钢结构施工验算（鲁班奖）

深圳大学西丽校区建设工程(一期)n标段钢结构施工验算

1、计算依据

1.1主要计算依据

1)有关技术资料

深圳大学西丽校区建设工程(一期)n标段相关设计图纸和资料。

2)我国现行有关规范、规程

《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)；

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)；

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)；

《钢结构设计手册》(第三版)；

《建筑结构静力计算手册》(第二版)；

1.2设计用软件

设计用程序为商用软件：SAP2000(14.2.4)

MorGain结构快速设计程序(V2015.02)

2、荷载信息

2.1恒荷载

恒载为计算结构自重，由程序自动计算。

2.2活荷载

对支撑胎架进行设计时，活载为该胎架在施工过程中承担的主结构重量；计算楼板、

分配钢梁及混凝土梁在吊机行走或打脚工况下承载力时，活载为吊机轮压。

2.3风荷载

采用该地区50年一遇的基本风压0.75kN/m2,地面粗糙度为A类，对支撑胎架进行

设计时风阵系数取1.5,风压高度变化系数及结构各处的体形系数按照荷载规范选取。

3、荷载组合

1)1.2恒载+1.4活载

2)1.35恒载+0.98活载

3)1.2恒载+1.40活载+0.84风载

4)1.2恒载+1.40风载+0.98活载

5)1.0恒载+1.0活

6)0.9恒载+1.4风

4、验算内容

1)2种形式的支撑胎架施工验算；

2)典型吊装单元吊装施工验算；

3)支撑胎架卸载验算；

4)桁架吊装过程施工稳定性验算；

5)70t汽车吊行走施工验算；

6)体育馆混凝土梁承载力施工验算；

5、相关计算内容及计算结果

5.1支撑胎架的设计验算

为安全起见，对支撑胎架的设计均采用将最大的荷载作用于高度最高的一个胎架上

这一原则进行。会议中心支撑胎架平面布置、立面形式如下

图1会议中心平面布置图

图2会议中心胎架立面布置图

图3会议中心胎架平面布置图

图5会议中心支撑胎架模型受力图

会议中心支撑胎架编号对应位置施工荷载

位置编号1234567

施工荷载（标准值t）16.127.738.852.338.627.116.0

备注：考虑节点重量，该施工荷载为模型的L2倍。

图6体育馆支撑胎架模型受力图

体育馆支撑胎架编号对应位置施工荷载

位置编号8910111213

施工荷载（标准值t）6.410.314.114.615.012.8

5.1.1支撑胎架形式设计验算

会议中心支撑胎架平面尺寸1.4mX1.3m,设计高度H=10m,承担的主结构重量取

53t（标准值）；该胎架主要采用3连片321型号贝雷架，主要由321贝雷片、900花架和

450花架等组成，顶部分配梁采用H400X200X8X13,传力梁采用H400X400X13X21,

杆件材质均为Q235B。

体育馆支撑胎架平面尺寸.L4mX1.3m,设计高度H=20m,承担的主结构重量取15t（标

准值）；该胎架主要采用3连片321型号贝雷架，主要由321贝雷片、900花架和450花

架等组成，顶部分配梁采用H400X200X8X13,传力梁采用H400X200X8X13,杆件

材质均为Q235B。

计算模型（按H=20m计算）及结果如下列图所示。

会议中心计算模型

3s9

R

-

0

c

s

®c

-修

0sl6lo

.8

BS

.

4S.

90

S6

F6

n9

S9

o..

478

Ttn

69

0.

S

bQ

.

0

3

.

