雨林馆结构设计

威海呼雷汤国际温泉健康中心

热带雨林馆钢结构

计算书

审定人：

专业负责人：

计算人：

审核人：

北京五合国际工程设计顾问有限公司

2016-01-02

目录

1工程概况............................................1

2结构体系............................................1

3结构设计依据........................................2

3.1介绍.................................................................................2

3.2规范及标准...........................................................................2

3.3基本设计参数.........................................................................2

3.4材料.................................................................................3

341结构混凝土特性:.........................................................................................................................3

3.4.2钢材特性:............................................................................3

3.5结构位移和变形标准...................................................................5

351结构性能标准:..............................................................................................................................5

352挠度变形标准.................................................................................................................................5

3.6设计荷载.............................................................................5

3.6.1恒荷载............................................................................................................................................5

3.6.2风荷载...........................................................................................................................................5

3.6.3地震荷载.......................................................................................................................................6

3.6.4雪荷载与活荷载.............................................................................................................................6

3.6.5温度荷载........................................................................................................................................6

3.7荷载组合.............................................................................6

3.7.1承载力设计组合............................................................................................................................6

3.7.2使用状态设计组合.........................................................................................................................7

4弹性分析............................................7

4.1弹性分析假定.........................................................................7

5屋盖结构设计........................................9

5.1正常使用极限状态设计.................................................................9

5.2承载力设计..........................................................................10

5.2.1屋面桁架ZH)1............................................................................................................................10

5.2.2屋面桁架ZHR............................................................................................................................10

523屋面桁架.............................................................................................................................II

5.2.4屋面桁架CHJ2和CHJ3..............................................................................................................11

5.2.5屋面桁架CH)4............................................................................................................................12

5.2.6穹顶桁架.......................................................................................................................................12

5.3支座反力............................................................................13

5.3.7支座编号......................................................................................................................................13

5.3.2支座反力......................................................................................................................................13

6附录构件应力比..........................................................错误!夫定义书签。

1工程概况

2本项目位于山东威海，热带馆为呼雷汤国际温泉健康中心的组成部分。本项目其屋盖为

钢结构体系,其造型充分考虑中国传统建筑与现代技术相结合、建筑单体与周边环境相

结合,达到整体与局部的良好协调。

3结构体系

整个屋盖结构为轻质屋面钢结构,钢桁架体系。屋顶采用正交的空间钢管桁架结构,并利用井

字型桁架的空间设置中部穹顶。

图2.1屋顶结构平面图

2-2耶

图2.2剖面

4结构设计依据

4.1介绍

4.2下列准则均根据中华人民共和国国标。荷载准则，验收标准和材料性能均根据中华人

民共和国国标。

4.3规范及标准

下列建筑规范，标准和规程将用于结构分析和设计：

1.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012);

2.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)；

3.《钢结构设计规范》(GB0017-2003)；

4.《混凝土结构设计规范》(GB0010-2010)；

5.《建筑抗震设计规范》(GB50011-2008)；

6.《建筑设计防火规范》(GB50016-2015)；

7.甲方提供的设计委托书、建筑和有关专业提供的作业图。

4.4基本设计参数

结构的使用年限5()年,重要性系数1.0,建筑结构安全等级为二级,抗震设防烈度7度,设计基

本地震加速度值为0.1g,场地特征周期0.35So

表3.1一般建筑参数

建筑结构安全等级二级

结构重要性系数1.0

建筑结构抗震设防类别丙类

结构的设计基准期50年

结构的设计使用年限50年

地基基础设计等级二级

设计地震分组第一组

地震设防烈度7

设计基本地震加速度0.1g

建筑场地类别II

地震影响系数最大值0.08

场地特征周期0.35秒

多遇地震下阻尼比0.035

地面粗糙度B

基本风压0.65kN/m2

基本雪压0.45kN/m2

材料

本章节概括了本工程设计所采用的标准材料特性。

结构混凝土特性：

表3.2结构混凝土

28天立方体强度（MPa）

结构构件

GB50010-2002

基础C3030

其他混凝土填充/衬垫/

C3030

边缘处理等

素混凝土垫层C1515

结构混凝土材料特性见下表，所有混凝土都应当包含一种认可的减水/增塑添加剂。性

容重定义与中国规范相符。另外，混凝土在永久暴露气候条件下，或者车辆区域内应

当包含认可的加气添加剂。

’材料属性数据

图3.1结构混凝土特性

钢材特性：

结构钢应符合GB50017-2003的要求。

表3.3钢材特性

弹性模量抗剪模量热膨胀系数密度

E(N/mm2)G(N/mm2)a(per2C)P

(kg/m3)

