钢结构雕塑计算书

计算书
CALCULATION DOCUMENT
工程名称：钢结构雕塑
工程编号：ZG2006M-226
项目名称：开发区雕塑改造工程
设计阶段：施工图
设计专业：结构
计算人：
校对人：
审核人：
项目负责人：
2006年5月
一．工程概况
该工程位于某市开发区入口，为钢结构雕塑类建筑，高度18m，为目前该市最高的雕塑类建筑，由于其为空间结构，体形复杂，目前钢结构设计软件处理针对问题的计算都不适用，一般处理这类问题均采用手工简化计算以及进行风洞试验和地震台试验的方法。

受高新区建设局委托，我们的结构分析工作站克服建筑图纸不全的困难，从该结构1：30模型入手，采用正版的大型结构分析有限元软件包ANSYS进行了详细的结构分析，包括：自重荷载、风荷载、地震荷载以及组合分析，并进行了模态分析与时程分析。

在结构分析的基础上，对原设计构想进行了改进。

以下是结构计算说明书。

二．本工程电算选用软件
本工程计算采用ANSYS大型有限元计算软件，ANSYS有限元软件包是一个通用设计分析程序，可以用来分析超高超限、结构体系复杂的大型有限元软件。

从1971年2.0版发展至今，在机械、土木、电子及航空等不同领域的使用都能达到一定的可信度，在世界范围内已经成为土木建筑行业分析软件的主流。

它可以解决许多工程中的结构分析问题，如结构的静力和动力分析；计算结构的整体和局部失稳；给出结构的自振频率和振型等。

目
前，国内已经成功的运用ANSYS软件进行了国家大剧院、2008年奥运会国家体育场等大型结构的分析工作。

本结构通过ANSYS软件对该结构进行了自重荷载、风荷载、地震荷载以及组合分析，并进行了模态分析、地震反应谱分析和时程分析。

三. 设计依据
建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）
建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
混凝土结构设计规范（GB50010-2002）
建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)
钢结构设计规范(GBJ 17-88)
高耸结构设计规范(GBJ135-90)
四．结构计算：
主体结构采用格构式钢柱，为主要受力构件，钢柱主肢4∟180×14热轧型钢，格构柱横缀条∟80×7热轧型钢，斜缀条采用∟80×7热轧型钢，两肢间拉杆钢管φ159×5，翅膀采用φ159mm钢管，为附属结构。

结构分析与建模：
本结构内力计算的基本方法是有限单元法。

在计算时，采用与构件类型相应的单元建立空间力学模型，对结构在竖向荷载、风荷载以及地震作用下的位移和内力进行分析，采用弹性方法计算，分析时把一段桁架作为基本单元。

模型尺寸与构造完全按照施工现场已有结构的1：1比例来建模，并对部分不合理的构件进行了结构的优化和改进。

1.该结构翅膀构件在风载下端部节点处弯矩值较大，与主体桁架的节点连接不易处理，
因此整体结构采用beam188单元建模，经过验算，采用所有杆件为承受轴向力的铰接杆系有限元方法与采用所有杆件为刚性连接的有限元方法计算误差不超过5％，因此结构采用beam188建模合理可行。

2.钢结构构件材料本构模型假定为理想弹性材料，符合HOOKE定律。

3.按小挠度理论计算。

4.总体控制指标：
1）强度满足钢结构承载力要求。

2）位移控制在H/100范围内
3）稳定性满足规范要求(结构整体考虑整个体系以及组成部分的稳定性要求)
4）钢构件的连接满足规范要求
5）钢柱脚及混凝土基础满足规范要求
5.模型图：
正立面图
侧立面图
轴测图：
结构分析静力计算：
1．结构自重：
钢材容重为7850kg/m3，结构自重为23035kg。

TOTAL MASS =23035
CENTROID MOM. OF INERTIA
ABOUT ORIGIN MOM. OF INERTIA ABOUT CENTROID
X C=8.3500 Y C=10.430
Z C=0.75320 IXX = 0.3112E+07
IYY = 0.2577E+07
IZZ = 0.5591E+07
IXY = -0.2006E+07
IYZ = -0.1870E+06
IZX = -0.1450E+06
IXX = 0.5926E+06
IYY = 0.9554E+06
IZZ = 0.1477E+07
IXY = 1643.
IYZ = -6025.
IZX = -26.34
重心位置在对称位置，高度控制在11米以下。

