SAP2000之悬挑钢楼梯设计

浅谈钢筋混凝土悬挑楼梯设计[摘要]悬挑楼梯属于空间受力体系，受力复杂，计算繁琐。

本文对现有的钢筋混凝土悬挑板式楼梯设计方法进行介绍，并结合工程实例，对空间刚架法和有限元法的计算结果进行比较，供工程技术人员参考。

[关键词]悬挑楼梯；空间刚架法；板的相互作用法；ltcad；有限元1 悬挑楼梯的计算方法钢筋混凝土悬挑板式楼梯的挑出部分没有梁柱，形式新颖、轻巧，如图1，近年来广泛应用于办公楼、图书馆等公共建筑中。

目前悬挑楼梯的计算方法主要有以下几种。

1.1 空间刚架法[1]。

空间刚架法的计算简化模型如图2，在内力计算中忽略平台板转角部分，并略去踏步的结构作用，把上下楼梯跑都用一根经过它们形心的直线杆件来代替，平台板用半圆形水平曲杆来代替，组成空间刚架，用力法或位移法算出杆件内力和支座反力。

空间刚架法的缺点是难以考虑梯跑与平台板的相互作用。

pkpm的ltcad模块可进行基于空间刚架法的悬挑楼梯计算[2]。

1.2 板的相互作用法[1]。

使用板的相互作用法进行计算时，考虑了平台板与上下梯段的相互作用，计算简图如图3。

将与梯跑相邻的一半平台板作为交线梁，在竖向荷载作用下，首先沿着交线梁设置竖向不动铰支座，求出其反力r及平台板、楼梯跑的截面内力，如图3b。

然后撤销该支座，将反力r反向加到交线梁上如图3c，通过静力平衡和交线梁与梯段的变形协调条件求出另一组内力，则楼梯各截面的内力即为图3b与3c求出的内力总和。

板的相互作用法计算相对简单，配筋也较为方便。

a.实际结构；b.虚设不动铰支座；c.在反向荷载r作用下1.3 有限元计算方法。

有限元法可以较为精确地模拟各种复杂形状的悬挑楼梯，不受以上各种计算方法的假定的限制，但计算结果不直观。

1.4 除以上三种方法外，一些工程技术人员也提出了一些手算的简化算法[3]，在此不一一赘述。

2 工程实例某公共食堂的两跑剪刀式悬挑板式楼梯，l=4480mm，梯段和平台宽b=2200mm，h=2550mm，t=300mm，t1=100mm，t2=350mm。

彩虹廊架结构计算书一、设计依据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）《高耸结构设计规范》（GB50135-2006）《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148:2003）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）《钢结构焊接规范》（GB50661-2011）工程基本条件：1、设计概况工程名称:工程所在地:武汉建筑物安全等级:一级建筑物设计使用年限:25年基本风压:0.40kN/㎡（取100年）地面粗糙度:B基本雪压:0.50kN/㎡地震基本烈度:6度结构构件应力比控制:0.90二、计算简图采用sap2000 v15.1.1软件进行计算总高3米，顶蓬高2.9米。

黄色杆件为∅168x12圆管，蓝色杆件为120x80x4矩形钢管，青色杆件为120x60x4矩形钢管，材质均为Q235B。

三、荷载计算 1、 恒载顶蓬面板为2.5mm 厚铝单板，龙骨加面板恒载Gk=0.4kN /m ²； 构件自重由软件自动添加。

2、活载、雪载顶蓬为不上人屋面，活载为0.5KN /m ²； 雪载为0.5kN/m ²；两者取较大值L=0.5kN/m ²。

3、检修荷载悬挑雨篷最外端横梁处添加施工或检修荷载L2=1.0/m 。

4、风荷载顶蓬面风荷载：《建筑结构荷载规范》8.1.1：垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下列规定确定： 1 计算主要受力结构时，应按下式计算：0K z S Z ωβμμω=根据《建筑结构荷载规范》8.4.1条规定，本工程可不考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响，故风振系数βz 按1考虑。

风荷载体型系数参照《建筑结构荷载规范》表8.3.1第29项次体型，取较大值负风压μs=-1.3及正风压μs=1.3两种工况体型系数。

风压高度变化系数μz=1.0基本风压按100年取W0=0.4 kN/m2顶蓬负风压风荷载标准值Wk=1x （-1.3）x1x0.4=-0.52 kN /m ²，放大按-1.0 kN/m ²计取； 顶蓬正风压风荷载标准值Wk=1x1.3x1x0.4=0.52 kN /m ²，放大按1.0 kN/m ²计取。