206x10379x10312x1067850

表3.4钢材特性

钢

抗拉、抗压、抗弯抗剪强度端面承压

厚度或直径(mm)强度f(N/mm2)f(N/mm2)fee(N/mm2)

等级v

416215125

>16-40205120

Q235325

>40-60200115

>60-100190110

<16310180

>16-35295170

Q345400

>35-50265155

>50-100250145

<16350205

>16-35335190

Q390415

>35-50315180

>50-100295170

<16380220

>16-35360210

Q420440

>35-50340195

>50-100325185

材料属性数据

图3.2钢材特性

4.6结构位移和变形标准

结构性能标准：

表3.5结构性能标准

标准极限值

钢筋混凝土柱轴压比0.9max（最大值）

裂缝宽度（室内）0.3mmmax（最大值）

裂缝宽度（室外）0.2mmmax（最大值）

钢结构应力比0.85（最大值）

4.6.1挠度变形标准

挠度变形标准要求按照中国标准：允许的总荷载引起的长期变形:

1.钢结构：（依据GB50017-2003）

2.桁架（总荷载）:有效跨度/400

3.桁架（活载）：有效跨度/500

4.重力梁（总荷载）：有效跨度/250

5.重力梁（活载）:有效跨度/300

4.7橡条：有效跨度/200

4.8设计荷载

4.8.1恒荷载

•钢结构

钢结构自重由程序自行计算。

•屋面以及吊挂

4.8.2屋面以及吊挂，玻璃屋盖取1.3kN/m2,铝板屋盖取1.0kN/m2o

4.8.3本计算模型建立虚面,进行荷载导荷，面单元的划分点落在桁架的节点上，

4.8.4风荷载

根据《建筑荷载规范》（GB50009-2001）的规定，作用在主要承重结构是风压标准值为:

风压：。项目场地类别为B类。

基本风压按照50年一遇的风压采用，30=0.65。

根据《建筑结构荷载规范》GB5009-2012,得出建筑物风压体系数。

图5.3体型及体系系数示意图

4.8.5地震荷载

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）:

1.威海市防地震烈度为7度，设计地震分组为第二组，设计基本地震加速度为O.lgo

2.该工程场地的场地类别为II类。

3、多遇地震的特征周期为0.35s,结构的阻尼比为0.035,amax=0.08。地震影响系数曲

线的阻尼调整系数和形状参数分别为，，and。

4.8.6雪荷载与活荷载

雪荷载：（）.45kN/m?（50年），活荷载（）.5（）kN/ml

4.8.7组合计算时,取两者较大值0.50kN/nf作为活荷载

4.8.8温度荷载

4.9考虑施工情况,正负3（）度温差。

4.10荷载组合

4.10.1承载力设计组合

LC1：1.35”重力荷载+1.4*07活荷载

LC2:1.2"重力荷载+1.4*活荷载

LC3:1.2•重力荷载+1.4*风荷载（X方向）

LC4:1.2"重力荷载+1.4*风荷载（Y方向）

LC5:1.2*重力荷载+1.3*水平地震（X方向）

LC6:1.2*重力荷载+1.3*水平地震（丫方向）

LC7:1.2*重力荷载+1.3*水平地震（Z方向）

LC8:1.2*重力荷载+1.4*升温度30

LC9:1.2*重力荷载+1.4*降温度30

LC10:1.2*重力荷载+1.4*活荷载+0.6*1.4*升温度30

LC11:1.2*重力荷载+1.4*活荷载+0.6*1.4*降温度30

LC12:1.2*重力荷载+1.4*风荷载+0.6*1.4*升温度30

LC13:1.2*重力荷载+1.4*风荷载+0.6*1.4*降温度30

1_64:1.2*重力荷载+1.4*活荷载+0.6*1.4*风荷载（X方向）

LC15:1.2*重力荷载+1.4*活荷载+0.6*1.4•风荷载（丫方向）

等

4.10.2使用状态设计组合

DS1：1.0*重力荷载

DS2:1.0*重力荷载+1.0*活荷载

DS3:1.0*重力荷载+1.0*风荷载（X方向，压和吸）

DS4：1.0*重力荷载+1.0*风荷载（丫方向，压和吸）

DS5:1.0*重力荷载+1.0*水平地震（X）

DS6:1.0*重力荷载+1.0*水平地震（丫）

DS7:1.0*重力荷载+1.0*水平地震（Z）

DS8:1.0*重力荷载+1.0*升温度30

DS9:1.0*重力荷载+1.0*降温度30

DS10:1.0*重力荷载+1.0*活荷载+1.0*升温度30

5DS11:1.0*重力荷载+1.0*活荷载+1.0*降温度30

6弹性分析

6.1弹性分析假定

计算软件采用SAP2000。计算机分析模型采用空间杆系模拟梁柱单元，考虑杆单元的剪

切变形、轴向变形、弯曲变形和扭转变形。模型中结构构件的几何尺寸和结构图相符，材料

性质是根据中国规范，以“膜单元”模拟屋面，以“梁-柱单元”模拟桁架杆件。

由于钢结构温度的影响很大，本项目对温度应力采取“放”的思路，周边桁架的支座采用

滑动支座,减少温度应力的影响。

图4.1支座约束条件

图4.2面荷载施加

SXI龌荷挑|

标识

标釜fiee-

有我棱式DEAD

均布荷载

坐标系GLOBAL

荷登位孟

Graviy|KN.m.C3

力/®Q1.3

荷我棱式LIVE

均布荷载

生标至GLOBAL

荷登位孟Gravty

力砌？06

荷顿俸式FX

委向庆力

顶

力砌■0.77

更新显示

书苴样式无

荷我转式FY修改显示

表面隹力

面顶Ii建I

力砌•0.77

节苴徉式无

图4.3穹顶面荷载施加

7屋盖结构设计

7.1正常使用极限状态设计

图5.1正常使用荷载包络组合作用下屋盖竖向位移

屋面桁架在各工况下的竖向位移如下表：

表5.1屋面桁架竖向位移表

恒载活载风荷载地震荷载正常使用包络组合

项目

(mm)(mm)(mm)(mm)(mm)

屋面桁架-71.7-23.714.32.9-95.4

顶部主桁架竖向最大位移Amax=95.4min,满足Amax<388()0/400=97.0mmo

活荷载作用下竖向最大位移△max=23.7mm,满足△ax<38800/500=l4.4mmo

7.2承载力设计

图5.2整体结构应力比

7.2.1屋面桁架ZHJ1

ZHJ1上弦杆SX1的截面为圆管中351x16,下弦杆为①500x16构件验算结果如下，构

件最大应力比为0.81,构件强度及稳定满足规范要求。⑨

图5.3ZHJ1构件应力比图

7.2.2屋面桁架ZHJ2

ZHJ1上弦杆SX1的微面为圆管中245X12,下弦杆为①351x16构件验算结果如下，构件最大应

力比为0.564,构件强度及稳定满足规范要求。

图5.4ZHJ2构件应力比图

7.2.3屋面桁架CHJ1

ZHJ1上弦杆SX1的截面为圆管①219X16,下弦杆为6219x16构件验算结果如E构件最大应

力比为0.829,构件强度及稳定满足规范要求。

7.2.4屋面桁架CHJ2和CHJ3

ZHJ1上弦杆SX1的截面为圆管中159X8,下弦杆为中159x8构件验算结果如下,构件最大应力

比为0.722,构件强度及稳定满足规范要求。

0.162//0.248

图5.6CHJ2和CHJ3构件应力比图

7.2.5屋面桁架CHJ4

ZHJ1上弦杆SX1的截面为圆管①159X8,下弦杆为①159x8构件验算结果如下,构件最大

图5.7CHJ4构件应力比图

7.2.6穹顶桁架

构件最大应力比为0.905,构件强度及稳定满足规范要求。

图5.8穹顶桁架构件应力比图

7.3支座反力

7.3.1支座编号

565430233752_____________50

11

646672

285320

642384

289324

638666

293328

必66?