D

0

's

la•

守

IJ.;

0g

z

会议中心主肢应力比（最大值：0.78）

会议中心缀条应力比（最大值：0.12）

Q仔

会议中心传力梁及分配梁应力比（最大值0.734）

PtObj408

PtElm408

UI=-.000000000006454

U2--9.4303

U3--5.1374

R1-.0004

R2--1.032E-15

R3-3.204E-15

会议中心1。恒载+1.0活载工况下支撑胎架顶部变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：会议中心支撑胎架（按20m计算，偏保守）结构构件

的最大应力比为0.728<1,最大剪力比为0.774<1,且支撑胎架顶部变形较小，可以

满足施工要求。

体育馆计算模型

以

J「5

s一

n

GZ

盥R

尸®I5

一

！SB

9z

4台n

Gz

5尸

尸e

一

兴6

s1lo

0到9g

mlal-

..lba

.IDg.

W-6

同c

9z1gl

rp5W

0e0

®l3l;・p

li星a

5®4m

^0A.l.

5C08

®l-g

llw烹

ft2l®24T-

——7Bg

苦

L?L

Is房

s

lag3.

0洪

甲

、

i_n,

J

B

?,£必SF

7A64

0

7.

38

体育馆主肢应力比（最大值：0.78）

体育馆缀条应力比（最大值：0.10）

体育馆传力梁及分配梁应力比（最大值0.398）

体育馆1.0恒载+1.0活载工况下支撑胎架顶部变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：体育馆支撑胎架结构构件的最大应力比为0.728<1,

最大剪力比为0176<1,且支撑胎架顶部变形较小，可以满足施工要求。

5.2吊装单元验算

这里选取几种具有代表性的吊装单元进行计算，吊装单元的选择位置见下图

图7

［纵向主桁架吊装示意图

三

卬吊装单元母计算器由

左侧纵向主桁架吊装示意图

/

/

/

二

吊装单元］

［计算模型

吊装单元杆件应力比（最大值：0.05）

RObj:12

PtElm:12

UI=-3386E-15

U2-0

U3--.0615

RI=0

R2--1468E-16

R3-0

D工况下杆件变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：吊装单元1在吊装过程中结构杆件最大应力比为

0.05<1,杆件变形较小，可以满足施工要求。

5.2.2吊装单元2相关计算结果

吊装单元2计算模型

吊装单元2实体模型

吊装单元杆件应力比（最大值：0.15）

PtObj:12

Pt日m:12

U1=-138

U2-0

U3--.8526

R1=0

R2-.00315

R3-0

D工况下杆件变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：吊装单元2在吊装过程中结构杆件最大应力比为

