深圳光华幕墙沈阳华润二期雨篷项目结构计算书钢结构部分2012年06月目录目录 (2)1、工程概述： (4)2、玻璃雨篷的结构的材料特性： (5)2.1玻璃： (5)2.2钢结构： (5)3、荷载计算: (6)3.1重力荷载： (6)3.2风荷载： (6)3.3地震作用： (8)3.4雪荷载标准值计算 (10)3.4 温度作用: (11)3.5拉索反力: (11)4、结构体系的力学分析: (12)5、结构体系的有限元计算分析（FEA）: (12)5.1总体说明 (12)5.1.1分析软件 (12)5.1.2几何模型 (12)5.1.3有限元模型及其荷载约束示意图 (12)5.1.4单元选用 (15)5.1.5模型坐标系 (16)5.1.6 截面 (16)5.1.7荷载组合 (16)5.1.8荷载组合 (17)6、玻璃雨篷钢结构结构体系计算分析结果 (18)6.1 正常使用极限状态空间变形包络结果 (18)6.2 承载力极限状态空间应力包络结果 (22)6.4玻璃结构体系整体稳定性屈曲分析结果 (22)6.5玻璃结构体系稳定性几何非线性的屈曲分析结果： (24)7、计算结果分析 (26)7.1变形计算分析结果的规范校核： (26)7.2强度计算分析结构的规范校核： (26)7.3稳定性校核： (26)雨篷结构体系的结构分析计算1、工程概述：华润中心二期雨篷采用钢结构方案，结构布置与尺寸见图纸。
立面荷载传递路径如下：面板玻璃通过结构胶传带肋的梁柱，带肋的梁柱通过埋件把荷载传给主体混凝土结构。
受力体系为：1）立面玻璃面板水平（风+地震）荷载通过结构胶传递到带肋柱上。
2）立面玻璃面板的自重荷载由通过面板玻璃底部的连接直接传递到预埋件上。
玻璃结构计算的示意图如下：2、玻璃雨篷的结构的材料特性：2.1玻璃：（a）密度： 2560Kg/m3（b）弹性模量： 72000Mpa（c）泊松比： 0.20（d）热膨胀系数： 1.0e-5（e）强度设计值：见本文档附表1 表1：玻璃强度设计值2.2钢结构：（f）密度： 7850Kg/m3（g）弹性模量： 206000Mpa（h）泊松比： 0.30（i）热膨胀系数： 1.2e-5（j）强度设计值：见本文档附表1 表1：玻璃强度设计值3、荷载计算:3.1重力荷载：玻璃面板的自重依下式计算：玻璃重力=玻璃重力密度×厚度Q屋顶玻璃自重=25.6×40=1024 N/m2Q立面玻璃自重=25.6×19×2=972.8 N/m23.2风荷载：风荷载标准值的计算方法幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算：w k=βgzμzμs1w0……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] 上式中：w k：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)；Z：计算点标高：10m；βgz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)：βgz=K(1+2μf)其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数A类场地：βgz=0.92×(1+2μf) 其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12 B类场地：βgz=0.89×(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)-0.16C类场地：βgz=0.85×(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)-0.22D类场地：βgz=0.80×(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3对于C类地形，10m高度处瞬时风压的阵风系数：βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))μz：风压高度变化系数；根据不同场地类型,按以下公式计算：A类场地：μz=1.379×(Z/10)0.24当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；B类场地：μz=(Z/10)0.32当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m；C类场地：μz=0.616×(Z/10)0.44当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m；D类场地：μz=0.318×(Z/10)0.60当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于C类地形，10m高度处风压高度变化系数：μz=0.616×(Z/10)0.44μs1：局部风压体型系数；按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μs1：立面幕墙与屋顶幕墙均偏于安全的取1.3。
w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，但按重现期50年，沈阳地区取0.55KPa；w k=βgzμzμs1w0经过计算，风荷载小于1，偏于安全的取为1KPa。
3.3地震作用：地震设防烈度为7度。
有两个中国规范涉及地震作用，在结构分析时选择两者的最不利情况。
