本項(xiàng)目位于山東威海，熱帶館為呼雷湯國(guó)際溫泉健康中心的組成部分。本項(xiàng)目其屋蓋為鋼結(jié)構(gòu)體系，其造型充分考慮中國(guó)傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合、建筑單體與周邊環(huán)境相結(jié)合，達(dá)到整體與局部的良好協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)體系整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)為輕質(zhì)屋面鋼結(jié)構(gòu)，鋼桁架體系。屋頂采用正交的空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)，并利用井字型桁架的空間設(shè)置中部穹頂。圖2.1屋頂結(jié)構(gòu)平面圖圖2.2剖面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)介紹下列準(zhǔn)則均根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)標(biāo)。荷載準(zhǔn)則，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和材料性能均根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)標(biāo)。規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)下列建筑規(guī)范,標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程將用于結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)：1．《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）;2．《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）；3．《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB0017-2003）；4．《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB0010-2010）；5．《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2008）；6．《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2015）；7．甲方提供的設(shè)計(jì)委托書、建筑和有關(guān)專業(yè)提供的作業(yè)圖?；驹O(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)的使用年限50年，重要性系數(shù)1.0，建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1g，場(chǎng)地特征周期0.35S。表3.1 一般建筑參數(shù)設(shè)計(jì)地震分組第組地震設(shè)防烈度70.1gII地震影響系數(shù)最大值0.08特征周期0.35秒0.035地面粗糙度B基本風(fēng)壓0.65kN/m2基本雪壓0.45kN/m2材料本章節(jié)概括了本工程設(shè)計(jì)所采用的標(biāo)準(zhǔn)材料特性。結(jié)構(gòu)混凝土特性：表3.2 結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件28天立方體強(qiáng)度（MPa）GB50010-2002基礎(chǔ)C3030其他混凝土填充/襯墊/邊緣處理等C3030素混凝土墊層C1515結(jié)構(gòu)混凝土材料特性見(jiàn)下表，所有混凝土都應(yīng)當(dāng)包含一種認(rèn)可的減水/增塑添加劑。砼容重定義與中國(guó)規(guī)范相符。另外，混凝土在永久暴露氣候條件下，或者車輛區(qū)域內(nèi)應(yīng)當(dāng)包含認(rèn)可的加氣添加劑。圖3.1結(jié)構(gòu)混凝土特性鋼材特性：結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)符合GB50017-2003的要求。表3.3 鋼材特性彈性模量E(N/mm2)抗剪模量G(N/mm2)熱膨脹系數(shù)α（peroC）密度ρ（kg/m3）206×10379×10312×10-67850表3.4 鋼材特性鋼抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度f(wàn)(N/mm2)抗剪強(qiáng)度f(wàn)v(N/mm2)端面承壓fce(N/mm2)等級(jí)厚度或直徑（mm）Q235≤16215125325＞16-40205120＞40-60200115＞60-100190110Q345≤16310180400＞16-35295170＞35-50265155＞50-100250145Q390≤16350205415＞16-35335190＞35-50315180＞50-100295170Q420≤16380220440＞16-35360210＞35-50340195＞50-100325185圖3.2鋼材特性結(jié)構(gòu)位移和變形標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)性能標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)極限值鋼筋混凝土柱軸壓比0.9max（最大值）裂縫寬度（室內(nèi)）0.3mmmax（最大值）裂縫寬度（室外）0.2mmmax（最大值）鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力比0.85（最大值）撓度變形標(biāo)準(zhǔn)撓度變形標(biāo)準(zhǔn)要求按照中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)；允許的總荷載引起的長(zhǎng)期變形：鋼結(jié)構(gòu)：（依據(jù)GB50017-2003）桁架(總荷載)：有效跨度/400桁架(活載)：有效跨度/500重力梁(總荷載)：有效跨度/250重力梁(活載)：有效跨度/300檁條：有效跨度/200設(shè)計(jì)荷載恒荷載鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)自重由程序自行計(jì)算。屋面以及吊掛屋面以及吊掛，玻璃屋蓋取1.3kN/m2，鋁板屋蓋取1.0kN/m2。本計(jì)算模型建立虛面，進(jìn)行荷載導(dǎo)荷，面單元的劃分點(diǎn)落在桁架的節(jié)點(diǎn)上。風(fēng)荷載根據(jù)《建筑荷載規(guī)范》（GB50009-2001）的規(guī)定,作用在主要承重結(jié)構(gòu)是風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值為：風(fēng)壓：。項(xiàng)目場(chǎng)地類別為B類?；撅L(fēng)壓按照50年一遇的風(fēng)壓采用，ω0=0.65。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB5009-2012，得出建筑物風(fēng)壓體系數(shù)。圖5.3體型及體系系數(shù)示意圖地震荷載根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）：1、威海市防地震烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g2、該工程場(chǎng)地的場(chǎng)地類別為II類。3、多遇地震的特征周期為0.35s，結(jié)構(gòu)的阻尼比為0.035，αmax=0.08。地震影響系數(shù)曲線的阻尼調(diào)整系數(shù)和形狀參數(shù)分別為，，and。雪荷載與活荷載雪荷載：0.45kN/㎡（50年），活荷載0.50kN/㎡。組合計(jì)算時(shí)，取兩者較大值0.50kN/㎡作為活荷載溫度荷載考慮施工情況，正負(fù)30度溫差。荷載組合承載力設(shè)計(jì)組合LC1：1.35*重力荷載+1.4*0.7*活荷載LC2：1.2*重力荷載+1.4*活荷載LC3：1.2*重力荷載+1.4*風(fēng)荷載（X方向）LC4：1.2*重力荷載+1.4*風(fēng)荷載（Y方向）LC5：1.2*重力荷載+1.3*水平地震（X方向）LC6：1.2*重力荷載+1.3*水平地震（Y方向）LC7：1.2*重力荷載+1.3*水平地震（Z方向）LC8：1.2*重力荷載+1.4*升溫度30LC9：1.2*重力荷載+1.4*降溫度30LC10：1.2*重力荷載+1.4*活荷載+0.6*1.4*升溫度30LC11：1.2*重力荷載+1.4*活荷載+0.6*1.4*降溫度30LC12：1.2*重力荷載+1.4*風(fēng)荷載+0.6*1.4*升溫度30LC13：1.2*重力荷載+1.4*風(fēng)荷載+0.6*1.4*降溫度30LC14：1.2*重力荷載+1.4*活荷載+0.6*1.4*風(fēng)荷載（X方向）LC15：1.2*重力荷載+1.4*活荷載+0.6*1.4*風(fēng)荷載（Y方向）等使用狀態(tài)設(shè)計(jì)組合DS1：1.0*重力荷載DS2：1.0*重力荷載+1.0*活荷載DS3：1.0*重力荷載+1.0*風(fēng)荷載（X方向，壓和吸）DS4：1.0*重力荷載+1.0*風(fēng)荷載（Y方向，壓和吸）DS5：1.0*重力荷載+1.0*水平地震（X）DS6：1.0*重力荷載+1.0*水平地震（Y）DS7：1.0*重力荷載+1.0*水平地震（Z）DS8：1.0*重力荷載+1.0*升溫度30DS9：1.0*重力荷載+1.0*降溫度30DS10：1.0*重力荷載+1.0*活荷載+1.0*升溫度30DS11：1.0*重力荷載+1.0*活荷載+1.0*降溫度30彈性分析彈性分析假定計(jì)算軟件采用SAP2000。計(jì)算機(jī)分析模型采用空間桿系模擬梁柱單元，考慮桿單元的剪切變形、軸向變形、彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形。模型中結(jié)構(gòu)構(gòu)件的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)圖相符，材料性質(zhì)是根據(jù)中國(guó)規(guī)范，以“膜單元”模擬屋面，以“梁-柱單元”模擬桁架桿件。由于鋼結(jié)構(gòu)溫度的影響很大，本項(xiàng)目對(duì)溫度應(yīng)力采取“放”的思路，周邊桁架的支座采用滑動(dòng)支座，減少溫度應(yīng)力的影響。圖4.1支座約束條件圖4.2面荷載施加圖4.3穹頂面荷載施加屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)圖5.1正常使用荷載包絡(luò)組合作用下屋蓋豎向位移屋面桁架在各工況下的豎向位移如下表：表5.1屋面桁架豎向位移表項(xiàng)目恒載