1引言公共建筑中经常布置开敞式楼梯。

为了有效利用空间,突出建筑效果,减少楼梯柱对平面占用,建筑师多希望去掉楼梯柱,做成悬挑楼梯。

钢结构悬挑楼梯相比于混凝土悬挑楼梯具有轻质、高强,对主结构连接支座部位影响小,施工便捷等优点而被采用。

当钢悬挑楼梯悬挑尺寸较大,需要进行有针对性的计算分析。

相关文献资料不多,给设计工作带来很多不便。

本文通过工程实例,介绍某公共建筑局部中庭钢结构悬挑楼梯的设计过程。

2工程概况本工程中庭两层通高,中庭四周为悬挑走廊,走廊角部布置悬挑楼梯。

层高5.40m ,双跑楼梯,梯段长5.70m ,休息平台宽1.60m ,总挑出长度为7.30m ,梯段宽1.60m ,踏步宽300mm ,高150mm ,单层踏步共36级。

楼梯平面和剖面图分别见图1a 和图1b 。

根据建筑效果要求,中庭四周走廊外边不能有柱。

3结构选型由于中庭及其四周走廊边上不能设柱,只能做成悬挑式楼梯。

方案阶段,选择钢筋混凝土悬挑楼梯和钢结构悬挑楼梯进【作者简介】陈宏伟（1979~），男，陕西岐山人，高级工程师，从事结构设计与研究。

钢结构悬挑楼梯设计与分析Design and Analysis of Steel Cantilever Stairs陈宏伟1，梁旭东1，陈文莉2（1.中国建筑西北设计研究院有限公司，西安710008；2.咸阳师范学院，陕西咸阳712000）CHEN Hong-wei 1,LIANG Xu-dong 1,CHEN Wen-li 2(1.China Northwest Architecture Design and Research Institute Co.Ltd.,Xi ’an 710008,China;2.Xianyang Normal University,Xianyang 712000,China)【摘要】介绍了悬挑楼梯的选型，对钢结构悬挑楼梯的结构体系、变形及受力特点进行分析。

结合某工程实例，采用通用有限元软件Midas Gen 建立三维空间模型，分析了钢结构悬挑楼梯的变形、内力，并进行了截面应力验算，得出了钢悬挑楼梯主要是由斜向梯梁与平台横梁组成的近似三角形刚架体系，因此钢悬挑楼梯的变形能力提高了。

SAP2000幕墙结构设计工程案例基于《SAP2000在建筑异形幕墙工程中的设计实例解析》著作中的案例解析（提纲）（中国门窗幕墙专家学者设计师协会、港湘建设有限公司屈铮）一、SAP2000幕墙结构设计解析思路前言历时七年，把多年来的建筑幕墙设计与施工经验，通过不断地积累、整理、研究、论证、总结，才完成了这部由多个（21个）不同类型的已竣工的、非常规幕墙实例编著成的专著《SAP2000在建筑异形幕墙工程中的设计实例解析》。

本著作至少有5个亮点：1.在行业内率先把铝单板幕墙定义为非线性分层壳(单层)模型进行分析计算；2.在行业内率先用风工程学原理，把采光顶风荷载利用风压系数，分区域直接导入模型进行分析计算；3.为我国高层建筑为何不宜采用平开方式，建立了分析计算模型提供了理论依据。

4.大跨度钢结构(包括钢板肋)幕墙，均按钢构规范计算了其稳定性并进行了校核；5.双曲面幕墙或单层网壳结构，进行了人机交互方式，按空间网格规范进行了受力方式、无支撑长度比及有效长度系数修正设计。

1.目的让对幕墙结构设计有兴趣、但相关理论基础知识弱一点的初学工程技术人员，一看就基本明白、动手就渐渐学会，边熟悉相关理论基础知识边学会软件应用操作；让有一定相关理论基础的工程技术人员一看就懂、一动手就会、融会贯通、得心应手。

2.过程及方法★建立模型模板建模或CAD导入➩定义材料参数➩定义构件截面➩支座约朿➩构件连接释放➩定义荷载模式➩定义荷载工况荷➩定义荷载组合➩施加荷载➩有限元单元剖分。