0.15<1,杆件变形较小，可以满足施工要求。

5.3支撑胎架卸载过程分析

支撑结构卸载过程对主结构而言是加载的过程，随着支撑结构的卸载，主结构的跨

度增加，受力也逐渐增大，当支撑结构完全卸载后，结构便处于最不利状态，因此需对

该工况进行验算。支撑结构的卸载值即为其拆除后相应位置的竖向位移值.展厅悬挑结构

是在展厅内部结构完毕后进行，相关计算模型及结果如下：

5.3.1会议中心悬挑结构卸载分析

支撑胎架卸载前悬挑结构杆件应力比（最大值：0.143）

0000500.70090

支撑胎架卸载后悬挑结构杆件应力比（最大值：0.2）

经计算各位置支撑卸载值如下表所示（单位：mm）：

位置编号1234567

卸载总量3335333

考虑卸载总量比较小,采用不分级一次同步卸载,火焰切割胎架顶部支墩方法。

由上述计算可知：会议中心悬挑结构安装完毕后，悬挑结构杆件最大应力比0.2G,满足

要求。

5.3.2体育馆管桁架屋盖卸载分析

支撑胎架卸载前悬挑结构计算模型

支撑胎架卸载前悬挑结构杆件应力比（最大值：0.4）

支撑胎架位置编号

支撑胎架卸载后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.308）

经计算各位置支撑卸载值如下表所示（单位：mm）：

卸载采用同步分级卸载方案，每次卸载10mm。对每个点不同步卸载（卸载点加设强制

位移10mm）进行分析计算：

8点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.829,为卸载点附近腹杆）

9点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.7,为10卸教点附近腹杆）

10点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.7,为11卸载点附近腹杆）

11点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.71,为12卸载点附近腹杆）

12点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.75,为13卸载点附近腹杆）

13点卸载10mm后屋盖桁架结构杆件应力比（最大值：0.78,为12卸载点附近腹杆）

由上述计算可知：分级卸载过程不同步（控制在10以内）最大的应力比为0.829,

发生在卸载点的桁架斜腹杆，弦杆应力在0.5以内，不会对结构安全产生影响。

5.4桁架吊装过程施工稳定性验算

5.4.1过程一稳定性验算

过程一：纵向主桁架HJ2+1-3轴线横向主桁架+之间次桁架安装

计算模型

吊装单元杆件应力比（最大值：0.12）

PtObj:88

D工况下杆件变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：安装过程一结构杆件最大应力比为杆件变形

较小，可以满足施工要求。

5.4.2过程二稳定性验算

过程二：纵向主桁架HJ7+8-10轴线横向主桁架

吊装单元杆件应力比（最大值：0.1）

PtOb|744

PtElm:744

UI-4671

U2-2138

U3--60724

RI--00008

R2--.00022

R3--000003508

D工况下杆件变形（单位：mm）

由上述的计算结果可知：安装过程一结构杆件最大应力比为0.1<1,杆件变形较

小，可以满足施工要求。

5.5QY70K型号7OT汽车吊机行驶工况楼板承载力校核

5.5.1设计荷载分布图

o

O

£)

^(////A--为6教人防区用板板厚200mm

--把戮人物区或机板厚300mm

(51~J~~J_1__®_?©'

图9首层楼面布置图

体育馆首层为甲级人防地下室；战时功能等效荷载顶板等效静载标准值：70(60)KN/m

(核6级)，135(115)KN/m(核5级)；设计要求施工时等效静载标准值不超过40KN/m。

体育馆首层吊机作用面楼板的承载力较大，即楼板可考虑其直接承载；计算过程中

考虑动力荷载系数12要求车辆在楼板行驶时，严禁急刹车及超规定速度(5Km/h)行

驶。

L.L-L.I|l_L_lLl_ll_L_LLL_

,LLLILLILLllLLlLL

.LLLI.1LLliLI.L.LL

.l_LiILLLL

I[1

」L」

Ll_lLLLl_

」」

(LLljLLlLL

归W甘

tbH|_L

L.LLLlfflLLllLLlL

,L.L.L.B11I-I-1LUI

,LLLI0LLILLI

EHLTT

fCDLLL

LLL

LLL

[LL

H品机料场

图10QY70K型号汽车吊进场路线图

5.4.270t汽车吊行驶相关参数

6835

15203965

3：,5kN37.5kN

SII-兽II

o.(?O.i?

37.5UN37.5kN

%

SI-

0.20.2

4o）平欹寸

70t吊机基本尺寸、轮宽及其行驶过程中各轮位置对楼板产生的荷载

5.4.3楼板承载力校核

根据《建筑结构荷载规范》附录C对体育馆4.2mX4.2m的双向板进行承载力校核时,

根据吊机行走的实际情况选取不利的几种工况，具体荷载布置及计算结果如下：

A、70t汽车吊作用4.2mx4.2m双向板验算

工况①平面布置

3t«®MkD庭欧。3aman)康E®(0ksMS(A)分情M显示/«tt«i)sstox*a)•«(»

Ditfpycc/金>@分用用*@ZB311yt7。W♦♦HGB—-C?7E・B.1•口。£

■

!