(mm)活載

(mm)風(fēng)荷載

(mm)地震荷載

(mm)正常使用包絡(luò)組合

(mm)屋面桁架-71.7-23.714.32.9-95.4頂部主桁架豎向最大位移Δmax=95.4mm，滿足Δmax<38800/400=97.0mm?；詈奢d作用下豎向最大位移Δmax=23.7mm,滿足Δax<38800/500=14.4mm。承載力設(shè)計(jì)圖5.2整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力比屋面桁架ZHJ1ZHJ1上弦桿SX1的截面為圓管Φ351x16，下弦桿為Φ500x16構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)果如下，構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.81，構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。圖5.3ZHJ1構(gòu)件應(yīng)力比圖屋面桁架ZHJ2ZHJ1上弦桿SX1的截面為圓管Φ245X12，下弦桿為Φ351x16構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)果如下，構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.564，構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。圖5.4ZHJ2構(gòu)件應(yīng)力比圖屋面桁架CHJ1ZHJ1上弦桿SX1的截面為圓管Φ219X16，下弦桿為Φ219x16構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)果如下，構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.829，構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。圖5.5CHJ1構(gòu)件應(yīng)力比圖屋面桁架CHJ2和CHJ3ZHJ1上弦桿SX1的截面為圓管Φ159X8，下弦桿為Φ159x8構(gòu)件驗(yàn)算結(jié)果如下，構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.722，構(gòu)件強(qiáng)度及穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。圖5.