2．风荷载：
风荷载为主要控制因素，对构件的承载力影响较大，根据建筑《结构荷载规范》规定，
对于该种对风荷载比较敏感的结构应适当提高风压值，因此考虑基本风压W 0＝0.40KN/m 2
； 风载通过静力的方式施加：该高度区节点数
构件截面积
风载标准值该高度区节点风载值＝⨯
风荷载值如下表：
LIST NODAL FORCES FOR SELECTED NODES 1 TO 3332 BY 1
CURRENTLY SELECTED NODAL LOAD SET= FX FY FZ MX MY MZ ***** ANSYS - ENGINEERING ANALYSIS SYSTEM RELEASE 5.7 ***** ANSYS/Structural U
3015 FZ -125 3056 FZ -125 3095 FZ -125 3257 FZ -142 3017 FZ -125 3057 FZ -125 3098 FZ -125 3259 FZ -142 3020 FZ -125 3059 FZ -125 3099 FZ -125 3261 FZ -142 3021 FZ -125 3062 FZ -125 3101 FZ -125 3264 FZ -142 3023 FZ -125 3063 FZ -125 3104 FZ -125 3266 FZ -142 3026 FZ -125 3065 FZ -125 3105 FZ -125 3268 FZ -142 3027 FZ -125 3068 FZ -125 3107 FZ -125 3270 FZ -142 3029 FZ -125 3069 FZ -125 3110 FZ -125
3032
FZ
-125
3071
FZ
-125
3111
FZ
-125
总计 -47262
3．地震荷载：
设防烈度8度，III 类场地。

阻尼比根据《高层钢结构抗震规范》取为0.02。

地震影响系数按下图取值计算地震反应谱：
4．裹冰荷载：
高度(m) b d α1 α2 γ q(kN/m)
圆形截面 10 10 159 0.3 1 9 0.013741326 18 10 159 0.3 1.12 9 0.015424486
00.02
0.040.060.080.10.120.140.16
0.180
0.5
1
1.5
6
212110)(-+=γααααπb d b q 3
2106.0-=γαb q
高度(m) b α2 γ q(kN/m) 非圆形截面
10 10 1 9 0.054 18
10 1.12 9 0.06048
5．雪荷载：
基本雪压：S 0=0.35kN/m 2 S k =μr S 0=1X0.35=0.35 S=0.159X0.35=0.05565kN/m
注：因裹冰荷载和雪荷载均很小，计算时未考虑。

荷载组合：
1． 基本组合：（第一荷载工况）
s=wk w GE G S S γγ+ 分项系数取1.0计算位移： S=恒载+风载
基本组合下单元节点最大位移（单位 米）
NODE UX UY UZ ROTX ROTY ROTZ Node
1376
1382
1352
1424
1539
1411 Value -0.054142 -0.03303 -0. 15954 -0.014447 0.014801 0.028856
结构整体最大位移Umax ＝0.168
主体结构的最大位移在顶点处节点3256、节点1590 U=0.0585m 位移最大值＜h/100，则稳定性满足。

图示为结构受荷前后位置：
S=1.2×恒载+1.4×风载 计算内力： 轴力最大值：（单位 牛顿） 轴力最大值：（单位 牛顿）
ELEM 675 639 VALUE -236277 160629 轴力图：
对于组合1情况：对于组合2情况：
主体桁架不同单元对应的最大轴力主体桁架不同单元对应的最大轴力单元675 N＝236KN 单元679 N＝113KN
单元240 N＝80KN 单元240 N＝60.7KN
单元568 N＝77.6KN 单元568 N＝23.5KN
单元152 N＝61KN 单元152 N＝44KN
单元481 N＝21.3KN 单元482 N＝8.57KN
压干稳定验算：
截面计算长度
mm
轴力
KN
面积
cm2
i v（cm）长细比
稳定系数
ψ
N/(ψA) 比较允许值
折减
系数
f
L180x14 1200 237 48.90 3.57 33.613 0.923 52.509 满足139.840 0.650 215 L140x12 1100 80 32.51 2.77 39.711 0.901 27.312 满足141.807 0.660 215 L110x7 1503 77.6 15.20 2.20 68.318 0.761 67.086 满足151.033 0.702 215 L80x7 1639 61 10.86 1.58 103.734 0.531 105.780 满足162.454 0.756 215 L63x6 909 21.3 7.29 1.24 73.306 0.73 40.025 满足152.641 0.710 215
组合2
截面计算长度
mm
轴力
KN
面积
cm2
i v（cm）长细比
稳定系数
ψ
N/(ψA) 比较允许值
折减
系数
f
L180x14 1200 113 48.90 3.57 33.613 0.923 25.036 满足139.840 0.650 215 L140x12 1100 60.7 32.51 2.77 39.711 0.901 20.723 满足141.807 0.660 215 L110x7 1503 23.5 15.20 2.20 68.318 0.761 20.316 满足151.033 0.702 215 L80x7 1639 44 10.86 1.58 103.734 0.531 76.301 满足162.454 0.756 215 L63x6 909 8.57 7.29 1.24 73.306 0.73 16.104 满足152.641 0.710 215
以上20<λ<150，满足要求
弯矩最大值：
弯矩扭矩最大值：
X方向扭矩
ELEM 274 811
VALUE -4317 4301
Y方向弯矩
ELEM 637 96 VALUE -177939 106428 Z方向弯矩
ELEM 637 100 VALUE -82815 82775 对应的扭矩图与弯矩图：
剪力最大值：
Y方向
ELEM 93 630 VALUE -36034 35899 Z方向
ELEM 630 93 VALUE -33457 33538 对应的剪力图：
2．地震作用效应组合：（第二荷载工况） S=
wk
w w Ehk Eh GE G S S S γγγψ++
分项系数取1.0计算位移
地震作用效应组合下节点位移：（单位 米）
NODE UX UY UZ ROTX
ROTY ROTZ NODE 1376 1382 1352 1424 1411 1423 VALUE 0.0478 -0.0306 -0.1407 -0.0131 -0.01327 -0.00256
结构整体最大位移U max ＝0.149
主体结构的最大位移在顶点处节点3256、节点1590 U=0.0543m 位移最大值＜h/100，则稳定性满足。

