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3D3S在塔库钢结构设计中的应用

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李冉

摘要：以16层塔库为例，对其施加恒载、活载、风载及地震荷载，通过3D3s进行内力分析得出支座反力，然后进行钢结构验算，判断所用钢结构型材性能参数等是否满足设计规范。针对不满足要求的杆件进行优化设计，以使其符合《钢结构设计规范》、《建筑结构抗震设计规范》等。

关键词：3D3s 塔库钢结构设计

一、引言

随着社会的发展，中国的汽车保有量越来越大，在人员密集的公共场所或住宅小区内，停车位越来越紧张，停车难的问题给人们造成越来越大的困扰。立体车库可以有效地解决这类问题。在人员密集的公共场所，塔库的优势明显，占地面积小、空间利用率高、存取车方便等。

3D3S是同济大学开发的专门用于钢结构设计的软件，它基于AUTOCAD开发，简单易学，计算准确，大大减少了钢结构设计过程中的计算量，节省了时间。它很适合用于对塔库进行钢结构设计验算。

二、结构建模

3D3S中有专门用于多高层结构分析验算的多高层模块。其建模方式、荷载添加、结构验算等过程具有很强的针对性、专业性，非常适合对塔库钢结构进行分析验算。

（一）建立标准层

根据立柱间距、梁间距等，建立正交轴网。设备分左中右三跨，跨距分别为5.3m、6.5m、5.3m，前后立柱间距8.1m。根据设计结构特点，需建立7个标准层。1～8层立柱为250*10的方管，9～16层立柱为200*10的方管，横梁为300*150的H型钢，纵梁为148*100的H型钢，1～8层斜撑为20b槽钢，9～16层斜撑为14b槽钢。标准层1如图1所示：

（二）楼层组装

第1层层高3.1m，2-16层层高均为2.1m。设备标高取-700mm。楼层组装后如图2所示：

三、添加荷载

（一）定义地震作用参数

设计规范选择《GB50011建筑抗震设计规范》，地震烈度为7度0.15g，场地类别II。地震烈度及场地类别因所在县市而不同，具体数值需根据规范确定。

（二）添加恒载DL

恒载为停车位的重量m车位=200KG，分布在8个节点上，所以每个节点受z方向的力DL车位1=-0.25KN，相邻停车位有4个节点重合，每个节点受z方向的力DL车位2=-0.5KN。如图3所示：

（三）添加活载LL

活载为汽车的重量。设备额定载重G额=2350KG，考虑到冲击力，取安全系数s=1.06.将载重设定为s·G额=1.06×2350KG=2500KG。根据《机械式立体车库通用安全要求》，汽车的重量按6：3的比例分配到前轮和后轮，分别为750KG、500KG。故活载分别为LL11=-3.75KN，LL12=-2.5KN，LL21=-7.5KN，LL12=-5KN。汽车重量通过停车位作用到钢结构的节点上，其节点位置与恒载的节点位置相同。如图4所示：

（四）添加风载

根据《GB5009建筑结构荷载规范》，塔库正面体型系数取0.8.侧面体型系数取-0.7.背面体型系数取-0.5。软件自动计算得到风振系数。在相互垂直的2个方向分别施加风载，模拟不同风向对塔库的作用。基本风压和地面粗糙度因不同的建造地点而异，需根据规范确定。此处取基本风压取0.55KN/m2，地面粗糙度为B类，建筑结构类别为高层结构，房屋类型为钢结构，其它参数取默认值。

塔库需要设计外封结构，风力通过外封作用在钢结构上。通过建立导荷载板模拟外封结构，将风载作用在一定的面单元上。

四、内力分析

對钢结构进行结构计算后，可以得出支座反力，为以后的柱脚设计提供参考数据。还可以直观地显示结构的位移。内力分析的结果是设计验算的数据来源。支座反力如图5所示：

五、设计验算及优化设计

验算规范选择《GB 50017-2003钢结构设计规范》、《GB50011-2010建筑抗震设计规范》。验算后发现出入口处250*8的方管立柱应力比为1.259。在立体车库钢结构设计中，一般取应力比1≈0.5。故考虑增大此处截面为300*12的方管，重新验算后合格。该模型中的所有杆件的强度、稳定性、扰度、长细比均满足相关规范的要求。

六、结论

通过使用3D3S对16层塔库的钢结构进行分析验算，得出了该结构在一定的荷载作用下的性能参数。按照相应的规范，对每个杆件的应力、稳定性、扰度、长细比等进行了判断。为设计人员对钢结构进行优化设计提供了一种很好的方法。该方法使得设计人员在较短时间内设计出即满足规范又能合理控制成本的钢结构方案。相信其在立体车库领域内的应用会越来越广泛。

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