★结构分析有效自由度选项➩运行结构分析➩结构位移分析➩结构内力分析➩支座反力分析。

★结构设计设置设计首选项和覆盖项➩运行结构设计➩交互式结构构件设计➩设计结果显示与输出（内力、位移、应力比）。

★其他参数计算出杆件数量、杆件重量、每平方米用材耗量等数据➩为指导预算、施工提供了更直接的参数。

3.结果通过本书的学习，能使幕墙工程设计人员达到对于一些特别的、非常规的幕墙能进行结构分析与设计，在满足国家现行规范的前提下，对幕墙工程施工提供设计依据和技术支持，并能对现场施工进行指导。

1、在构件应力结果检查信息”细节“中出现：应力检查信息－Lambda_y>120*sqrt(235/fy)：phib is no longer correct （chinese 2002）。

我用的是sap2000 9.04版，杆件是否需要添加横向加劲肋呢？答：（a）可能是sap2000在计算phib时应用了钢结构规范附录B.5-1这一简化公式，当Lambda_y>120*sqrt(235/fy)时，phib计算是不准确的，故程序给了这个提示。

（b）应该分两种情况来看这个问题：1.如果是受弯构件，最好按规范规定B.1-1计算phib，复核一下；2.如果是压弯构件，phib值对计算结果影响不大，可接受程序验算的结果。

deeply_shi（c）我也遇到过类似的问题，在《高层民用建筑钢结构技术规程》的第6.4.2条中这样写到：抗震设防建筑的支撑杆件长细比，按照6度或者7度设防时，不得大于120sqre(235/fy)，当按照8度时，不得大于80sqrt(235/fy)，当按照9度时不得大于40sqre(235/fy)。

那么这个提示信息就是指的这个意思，是指长细比不够呀。

yhqzqddsh（d）是构件弱轴的长细比超限了，规范上有这么一条，调一下柱子的计算长度系数，增加侧向支撑syj01032、请问SAP2000校核钢结构构件稳定性吗?整体和局部? 2005-01-17答：（a）能计算整体稳定，当KL/r>200时，就说明结构整体稳定不够。

可以增加翼缘宽度或设置"Ubraced Length Ratio"来减少平面外计算长度，增加整体稳定。

至于局部稳定，事先自己构造决定最好。

其中k值在overwrite中能找到为unbraceed length tatio ，L为杆件长度，r为回转半径。

总的来说应该是KL/r为杆件的长细比过大，不稳定（整体稳定不满足）。

（b）局部稳定的宽厚比是在设计时进行校核的，抗震时是根据荷载组合中是否出现地震荷载来区分宽厚比限值。

下部平接钢结构通廊SAP2000建模分析下部平接钢结构通廊SAP2000建模分析樊正军（中冶北方（大连）工程技术有限公司，辽宁大连116600）摘要：带式输送机通廊有时做成下部平接钢结构通廊，这种结构形式的钢桁架通廊与结构力学平面桁架计算方法稍有不同，文章采用结构结构分析软件SAP2000并结合工程实力对这种结构形式进行了建模分析，并用PKPM对计算结果进行了比较与分析，指出了二者之间的区别并进行了分析，对类似结构的设计和施工具有一定的参考意义。

关键词：带式输送机；下部平接钢通廊；SAP2000；PKPM；建模分析比较引言带式输送机又称胶带输送机，可用于水平运输或倾斜运输，由于使用方便，被广泛应用于现代各种工业企业中，如矿山井下巷道、地面运输系统、露天采矿场及选矿厂等。

带式输送机大多安装在通廊内，由于运输距离长，其通廊长度大，有时要跨越地面建筑物、道路河流等，这种情况下大多采用钢结构通廊（简称钢通廊）。

钢通廊相比混凝土结构通廊而言，由于具有自重轻、跨度大、节省材料、施工方便以及可以合理利用场地等优点，近年来带式输送机钢通廊的应用越来越广泛。

钢结构通廊的结构形式一般采用空间桁架，为减小桁架高度、减少外侧墙面彩板面积及节约钢材量，桁架下弦杆件可选用工字钢或H型钢，将支承带式输送机支腿荷载的梁和起横向联系作用将荷载传至桁架节点的水平横梁布置成顶面与桁架下弦工字钢或H型钢顶面平齐，我们将这种钢结构通廊称之为下部平接钢结构通廊。

本文将结合工程实例，运用结构分析软件SAP2000对这种结构形式的钢通廊进行了建模分析，同时用PKPM进行了校核，为此类结构的设计分析提供一种方法和思路，具有一定的借鉴和参考意义。