图示为结构受荷前后位置：
S=1.2×恒载+1.3×水平地震荷载+0.2×1.4×风载 计算内力：
轴力最大值：
ELEM 679 658
V ALUE -0.11291E+06 50395
弯距最大值：
X方向弯矩
ELEM 918 381 V ALUE -4214 4231 Y方向弯矩
ELEM 637 1083 V ALUE -39703 25485 Z方向弯矩
ELEM 637 100 V ALUE -17074 17054 对应的弯矩图
剪力最大值：
Y方向的剪力
ELEM 93 630 VALUE -21231 21118 Z方向的剪力
ELEM 919 382 VALUE -22875 22689
3.半跨荷载计算
S=1.2×恒载+1.4×风载计算内力：
轴力最大值：（单位牛顿）
ELEM 675 656 VALUE -0.15361E+06 88528 轴力图：
弯矩扭矩最大值：
X方向扭矩
ELEM 294 381 VALUE -5627.8 8463.0
Y方向弯矩
ELEM 100 638 VALUE -100540 45592 Z方向弯矩
ELEM 637 100 VALUE -46206 44577 对应的扭矩图与弯矩图：
剪力最大值：
Y方向
ELEM 919 382 VALUE -26182 30084 Z方向
ELEM 93 630 VALUE -28919. 21532 对应的剪力图：
S=1.2×恒载+1.3×水平地震荷载+0.2×1.4×风载计算内力：轴力最大值：
ELEM 679 658
VALUE -0.10688E+06 45029
轴力图：
弯矩扭距最大值：
X方向扭矩
ELEM 918381
VALUE -3312.3 4154.6
Y方向弯矩
ELEM 633 97 VALUE -26921 30427 Z方向弯矩
ELEM 96 633 VALUE -3312.3 4154.6 对应的弯矩图：
剪力最大值：
Y方向
ELEM 919 382 VALUE -21246 21881 Z方向
ELEM 93 630 VALUE -21009 19449 对应的剪力图：
结构模态分析计算：采用Block Lanczos方法计算：
结构前20阶振型对应的频率与周期
频率周期
1 0.860826 1.1617
2 0.924298 1.0819
3 1.755 0.5698
4 2.94087 0.34004
5 3.0168
6 0.33147
6 5.32932 0.18764
7 5.89252 0.16971
8 6.24514 0.16012
9 6.63712 0.15067
10 7.09686 0.14091
11 8.10524 0.12338
12 8.28277 0.12073
13 8.589 0.11643
14 8.79892 0.11365
15 10.1378 9.86E-02
16 10.2928 9.72E-02
17 10.9083 9.17E-02
18 11.3644 8.80E-02
19 12.3217 8.12E-02
20 12.9614 7.72E-02
各方向主振型及参与系数
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION ***** X DIRECTION
X方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 -9.32E-0
2 0.000908 8.69E-0
3 4.37E-07
2 0.924298 1.0819 33.552 0.326768 1125.72 5.66E-02
3 1.755 0.5698 -7.46E-03 0.000073 5.57E-05 5.66E-02
4 2.94087 0.34004 -13.949 0.135848 194.562 6.64E-02
5 3.0168
6 0.3314
7 0.16442 0.001601 2.70E-02 6.64E-02
6 5.32932 0.18764 46.444 0.45233 2157.06 0.174773
7 5.89252 0.16971 5.25E-03 0.000051 2.75E-05 0.174773
8 6.24514 0.16012 24.356 0.23721 593.223 0.204588
9 6.63712 0.15067 -3.69E-02 0.00036 1.37E-03 0.204588
10 7.09686 0.14091 24.73 0.24085 611.57 0.235325
11 8.10524 0.12338 3.759 0.036609 14.1298 0.236035
12 8.28277 0.12073 102.68 1 10542.7 0.76591
13 8.589 0.11643 65.464 0.637571 4285.58 0.981303
14 8.79892 0.11365 -1.0016 0.009755 1.0032 0.981353
15 10.1378 9.86E-02 0.31025 0.003022 9.63E-02 0.981358
16 10.2928 9.72E-02 -10.003 0.097422 100.062 0.986387
17 10.9083 9.17E-02 10.054 0.097919 101.085 0.991468
18 11.3644 8.80E-02 -7.96E-02 0.000775 6.33E-03 0.991468
19 12.3217 8.12E-02 13.018 0.12679 169.481 0.999986
20 12.9614 7.72E-02 -0.5232 0.005096 0.273737 1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=19896.6
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION ***** Y DIRECTION
Y方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 6.195 0.09083 38.3777 3.31E-03
2 0.924298 1.0819 -2.15E-02 0.000315 4.61E-04 3.31E-03
3 1.755 0.5698 -7.8066 0.114459 60.9423 8.56E-03
4 2.94087 0.34004 0.27009 0.00396 7.29E-02 8.56E-03
