3D3S在塔庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

李冉

摘要：以16層塔庫為例，對其施加恒載、活載、風(fēng)載及地震荷載，通過3D3s進(jìn)行內(nèi)力分析得出支座反力，然后進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)驗算，判斷所用鋼結(jié)構(gòu)型材性能參數(shù)等是否滿足設(shè)計規(guī)范。針對不滿足要求的桿件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，以使其符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范》等。

關(guān)鍵詞：3D3s 塔庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、引言

隨著社會的發(fā)展，中國的汽車保有量越來越大，在人員密集的公共場所或住宅小區(qū)內(nèi)，停車位越來越緊張，停車難的問題給人們造成越來越大的困擾。立體車庫可以有效地解決這類問題。在人員密集的公共場所，塔庫的優(yōu)勢明顯，占地面積小、空間利用率高、存取車方便等。

3D3S是同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的專門用于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的軟件，它基于AUTOCAD開發(fā)，簡單易學(xué)，計算準(zhǔn)確，大大減少了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的計算量，節(jié)省了時間。它很適合用于對塔庫進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算。

二、結(jié)構(gòu)建模

3D3S中有專門用于多高層結(jié)構(gòu)分析驗算的多高層模塊。其建模方式、荷載添加、結(jié)構(gòu)驗算等過程具有很強(qiáng)的針對性、專業(yè)性，非常適合對塔庫鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析驗算。

（一）建立標(biāo)準(zhǔn)層

根據(jù)立柱間距、梁間距等，建立正交軸網(wǎng)。設(shè)備分左中右三跨，跨距分別為5.3m、6.5m、5.3m，前后立柱間距8.1m。根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)特點，需建立7個標(biāo)準(zhǔn)層。1～8層立柱為250*10的方管，9～16層立柱為200*10的方管，橫梁為300*150的H型鋼，縱梁為148*100的H型鋼，1～8層斜撐為20b槽鋼，9～16層斜撐為14b槽鋼。標(biāo)準(zhǔn)層1如圖1所示：

（二）樓層組裝

第1層層高3.1m，2-16層層高均為2.1m。設(shè)備標(biāo)高取-700mm。樓層組裝后如圖2所示：

三、添加荷載

（一）定義地震作用參數(shù)

設(shè)計規(guī)范選擇《GB50011建筑抗震設(shè)計規(guī)范》，地震烈度為7度0.15g，場地類別II。地震烈度及場地類別因所在縣市而不同，具體數(shù)值需根據(jù)規(guī)范確定。

（二）添加恒載DL

恒載為停車位的重量m車位=200KG，分布在8個節(jié)點上，所以每個節(jié)點受z方向的力DL車位1=-0.25KN，相鄰?fù)＼囄挥?個節(jié)點重合，每個節(jié)點受z方向的力DL車位2=-0.5KN。如圖3所示：

（三）添加活載LL

活載為汽車的重量。設(shè)備額定載重G額=2350KG，考慮到?jīng)_擊力，取安全系數(shù)s=1.06.將載重設(shè)定為s·G額=1.06×2350KG=2500KG。根據(jù)《機(jī)械式立體車庫通用安全要求》，汽車的重量按6：3的比例分配到前輪和后輪，分別為750KG、500KG。故活載分別為LL11=-3.75KN，LL12=-2.5KN，LL21=-7.5KN，LL12=-5KN。汽車重量通過停車位作用到鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點上，其節(jié)點位置與恒載的節(jié)點位置相同。如圖4所示：

（四）添加風(fēng)載

根據(jù)《GB5009建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，塔庫正面體型系數(shù)取0.8.側(cè)面體型系數(shù)取-0.7.背面體型系數(shù)取-0.5。軟件自動計算得到風(fēng)振系數(shù)。在相互垂直的2個方向分別施加風(fēng)載，模擬不同風(fēng)向?qū)λ斓淖饔谩；撅L(fēng)壓和地面粗糙度因不同的建造地點而異，需根據(jù)規(guī)范確定。此處取基本風(fēng)壓取0.55KN/m²，地面粗糙度為B類，建筑結(jié)構(gòu)類別為高層結(jié)構(gòu)，房屋類型為鋼結(jié)構(gòu)，其它參數(shù)取默認(rèn)值。

塔庫需要設(shè)計外封結(jié)構(gòu)，風(fēng)力通過外封作用在鋼結(jié)構(gòu)上。通過建立導(dǎo)荷載板模擬外封結(jié)構(gòu)，將風(fēng)載作用在一定的面單元上。

四、內(nèi)力分析

對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算后，可以得出支座反力，為以后的柱腳設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)。還可以直觀地顯示結(jié)構(gòu)的位移。內(nèi)力分析的結(jié)果是設(shè)計驗算的數(shù)據(jù)來源。支座反力如圖5所示：

五、設(shè)計驗算及優(yōu)化設(shè)計

驗算規(guī)范選擇《GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》、《GB50011-2010建筑抗震設(shè)計規(guī)范》。驗算后發(fā)現(xiàn)出入口處250*8的方管立柱應(yīng)力比為1.259。在立體車庫鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中，一般取應(yīng)力比1≈0.5。故考慮增大此處截面為300*12的方管，重新驗算后合格。該模型中的所有桿件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、擾度、長細(xì)比均滿足相關(guān)規(guī)范的要求。

六、結(jié)論

通過使用3D3S對16層塔庫的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析驗算，得出了該結(jié)構(gòu)在一定的荷載作用下的性能參數(shù)。按照相應(yīng)的規(guī)范，對每個桿件的應(yīng)力、穩(wěn)定性、擾度、長細(xì)比等進(jìn)行了判斷。為設(shè)計人員對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計提供了一種很好的方法。該方法使得設(shè)計人員在較短時間內(nèi)設(shè)計出即滿足規(guī)范又能合理控制成本的鋼結(jié)構(gòu)方案。相信其在立體車庫領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用會越來越廣泛。