3.3.1 按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003计算：水平地震作用I(|←):垂直与玻璃幕墙平面的分布水平地震作用按照下式计算：qE=βE×αmax×G／A式中:qE 为垂直与玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (单位: KN／m2) βE 为动力放大系数αmax 为水平地震影响系数的最大值G 为玻璃幕墙构件的重量 (包括玻璃和扣件) (单位: KN)A 为玻璃幕墙构件的面积 (单位: m2)水平地震作用 II(|↑):平行与玻璃幕墙平面的集中水平地震作用按照下式计算：q EAk=βEαmax G k/A ……5.3.4[JGJ102-2003]q EAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)；βE：动力放大系数,取5.0；αmax：水平地震影响系数最大值，取0.08；G k：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；A：幕墙构件的面积(mm2)式中:q E为垂直与玻璃幕墙平面的分布水平地震作用 (单位: KN／m2) βE为动力放大系数αmax为水平地震影响系数的最大值G 为玻璃幕墙构件的重量 (包括玻璃和铝框) (单位: KN)A 为玻璃幕墙构件的面积 (单位: m2)3.3.2 按《建筑抗震设计规范》GB50011计算：使用底部剪力法进行计算，水平地震作用计算:Fek=α1×Geq式中:Fek 为水平地震作用的标准值α1为相应与结构基本自振周期的水平地震影响系数值Geq 结构的等效重力荷载(单位: KN)水平地震影响系数α1:系数由附表2决定，表6摘自GB50011-2001第28页:表2 水平地震影响系数最大值说明: 括号中的数值分别应用于设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的地区结构等效总重力荷载Geq:根据GB50011-2001 5.1.3节的规定, 等效重力荷载Geq 等于1.0×重力3.4雪荷载标准值计算Sk：作用在采光顶上的雪荷载标准值(MPa)S0：基本雪压，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001取值，按照规范，取50年一遇即可，考虑到重要性，此雨篷偏于安全的取100年一遇。
沈阳地区100年一遇最大积雪的自重： 550KPa。
μr：屋面积雪分布系数，按表6.2.1[GB50009-2001]，为1.0。
根据<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷载标准值为：Sk=μr×S0=1×550=550KPa雪荷载设计值计算S：雪荷载设计值(MPa)；S=1.4×Sk=1.4×550=800MPa3.4 温度作用:温度荷载考虑 + 、-40℃的温度变化。
3.5拉索反力:考虑到拉索靠近雨篷的根部，对雨篷的整体影响比较小，所以偏于安全的取拉索最大的支反力来计算，没有实际考虑拉索幕墙与雨篷做实际的工况组合。
支座反力如下：支点反力值（单位：牛顿）（-35℃时）4、结构体系的力学分析:屋顶幕墙玻璃上的荷载通过爪件转化为集中荷载作用在钢结构上，立面的幕墙玻璃上的荷载通过支撑肋转化为均布荷载作用在钢结构上，钢结构的荷载传给主体结构的混凝土柱与首层地面基础。
5、结构体系的有限元计算分析（FEA）:5.1总体说明本次计算采用空间有限元静力大变形分析。
5.1.1分析软件本次计算采用大型有限元计算软件ANSYS10.0进行数值分析。
作为世界上最著名的通用有限元分析软件, ANSYS 在结构分析上也具有很多优秀的性能，尤其在结构线性&非线性、静力&动力分析、稳定性和模态分析等领域。
本文应用了其中四种单元类型:Beam189, Shell181，Mass21。
5.1.2几何模型几何模型从1比1建模的AUTOCAD图形文件中导入。
5.1.3有限元模型及其荷载约束示意图采用与实际1比1模型，此次计算选取跨为一个层间。
长度单位为米，力的单位为牛顿，应力单位为帕斯卡，弯矩单位为牛.米,见下图：结构模型正视图结构模型侧视图结构模型俯视图结构模型三维视图5.1.4单元选用BEAM189使用BEAM189 -- 3-D 高阶有限应变梁单元模拟方钢管。
单元描述:BEAM189 可以模拟薄壁、短梁, 该梁单元建立于Timoshenko 梁理论. 包含剪切变形影响.BEAM189 为三维、高阶(3-节点) 梁单元. BEAM189 每个节点有6或者7个自由度, 自由度数目由KEYOPT(1)取值决定. 当KEYOPT(1) = 0 (默认值), 每个节点有六个自由度. 包括x, y, z 方向平动和 x, y, z 轴转动.当 KEYOPT(1) = 1, 时第7自由度 (薄壁翘曲) 也不计入.该单元非常适合进行线性, 大旋转, 大应变非线性分析.BEAM189 包含应力刚化选项, 默认当NLGEOM,ON. 选项打开时程序开启应力刚化使单元可以进行弯曲,侧面剪切,和扭转问题分析(使用特征值分析或者应用弧长法进行后屈曲分析).5.1.5模型坐标系计算模型位于空间圆柱坐标系：X轴--------为水平方向。
Y轴--------为水平方向。
Z轴--------为竖直方向，正方向与自重方向相反。
5.1.6 截面5.1.7荷载组合荷载计算原则见本计算书第三章本次计算定义了以下基本工况（标准值）：说明：结构安装初始缺陷采用一致缺陷模态法，采用第一阶屈曲模态曲线，其最大值按照L/300取值。