5 3.0168
6 0.3314
7 24.79 0.363463 614.519 6.15E-02
6 5.32932 0.18764 -0.24113 0.003535 5.81E-02 6.15E-02
7 5.89252 0.16971 -9.5194 0.139573 90.6191 6.93E-02
8 6.24514 0.16012 -0.26067 0.003822 6.80E-02 6.93E-02
9 6.63712 0.15067 -18.556 0.272067 344.324 9.90E-02
10 7.09686 0.14091 0.18018 0.002642 3.25E-02 9.90E-02
11 8.10524 0.12338 -68.204 1 4651.75 0.499858
12 8.28277 0.12073 2.0225 0.029653 4.09036 0.50021
13 8.589 0.11643 -0.11306 0.001658 1.28E-02 0.500212
14 8.79892 0.11365 -65.905 0.966303 4343.53 0.874498
15 10.1378 9.86E-02 4.3552 0.063855 18.9676 0.876133
16 10.2928 9.72E-02 0.11625 0.001704 1.35E-02 0.876134
17 10.9083 9.17E-02 -0.26618 0.003903 7.09E-02 0.87614
18 11.3644 8.80E-02 -14.196 0.208136 201.516 0.893505
19 12.3217 8.12E-02 -0.28899 0.004237 8.35E-02 0.893512
20 12.9614 7.72E-02 35.154 0.51542 1235.77 1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=11604.8
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION ***** Z DIRECTION
Z方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 97.554 1 9516.87 0.553021
2 0.924298 1.0819 0.25756 0.00264 6.63E-02 0.553025
3 1.755 0.5698 72.766 0.7459 5294.87 0.860708
4 2.94087 0.34004 0.24856 0.002548 6.18E-02 0.860711
5 3.0168
6 0.3314
7 25.921 0.265712 671.921 0.899756
6 5.32932 0.18764 4.82E-02 0.000494 2.32E-03 0.899756
7 5.89252 0.16971 0.49343 0.005058 0.243473 0.899771
8 6.24514 0.16012 8.77E-02 0.000899 7.69E-03 0.899771
9 6.63712 0.15067 11.271 0.115535 127.034 0.907153
10 7.09686 0.14091 -0.10633 0.00109 1.13E-02 0.907154
11 8.10524 0.12338 37.864 0.388128 1433.65 0.990463
12 8.28277 0.12073 -1.2935 0.01326 1.67323 0.99056
13 8.589 0.11643 -0.11398 0.001168 1.30E-02 0.990561
14 8.79892 0.11365 8.0987 0.083017 65.5888 0.994372
15 10.1378 9.86E-02 -3.7576 0.038518 14.1194 0.995192
16 10.2928 9.72E-02 -7.96E-02 0.000816 6.33E-03 0.995193
17 10.9083 9.17E-02 0.22812 0.002338 5.20E-02 0.995196
18 11.3644 8.80E-02 -6.3468 0.065059 40.2824 0.997537
19 12.3217 8.12E-02 0.20509 0.002102 4.21E-02 0.997539
20 12.9614 7.72E-02 6.5076 0.066707 42.349 1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=17208.9
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION *****ROTX DIRECTION
绕X轴方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 1350 1 1.82E+06 0.595942
2 0.924298 1.0819 3.5974 0.002665 12.9414 0.595946
3 1.755 0.5698 1068.6 0.79157
4 1.14E+06 0.969357
4 2.94087 0.34004 1.5438 0.001144 2.38343 0.969357
5 3.0168
6 0.3314
7 158.85 0.117674 25234.6 0.977609
6 5.32932 0.18764 0.47986 0.000355 0.23026
7 0.977609
7 5.89252 0.16971 20.451 0.015149 418.24 0.977746
8 6.24514 0.16012 0.70496 0.000522 0.496969 0.977746
9 6.63712 0.15067 80.397 0.059555 6463.6 0.97986
10 7.09686 0.14091 -0.65685 0.000487 0.431457 0.97986
11 8.10524 0.12338 232.68 0.172358 54137.8 0.997564
12 8.28277 0.12073 -7.7029 0.005706 59.3347 0.997583
13 8.589 0.11643 -0.48773 0.000361 0.23788 0.997583