297332

630658

1652555330133673491392

图5.8支座反力归并分类示意图

7.3.2支座反力

JointReactions

JointOutputCaseCaseTypeFlF2F3

TextTextTextKNKNKN

49DEADLinStatic14249

50DEADLinStatic-80239

52DEADLinStatic-390838

53DEADLinStatic504833

54DEADLinStatic400837

55DEADLinStatic52244

56DEADLinStatic80238

73DEADLinStatic-578830

285DEADLinStatic0-145

289DEADLinStatic0-160

293DEADLinStatic0060

297DEADLinStatic0048

301DEADLinStatic1074

302DEADLinStatic1073

320DEADLinStatic0-240

324DEADLinStatic0-151

328DEADLinStatic0051

332DEADLinStatic0046

336DEADLinStatic-1069

337DEADLinStatic-1070

384DEADLinStatic0-128

392DEADLinStatic01034

630DEADLinStatic0019

634DEADLinStatic0022

638DEADLinStatic0-123

642DEADLinStatic0-121

646DEADLinStatic0-119

647DEADLinStatic1-1338

652DEADLinStatic1935

658DEADLinStatic0220

662DEADLinStatic0028

666DEADLinStatic0-129

672DEADLinStatic0-219

673DEADLinStatic-1-1642

JointReactions

JointOutputCaseCaseTypeFlF2F3

TextTextTextKNKNKN

49LIVELinStatic0282

50LIVELinStatic-3079

52LIVELinStatic-130274

53LIVELinStatic171271

54LIVELinStatic130273

55LIVELinStatic2181

56LIVELinStatic3079

73LIVELinStatic-193270

285LIVELinStatic0018

289LIVELinStatic0025

293LIVELinStatic0025

297LIVELinStatic0019

301LIVELinStatic0031

302LIVELinStatic0031

320LIVELinStatic0-116

324LIVELinStatic0021

328LIVELinStatic0021

332LIVELinStatic0018

336LIVELinStatic0029

337LIVELinStatic0030

384LIVELinStatic0012

392LIVELinStatic0414

630LIVELinStatic008

634LIVELinStatic009

638LIVELinStatic009

642LIVELinStatic009

646LIVELinStatic008

647LIVELinStatic0-515

652LIVELinStatic0414

658LIVELinStatic018

662LIVELinStatic0012

666LIVELinStatic0012

672LIVELinStatic0-18

673LIVELinStatic0-616

JointReactions

JointOutputCaseCaseTypeFlF2F3

TextTextTextKNKNKN

49T30LinStatic-217-26

50T30LinStatic-180-26

52T30LinStatic-290-7

53T30LinStatic274-9

54T30LinStatic290-8

55T30LinStatic145-21

56T30LinStatic170-23

73T30LinStatic-16-12

285T30LinStatic0-117

289T30LinStatic0-18

293T30LinStatic007

297T30LinStatic0019

301T30LinStatic001

302T30LinStatic001

320T30LinStatic0-118

324T30LinStatic0-18

328T30LinStatic007

332T30LinStatic0015

336T30LinStatic-10-1

337T30LinStatic000

384T30LinStatic0-10

392T30LinStatic-213

630T30LinStatic001

634T30LinStatic000

638T30LinStatic000

642T30LinStatic0-10

646T30LinStatic0-11

647T30LinStatic2-44

652T30LinStatic111

658T30LinStatic010

662T30LinStatic000

666T30LinStatic0-10

672T30LinStatic0-1-1

673T30LinStatic-2-69

JointReactions

JointOutputCaseCaseTypeFlF2F3

TextTextTextKNKNKN

49T-30LinStatic21-726

50T-30LinStatic18026

52T-30LinStatic2907

53T-30LinStatic-27-49

54T-30LinStatic-2908

55T-30LinStatic-14-521

56T-30LinStatic-17023