•

、

\

*

回

口

口

臼

・

电

力

^

。

我

•

JJMi

X

-hH

«

"Mew

工况①荷载分布情况

工况②平面布置

文积DMh£)«!3KZ)层义(att»2)靖SB®3ks)HS(A)复EDS«£2)T*(D*SSM

口信。¥«*>"•9&►J)actrtf♦♦?u(3ya.n：.MK.I•□*；

艮AreaUniformRewkants

工况②荷载分布情况

采用计算软件计算得到局部荷载作用下的双向板最大弯矩如下列图所示:

R*t®IH)定义(aM»：8)ttf&B)S«SM3<A>S*IH)防0fittlfi)S9gUVD««<Hi

，:金，♦力角卷用aggw-vK，,8m♦«g(3%fcr?忖…：，］♦/

荷载工况①作用下双向板最大弯矩(17.4kNm/m)

口H

以

1

•

、

\

x

回

D

□

□

•

F

/

d

e

”

施

♦

JJHi

X

*

k

a

w

►4M-2U25.IMX.il如.R冰Mi6rH皿_|[,M6..

荷载工况②作用下双向板最大弯矩（21.1kNm/m）

根据荷载等效的基本原则（即最大弯矩相等的原则）反推出等效均布荷载的值。

由上诉有限元计算结果可知，双向板在几种荷载作用下的最大弯矩值为21.1kNm/m,

根据最大弯矩相等的原则，由《静力计算手册》可反推出等效均布荷载的值：

2

Minax=（1+〃）x0.0368xqxl

式中〃为混凝土的泊松比，此处取0.17,则由上述计算公式可知：

q=27.8ZN/M<40AN//（设计规定）；该楼板可以满足吊机的行走要求。

采用MorGain结构快速设计程序（V2015.02）校核，得出等效均布荷载qe=

25.78kN/m2,满足设计要求。计算如下：

1.1基本资料，

1.1.1工程名称：工程一“

1.1.2周边支承的双向板，按四边简支板的绝对最大弯矩等值、取两个方向的最大等效

荷载，。

板的跨度L=4200mm,L=4200mm,板的厚度h=200mmv

1.1.3局部荷载《

整体坐标系的原点为楼板左下角，局部坐标系原点在整体坐标系中的坐标：“

由程序以201nlm间距确定X向（水平方向）最不利位置Xo=-4333mm、由程序以

204mm间距*,

确定丫向（垂直方向）最不利位置yo=672mm~

1.1.3.1第一局部荷载“

局部集中荷载N'=37.5kN,荷载作用面的宽度b==200mm,"

荷载作用面的宽度b：，=300mm：垫层厚度s=0mm~

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=Onun,y'=0mm。

1.1.3.2第二局部荷载“

局部集中荷载N'=37.5kN,荷载作用面的宽度b„=200mm,~

荷载作用面的宽度b»=300mm；垫层厚度s=0mm。

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=0mm,y'=2040mm。

1.1.3.3舒局部荷载“

局部集中荷载N'=37.5kN,荷载作用面的宽度b“=200mm,，

荷载作用面的宽度％=300mm；垫层厚度s=0mmP

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=1520mm,y'=0mm。

1.1.3.4第四局部荷载，

局部集中荷载N'=37.okN,荷载作用面的宽度b==200mm,。

荷载作用面的宽度%=300mm；垫层厚度s=0mm~

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=1520mm,y'=2040mm

1.1.3.5第五局部荷载，

局部集中荷载N'=65kN,荷载作用面的宽度b==200mm,。

荷载作用面的宽度b”=600mm：垫层厚度s=0mm。

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=5485mm,y'=Onnn。

1.1.3.6第六局部荷载。

局部集中荷载N'=65kN,荷载作用面的宽度b”=200mm,。

荷载作用面的宽度b：,=600mm；垫层厚度s=0皿。

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=5485mm,y'=2040mm

1.1.3.7第七局部荷教，

局部集中荷载N'=65kN,荷载作用面的宽度b“=200mm,。

荷载作用面的宽度b”=600mm；垫层厚度s=0mm。

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=6835mm,y'=0mm。

1.1.3.8第八局部荷载。

局部集中荷载N'=65kN,荷载作用面的宽度b“=200nmi,“

荷载作用面的宽度b”=600mm；垫层厚度s=0mm“

荷载作用面中心至局部坐标系原点的距离：x'=6835mm,y'=2040mm~

局部荷载换算为局部均布荷载+

/h

I2

2.1第一局部荷载PN'/Xxb„)=37.5/(0.2*0.3)=625.00kN/m

z

(

\b.x2

2.2第二局部荷载PN'/b.bb”)=37.5/(0.2*0.3)=625.OOkN/m

z

(x

2.3第三局部荷载PN'/\bb”)=37.5/(0.2*0.3)=625.00kN/m:

z

(tx:

2.4第四局部荷载PN'/xb”)=37.5/(0.2*0.3)=625.00kN/m

zbh,z

(J

2.5第五局部荷载PN'/vb„)=65/(0.2*0.6)=541.67kN/m

zx

(b2

2.6第六局部荷载N'/\tb“)=65/(0.2*0.6)=541.67kN/m

Px

z

(

\2

2.7第七局部荷载PN'/xb”)=65/(0.2*0.6)=541.67kN/m

z

(

2.8第八局部荷载PN'/xb„)=65/(0.2*0.6)=541.67kN/m2

1.3局部坐标系转换为整体坐标系，

局部坐标系原点的坐标：Xo=-4332.9mm、y0=672mm・

1.3.1第一局部荷载：b3=200mm,b-7=300mm；

x=-4332.9mm,x：=-4432.9nnn,x：=8432.9mm；“

y=672mm,y：=522mm,y:=3378mm・

1.3.2第—局部荷载：btx=200mm,b：,=300nun：B

x=-4332.9mm,Xi=-4432.9mm,x：=8432.9mm

y=2712mm.%=2562mm,y2=1338mm-

1.3.3第三局部荷载：=200mm,b.T=300mm；<

x=-2812.9mm,Xi=-2912.9mm,x：=6912.9mm

y=672mm,yi=522mm,y?=3378mm“

1.3.4第四局部荷载：b“=200mm,b”=300mm；.

x=-2812.9mm,Xi=-2912.9mm,Xj=6912.9mm

y=2712mm.v、=2562mm.y2=1338mma

1.3.5第五局部荷载：b“=200mm,bt7=600mm；«

x=1152.lnnn,x：=1052.1mm,x：=2947.9mm；

y=672mm,%=372mm,y2=3228nmi，

1.3.6第六局部荷载：btI=200mm..bt7=600mm；<

x=1152.1mm,x：=1052.1mm,Xi=2947.9mm；

y=2712mm,y：=2412mm,y2=1188mmP

1.3.7第七局部荷载：b:1=200mm,bty=600mm；<

x=2502.1mm,Xi=2402.lmm,x：=1597.9mm；

y—6/2mm,yi—3/2nun,y?=3228nnnP

1.3.8第八局部荷载：b-z=200mm,bty=600mm；<

x=2502.lnrni,Xi=2402.1mm,x：=1597.9mm；

y=2712mm,y】=2412mm,y21188mm~

1.4第一局部荷载。

1.4.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载，

1.4.1.1b-x=b-x+2s+h=200+2*0+200=400nnn~

=

1.4.1.2bCybty+2s+h=300+2*0+200—oOOnun〃

1.4.1.3荷载作用面计算宽度上的局部均布荷载不在楼板范围内小

1.4.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载〃

q*'=P：・b=・b“/(L・L)=0*0.4*0.5/(4.2*4.2)=0.00kN/m2

1.5第二局部荷载，

1.5.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载，

1.5.1.1b=x=b=+2s+h=200+2*0+200=400mmV

1.5.1.2bCT—bty+2s+h=300-2*0+200―oOOnun。

1.5.1.3荷载作用面计算宽度上的局部均布荷载不在楼板范围内“

1.5.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载，

q/=P,・b„•b./(L•L)=0*0.4*0.5/(4.2*4.2)=0.OOkN/'m2

1.6第三局部荷载2

1.6.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载，

1.6.1.1b-r--br+2s+h=200-2*()4200=400nun〃

1.6.1.2bey=bty+2s+h=300+2*0+200—oOOnun

1.6.1.3荷载作用面计算宽度上的局部均布荷载不在楼板范围内「

1.6.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载〃

1•be,•b„/(U•1|)=0*0.4*0.5/(4.2*4.2)=0.00kN/m:。

1.7第四局部荷载"