14 8.79892 0.11365 80.35 0.059521 6456.17 0.999695
15 10.1378 9.86E-02 -24.286 0.01799 589.817 0.999888
16 10.2928 9.72E-02 -0.51688 0.000383 0.267167 0.999888
17 10.9083 9.17E-02 1.199 0.000888 1.43765 0.999888
18 11.3644 8.80E-02 -18.408 0.013636 338.866 0.999999
19 12.3217 8.12E-02 1.1376 0.000843 1.29414 0.999999
20 12.9614 7.72E-02 -1.3523 0.001002 1.82873 1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=3.06E+06
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION *****ROTY DIRECTION
绕Y轴方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 -812.86 1 660738 0.352491
2 0.924298 1.0819 -661.78 0.814138 437951 0.58613
3 1.755 0.5698 -607.58 0.747456 369147 0.783063
4 2.94087 0.34004 131.11 0.1613 17190.9 0.792234
5 3.0168
6 0.3314
7 -217.92 0.268096 47490.7 0.81757
6 5.32932 0.18764 -58.911 0.072474 3470.51 0.819421
7 5.89252 0.16971 -3.8717 0.004763 14.9898 0.819429
8 6.24514 0.16012 89.177 0.109708 7952.6 0.823672
9 6.63712 0.15067 -94.149 0.115825 8864.07 0.828401
10 7.09686 0.14091 -56.428 0.069419 3184.11 0.830099
11 8.10524 0.12338 -303.42 0.373272 92061.9 0.879213
12 8.28277 0.12073 392.56 0.482933 154100 0.961422
13 8.589 0.11643 66.749 0.082116 4455.38 0.963799
14 8.79892 0.11365 -70.535 0.086774 4975.17 0.966453
15 10.1378 9.86E-02 31.37 0.038592 984.06 0.966978
16 10.2928 9.72E-02 10.861 0.013362 117.965 0.967041
17 10.9083 9.17E-02 200.78 0.247007 40313.1 0.988547
18 11.3644 8.80E-02 54.265 0.066758 2944.67 0.990118
19 12.3217 8.12E-02 126.69 0.15586 16050.8 0.998681
20 12.9614 7.72E-02 -49.721 0.061168 2472.18 1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=1.87E+06
***** PARTICIPATION FACTORCALCULATION *****ROTZ DIRECTION
绕Z轴方向振型参与系数
MODE FREQUENCY PERIOD PARTIC.FACTOR RATIO EFFECTIVE
MASS
CUMULATIVE
FRACTION
1 0.860826 1.1617 52.641 0.049927 2771.1
2 6.32E-04
2 0.924298 1.0819 -375.25 0.35590
3 140815 3.27E-02
3 1.755 0.5698 -64.949 0.0616 4218.4
4 3.37E-02
4 2.94087 0.34004 -188.9 0.179156 35682 4.18E-02
5 3.0168
6 0.3314
7 208.69 0.197927 43550.6 5.17E-02 6 5.32932 0.18764 -645.22 0.611946 416304 0.146613 7 5.89252 0.16971 -78.652 0.074597 6186.2 0.148023
8 6.24514 0.16012 -436.07 0.413587 190160 0.19135
9 9 6.63712 0.15067 -153.45 0.145541 23548.1 0.196726 10 7.09686 0.14091 -1054.4 1 1.11E+06 0.450074 11 8.10524 0.12338 -607.72 0.576383 369323 0.53424 12 8.28277 0.12073 -973.64 0.923435 947976 0.750278 13 8.589 0.11643 -750.09 0.711409 562631 0.878498 14 8.79892 0.11365 -539.8 0.511968 291388 0.944904 15 10.1378 9.86E-02 31.674 0.030041 1003.23 0.945132 16 10.2928 9.72E-02 228.26 0.216487 52101.2 0.957006 17 10.9083 9.17E-02 -240.97 0.228546 58067.3 0.970239 18 11.3644 8.80E-02 -118.93 0.112795 14143.7 0.973462 19 12.3217 8.12E-02 -169.96 0.161197 28886.8 0.980046
20 12.9614
7.72E-02 295.91 0.280647 87560.1
1
SUM OFEFFECTIVE MASSES=4.39E+06
结构时程分析：
根据《高耸结构设计规范(GBJ135-90)》第3.4.3条，对于特别重要的高耸结构可采用时程分析法作比较计算。