1 工程实例概况某钢厂烧结工程项目中一段跨度为30m的胶带机通廊，胶带机支腿荷载为5kN/m，两侧走人处活荷载为3.0kN/m2，该段通廊要求不封闭不采暖。

根据以上要求选用结构形式为下部平接钢桁架通廊，结构布置方案如下：由于工艺要求净宽度3.5m，考虑钢桁架端部门型架宽度等布置两侧桁架中心线距离为3.8m；上弦布置十字交叉水平支撑L75x6，上弦水平连接横梁选用2[12.6背对背组合；桁架下弦布置胶带机支腿梁I16和水平连接横梁HW175x175x7.5x11，满铺-5纹钢板（下方设-60x6@500加劲板，纹钢板及加劲板与钢梁焊接牢固可靠，可假定纹钢板平面内刚度无穷大）；桁架高度取2.7m，桁架端竖杆HM294x200x2x12，端斜腹杆2L125x8，其他斜腹杆2L90x6，桁架所有直腹杆均为2L75x6。

模型介绍：3米长悬挑梁，间距2米，梁规格H350*200*6*8，材质Q345B，恒载4.5KN/M2，活载4KN/M2。

端部刚接。

3D3S计算，导入到SAP2000校核。

结果如下：
1、支座反力（组合1，1.2D+1.4L）活载控制
结果1MAX——Nz=50.941KN，My=-76.412 KN.M
结果2MAX——Nz=50.941KN，My=-76.412KN.M
结论，固端支座反力结果相同。

2、端部弯矩（组合1，1.2D+1.4L）活载控制
结果1——M=76.41 KN.M
结果2——M=76.41 KN.M
结论，固端支座最大弯矩结果相同。

3、悬挑端挑度——增加Y向次梁后的计算结果
结果1——3D3S计算的Uz方向的位移值，-6.0mm，
结果2——SAP2000计算的Uz方向的位移值，-6.28mm，
挠度值相差比较大，6.28-6=0.28，0.28/6.28=4.45%，3D3S计算的挠度值比SAP2000小
4.45%，
结论，挠度值还是相差范围可控。

3D3S的计算结果偏小。

不能查看挠度的处理办法。

具体解决办法如下：
设计/钢框架设计/选择设计组合，荷载组合类型选择挠度，出现错误
组合无法添加到设计荷载组合里面，改组合号
校核结果如下。

钢框架以下步骤是对一个新结构的标准钢框架。

注意用户在特定设计中采取的步骤顺序可能不同，但基本过程将是相同的。

1.使用选项菜单>首选项>钢框架设计首选项命令选择钢框架设计规范，查看钢框架设计首选项并按需要修改。

注意程序对所有钢框架设计首选项提供了默认值，因此除非用户要改变某些默认首选项，不需定义任何首选项。

然而，可以对覆盖项信息进行检查，必要的时候可以进行修改。

2.建立结构模型。

更多信息见建模过程。

3.使用分析菜单>运行分析命令运行分析。

可点击状态栏的开始动画按钮在3-D视图中动画显示变形形状和振型形状。

在3-D视图中的变形形状显示壳结构的应力轮廓图。

当显示振型形状或变形形状时，可使用屏幕下方的剪头键改变当前显示的振型。

使用选项菜单>声音命令，来控制动画声音的开关。

4.可使用设计菜单>钢框架设计>查看/修改覆盖项命令指定钢框架覆盖项。

注意:用户使用此命令前需选择框架单元。

程序对所有钢框架设计覆盖项提供了默认值，因此除非用户要修改某些默认值，不需定义任何覆盖项。

然而，可以对覆盖项信息进行检查，必要的时候可以进行修改。

5.可使用设计菜单>钢框架设计>选择设计组命令指定设计组。

注意用户必须已经通过选择对象和点击指定菜单>指定组命令建立了一些组。

6.要使用程序默认产生的荷载组合以外的设计荷载组合，点击设计菜单>钢框架设计>选择设计组合命令。

注意用户必须已经通过点击定义菜单>荷载组合命令建立了自己的设计组合。

7.使用设计菜单>钢框架设计>设置横向位移目标命令对不同的荷载工况指定位移目标。

8.点击设计菜单>钢框架设计>开始结构设计/检查命令运行钢框架设计。

9.通过以下方法查看钢框架设计结果：▪点击设计菜单>钢框架设计>显示设计信息命令在模型上显示设计信息。

▪显示设计结果时，在一个框架单元上右击，进入交互设计模式对框架单元进行交互设计。