1.7.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载。

1.7.1.1b:I=b=+2s+h=200+2*0+200=400mm。

1.7.1.2bCy•bty+2s+h=300+2*0+200=oOOnun

1.7.1.3荷载作用面计算宽度上的局部均布荷载不在楼板范围内"

1.7.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载"

，:

qe=P£•b:.•b„/(Lx•U)=0*0.4*0.5/(4.2*4.2)=0.00kN/me

1.8第五局部荷载，

1.8.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载"

1.8.1.1bex=btx+2s+h=200+2*0+200—400mm

1.8.1.2bCy=bty+2s+h=600+2*0+200=800mmv

1.8.1.3局部均布荷载L=P•b“•bty/(L•bj=541.67*0.2*0.6/(0.4*0.8)

=203.13kN/'m!«

1.8.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载"

a/=邑・b二•b」/(L•L)=203.13*0.4*0.8/(4.2*4.2)=3.68kN/m：，

1.9第六局部荷载“

1.9.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载。

1.9.1.1bu=b-x+2s+h=200+2*0+200=400mmV

1.9.1.2b”=b”+2s+h=600+2*0+200=800mm。

1.9.1.3局部均布荷载P£=P•b«•b»/(b„•b”)=541.67*0.2*0.6/(0.4*0.8)

=203.13kN/m2，

1.9.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载"

"=P=•b」•bj/(L•L)=203.13*0.4*0.8/(4.2*4.2)=3.68kN/m2“

1.10第七局部荷载"

1.10.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载。

1.10L1七…二飞:…+…云":h…二200；2*6；：266=400mm；

1.10.1.2b==b*+2s+h=600+2*0+200=800mm。

1.10.1.3局部均布荷载P°=P・b“•b”/(b„•be,)=541.67*0.2*0.6/(0.4*0.8)

=203.13kN/m:"

1.10.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载"

q；=匕«b:•bj/(U•L)=203.13*0.4*0.8/(4.2*4.2)=3.68kN/'m2~

1.11第八局部荷载，

1.11.1荷载作用面的计算宽度及局部均布荷载“

1.11.1.1bn=b3+2s+h=200+2*0-200=400mm・

1.11.1.2v*«*z5*%=b”+2s+h=600+2*0+200=800mm，

1.11.1.3局部均布荷载P==P•fe,-/(Ux•b^)=541.67*0.2*0.6/(0.4*0.8：

=203.13kN/m:~

1.11.2由局部荷载总和除以全部受荷面积求得的平均均布荷载«

兔'=&•愿'•履/(U•U)=203.13*0.4*0.8/(4.2*4.2)=3.68kN/m，，

1.12四边简支板在局部荷载作用下的绝对最大弯矩，

1.12.1M1ax=20.101kN•m,位于x=2.520m、y=2.520m处，

1.12.2扎e=19.754kN•m,位于x=2.310m、y=2.730m处，

L.13由绝对最大弯矩等值确定的等效均布荷载，

1.13.1四边支承简支板在均布荷载作用下的最大弯矩值系数，

K=0.04420=K,•Q„•L,2),位于x=2.100m.y=2.100m处2

K,=0.04420(JLx=K,•q„•L/),位于x=2.100m.y=2.100m处0

1.13.2QexMsexX(K,•U2)=20.101/(0.04420*4.22)=25.78kN/m2，

2::

1.13.3q„=扎/(Kr•U)=19.754/(0.04420*4.2)=25.33kN/m"