不同设防烈度地区，弹塑性时程分析所用的加速度时程曲线峰值
地震影响 6度 7度 8度 9度 多遇地震 18 35（55） 70（110） 140 罕遇地震
——
220（310）
400（510）
620
对于本结构，将EL-Centro 地震波的峰值折算为设计基本地震加速度值0. 2g ，再用折算系数乘以地震波中每一个时刻的地震加速度，得到一条折算地震波，将折算后的地震波输入程序进行计算。

调整后的EL-Centro 顶点位移时程曲线
-0.80
-0.60
-0.40-0.200.00
0.20
0.400.600.800.0 2.0 4.0 6.08.010.012.0
时间（s）
加速度（m /s 2）
1352节点位移时程曲线t＝4.5时刻结构变形图
根据时程分析结果，在地震作用下，顶点位移最大值0. 355mm，1352节点位移最大值17.7mm，位移值均比较小可以满足规范要求。

考虑重力二阶效应的计算：
本结构高度较高、结构比较复杂，各种载荷中风载起控制因素，并且在水平风载下位移较大，因此在结构分析中通过打开大变形来验算结构是否需要考虑重力的二阶效应：
位移值（m）压力（106N）拉力（106N）正向弯矩（N×m）负向弯矩（N×m）未考虑二阶效应0.159 0.166 0.11 6787.6 －6764.4
考虑二阶效应0.162 0.169 0.12 6856.2 －6832.5
位移图：轴力图Z方向弯矩图：
*******************************************************************************
计算项目: 独立基础
*******************************************************************************
[计算条件]
组合1支座反力
PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE
***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****
CALCULATED LOAD CASE=0
THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN GLOBAL COORDINATES
NODE FX FY FZ MX MY MZ
3 9258.5 0.19601E+06 -1562.0 -1923.9 -469.4
4 -7197.1
12 15800. 91339. -39101. -1288.4 -432.07 -2192.2
15 -4514.8 -24365. -620.97 -1752.3 -79.177 3029.6
30 42250. 70189. 25637. 4192.1 -133.06 -7775.8
39 2252.9 -36621. 6534.1 4605.6 -411.09 -2553.1
48 -15526. -0.16108E+06 42185. 3020.7 165.62 3545.1
1669 -9263.4 0.19607E+06 -1566.0 -1928.0 469.83 7202.1
1678 -15802. 91428. -39146. -1292.6 432.48 2193.7
1681 4520.9 -24246. -635.23 -1756.7 79.320 -3034.4
1696 -42291. 70082. 25666. 4199.3 133.27 7780.1
1705 -2254.0 -36571. 6545.7 4612.1 411.58 2554.6
1714 15569. -0.16107E+06 42231. 3026.2 -165.71 -3549.1
TOTAL VALUES
VALUE -0.79290E-07 0.27117E+06 66167. 13714. 1.5625 3.6166
组合2支座反力
PRINT REACTION SOLUTIONS PER NODE
***** POST1 TOTAL REACTION SOLUTION LISTING *****
CALCULATED LOAD CASE= 0
THE FOLLOWING X,Y,Z SOLUTIONS ARE IN GLOBAL COORDINATES
NODE FX FY FZ MX MY MZ
3 2580.8 80160. 560.35 119.37 -86.885 -2062.7 12 13549. 70432. -2517.5 -38.558 -140.72 -1406.3 15 1471.6 39952. -2991.5 291.73 -41.005 -1377.3 30 12407. 1793.1 1160.2 629.06 -22.071 -2282.2 39 1448.5 -16656. 1042.2 723.00 -127.58 -1424.9 48 10535. -40327. 7495.7 -106.95 -115.1
4 -1225.6 1669 -2584.1 80190. 557.91 116.8
5 87.137 2066.0 1678 -13549. 70480. -2543.9 -41.084 140.98 1407.0 1681 -1467.3 40020. -2999.8 288.98 41.082 1373.9 169
6 -12434. 1759.2 1182.8 634.04 22.216 2285.1 1705 -1449.1 -16570. 1050.0 727.59 127.91 1425.8 1714 -10504. -40295. 7527.0 -102.83 115.0
7 1222.7 TOTAL VALUES
VALUE 3.5456 0.27094E+06 9523.3 3241.2 0.98974 1.4799
独基类型:阶形现浇
独基尺寸(单位mm):
长宽高
一阶 5400 10800 2000
二阶 0 0 0
基础底标高：-2.0m
基础移心：S 方向:0mm B 方向:0mm 底板配筋： Y 方向:10@200 X 方向:10@200
单位面积的基础及覆土重：18.0kPa 柱截面信息： 柱截面高：1850mm 柱截面宽：1220mm 柱偏心x ：0mm 柱偏心y ：0mm
柱转角：0° 荷载信息
竖向荷载基本值： Nk= 136Kn
X 方向弯矩基本值：Mx= 418Kn*m
Y 方向弯矩基本值：My= 238Kn*m
[计算结果] 1、冲切验算
采用GB5007-2002建筑地基基础设计规范,公式如下： 0
7.0h f F m t hp l αβ≤ 8.2.7-1
2/)(b t m ααα+= 8.2.7-2
l
j l A p F = 8.2.7-3
冲切力抗力计算:
X+方向,高度 H= 2000
Fl = pj*Al = 6.87* 1.16= 7.96
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(1.85+5.75)*1.95/2 = 6689.16KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ X-方向,高度 H= 2000
Fl = pj*Al = -1.97* 1.16= -2.28
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(1.85+5.75)*1.95/2 = 6689.16KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ Y+方向,高度 H= 2000
Fl = pj*Al = 0.21*13.62= 2.91
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(1.22+5.12)*1.95/2 = 5580.17KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ Y-方向,高度 H= 2000
Fl = pj*Al = 6.32*13.62= 85.99
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(1.22+5.12)*1.95/2 = 5580.17KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ 四边冲切验算
5400
540010800
2700
2700540010@2002110@200
0.000
-2.000
2000
10@200
1
10@2002
H = 2000.
Fl = N-pk*(bc+2*h0)*(hc+2*h0)
= 136.10- 2.3*(*****+2******)*(*****+2******)*1e-6=67.40Kn Fr = 0.7*Bhp*ft*am*h0
= 0.7*0.90* 1432.9*(*****+*****+2******)*******1e-6= *******Kn ◎◎◎四边冲切验算满足◎◎◎
X+方向,高度 H= 2000mm
Fl = pj*Al = 6.87* 5.51= 37.86
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(0.00+3.90)*1.95/2 = 3432.60KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ X-方向,高度 H = 2000mm
Fl = pj*Al = -0.94* 5.51= -5.19
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(0.00+3.90)*1.95/2 = 3432.60KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ Y+方向,高度 H= 2000mm
Fl = pj*Al = 0.90*18.07= 16.18
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(0.00+3.90)*1.95/2 = 3432.60KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ Y-方向,高度 H= 2000mm
Fl = pj*Al = 6.32*18.07= 114.11
0.7*βhp*ft*(at+ab)*ho/2 = 0.7*0.90*1432.89*(0.00+3.90)*1.95/2 = 3432.60KN ◎◎◎本方向冲切验算满足◎◎◎ 2、配筋验算
采用GB5007-2002建筑地基基础设计规范,计算公式如下：
[]
l p p p p a l M j j j j )())('2(121max max 2
1-+++=
αⅠ
弯矩计算：
x 方向,h0 = 1940mm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]
= 2.70*2.70[(2*****+1.85)*(6868.05+2333.68)+(6868.05-2333.68)*****]/12
= 160.84KNm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]
= 2.70*2.70[(2*****+1.85)*(-2200.69+2333.68)+(-2200.69- 2333.68)*****]/12 = -27.86KNm
y 方向,h0 =1950mm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
5.40*5.40[(2*5.40+1.22)*( -1648.19+ 2333.68)+(-1648.19-2333.68)*5.40]/12 = -32.23KNm M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
5.40*5.40[(2*5.40+1.22)*(6315.54+2333.68)+(6315.54-2333.68)*5.40]/12=304.88KNm x 方向,h0 = 1940mm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
2.09*2.09[(2*****+1.85)*( 6868.05+ 3358.11)+( 6868.05- 3358.11)*****]/12=101.09KNm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
2.09*2.09[(2*****+1.85)*( -2200.69+ 1309.24)+( -2200.69- 1309.24)*****]/12= -21.41KNm y 方向,h0 = 1950mm
M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
4.48*4.48[(2*
5.40+1.22)*( -1648.19+ 1651.60)+( -1648.19- 1651.60)*5.40]/12= -29.67KNm M = 1/12*a1*a1*[(2l+a`)*1(Pjmax+Pj)+(Pjmax-Pj)*l]=
4.48*4.48[(2*
5.40+1.22)*( 6315.54+ 3015.75)+( 6315.54- 3015.75)*5.40]/12=21
6.91KNm
配筋计算：
M1 = 160.837
AGx = M1/(0.9*h0*fy) = 160836.594/(0.9*1.940*210.) = 438.653mm*mm M2 = 304.882
AGy = M2/(0.9*h0*fy) = 304881.500/(0.9*1.950*210.) = 827.246mm*mm
M1 = 101.089
AGx = M1/(0.9*h0*fy) = 101089.008/(0.9*1.940*210.) = 275.702mm*mm M2 = 216.913
AGy = M2/(0.9*h0*fy) = 216912.563/(0.9*1.950*210.) = 588.557mm*mm X 方向配筋 Y 方向配筋
438.653 827.246 原钢筋X 方向配筋量满足 原钢筋Y 方向配筋量满足
计算的配筋方案为： AGx:10@200 AGy:10@200 锚栓计算：
Q235 f t a
=140 Nmax=161*1.35=217.4Kn(拉) N/8=27.18Kn 1/4πde 2*140≥27.18KN de ≥15.7mm 取M22 de=19.65mm (满足) 底板计算：
两边支撑150X150 Nmax=196x1.35=264.6kN
σ=N/A=264.6*1000/(480*480)=1.15N/mm 2
22a ==212.1mm
β2 查表 b 2/a 2=0.5 β2=0.0602 M=β2*σ*a 2
2
M=0.0602*1.15*212.1*212.1=3111N*mm
2031.76<==
mm f
M
t 取t=20mm
连接计算：
1）角钢L110X7：焊角高度取hf=6mm N=77.6kN
Lw1=K1N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.7*77.6*103/(0.7*6*160)+2*6=93 mm
Lw2=K2N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.3*77.6*103/(0.7*6*160) +2*6=47 mm
2）角钢L80X7：焊角高度取hf=6mm N=61kN
Lw1=K1N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.7*61*103/(0.7*6*160) +2*6=76mm
Lw2=K2N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.3*61*103/(0.7*6*160) +2*6=39mm
3）角钢L63X6：焊角高度取hf=6mm N=21.3kN
Lw1=K1N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.7*21.3*103/(0.7*6*160) +2*6=34.2mm
Lw2=K2N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.3*21.3*103/(0.7*6*160) +2*6=22mm
4）左右翼连接处: 角钢L140X12，焊角高度取hf=6mm 最大处为1081节点N=80kN(见下表) Lw1=K1N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.7*80*103/(0.7*6*160) +2*6=95mm
Lw2=K2N/（0.7hf*f f w）+2*hf =0.3*80*103/(0.7*6*160) +2*6=48mm
左右翼连接
组合1下：组合2下：
单元号轴力（N）
横缀条
1073 -3884.3 1073 2340.7
1074 15205 1074 6907.5
1075 -5717.9 1075 1713.4
1076 8032.2 1076 349.83
1077 -8676.8 1077 787.95
1078 -5656.6 1078 -1906.5
1079 5949.2 1079 7016.3
1080 20429 1080 10759
1081 -79804 1081 -52803
1082 48489 1082 25478
斜缀条
1085 -3183.9 1085 -801.55
1086 -3011.4 1086 -121.01
1087 -10128 1087 -5262.7
1088 -12249 1088 -8282.1
1089 12379 1089 5489.8
1090 9012.3 1090 4066.9
1091 3585.8 1091 1271.8
1092 6215.7
整体稳定验算：
重心坐标：X C =8.3500 Y C =10.430 Z C =0.75320 总重：23035kg
公式：1.2S G2k +1.4S Q1k <0.8S G1k
1.2S G2k +1.4S Q1k =0+1.4X47.262X(18+2)=1323
0.8S G1k =0.8X(5.4X10.8X2X25X2.7X2+23.035X5.572)=12699>1323 满足。