SAP2000之悬挑钢楼梯设计
钢筋混凝土悬挑楼梯设计
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。
SAP2000案例教程——钢框架
【定义】>【荷载模式】>(选中“QUAKEX或 QUAKEY”后)【修改侧向荷载模式】
钢框架设计—8
SAP2000 案例教程
工作内容
功能
命令
施加荷载
分析
进行模型分析 首选项
【分析】>【运行分析】 【设计】>【钢框架设计】>【显示/修改首选 项】
设计
钢框架设计—9
SAP2000 案例教程
工作内容 设计组
（6.4.6-1） （6.4.6-2） （6.4.6-3）
n
fy E
1.3 抗震设计等级 根据（GB50011-2010）第 8.1.3 条确定。 1.4 结构重要性系数 0 根据钢结构规范 3.2.1 规定，应按照现行《建筑结构可靠度设计统一标 准》采用。 1.5 忽略宽厚比校核 对应《钢结构设计规范》（GB50017-2003）所有对钢结构宽厚比或高厚 比限值的验算。 1.6 梁按压弯构件设计 梁是否按照压弯构件设计。 1.7 样式活荷载系数 考虑连续梁和悬臂梁活荷载不利分布的参数，适用于国外规范，中国规 范没有相应要求，一般取默认值 0。 1.8 需求/能力 比例限值 设定最大应力比，在自动优化设计中作为应力比控制限值，超出此值将 更换截面或给出警告信息。 2 钢框架设计覆盖项 钢框架设计覆盖项是对单个钢结构构件设计参数的设置及修正，当杆件 的设计参数与首选项参数或程序默认参数不同时，可以直接在覆盖项中进行 修改。修改后，程序可直接基于新的参数对构件进行设计，同时可在设计详 细信息中查看新的设计结果。
功能
命令 【设计】>【钢框架设计】>【选择设计组】
设计/校核
【设计】>【钢框架设计】>【开始结构设计/校 核】 【设计】 >【钢框架设计】 > 【校核分析与设计 截面】 当存在构件的分析截面与设计截面不一致时，弹 出如下对话框，执行【分析】 >【运行分析】， 【设计】>【钢框架设计】>【开始结构设计/校 核】，直至所有构件的分析截面和设计截面完全 一致。
sap2000钢结构廊架计算书
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。
钢结构悬挑楼梯设计与分析
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 - 提纲(屈铮)
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。
sap2000部分钢框架设计结果说明
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。
结构设计SAP2000分析模型56例
✔
比。
4. 并通过压扁处不同长 径比的分析对比得到
合理的长径比控制参
数。
1. 通过分析该出的应力
分布情况并与杆件设
壳单元
计应力对比，得到控 ✔
制杆件应力比的目
的。
8
方钢管相交 53 节点有限元
分析
铸钢节点在 相交处倒圆 54 角的有限元 分析
树枝状铸钢 55 节点有限元
分析
壳单元
同上
✔
1. 圆 钢 管 相 交 处 倒 圆
大型商业超 长地下室顶 35 板与外墙协 同并考虑楼 板开洞的温 度应力分析
6m 长悬臂 混凝土梁根 36 部混凝土局 部压应力分 析。 超长地下室 外墙设置 “膨胀弯” 37 对缓解温度 应力的作 用。
各类楼盖自 38
振频率计算
拱形高压高 温蒸汽管道 39 支座推力计 算。
1. 通过节点束缚表达钢 板通过螺栓与既有混
壳单元
✔
性。
1. 整体分析考虑顶板支
框架/索 壳单元
撑和相互垂直侧壁的
支撑作用。
✔
2. 用于设计。
实体单
元
弹簧单 1. 用于分析。
×
元
框架/索 壳单元
1. 用于分析
×
壳单元 2. 用于设计
✔
框架/索 1. 验证规范规定的实际 ×
壳单元
意义。
3
地下室防水 20 板 （ 桩 ‐ 承
台）有限元 分析。
工字钢轴心 21 受压柱的屈
实体元 壳单元
凝土梁之间的连接关
系。
✔
2. 验证这种补救措施的 可行性。
1. 针对温度应力的分布
和数值有针对性地配
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。
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SAP2000之悬挑钢楼梯设计
摘要：本文就利用SAP2000进行悬挑钢楼梯的设计过程做了简要的分析，并对结果进行计算结果的判定做了分析
关键词：sap2000;悬挑钢楼梯;应力比
前言
在商业建筑之中建筑师为了追求更完美更实用的建筑，往往对结构要求较高，有时候甚至突破常规的结构选型，用一些很少用的结构型式以满足建筑的功能需要，比如悬挑楼梯等构件。
2014年9月我们单位接到一个设计任务是为苍溪一个商业综合体做附属钢结构的设计，其中里面就包含了一些悬挑楼梯的设计。
悬挑楼梯设计用常规的软件无法建模计算，只能借用一些特殊的软件，我们选用了国际通用有限元分析软件SAP2000。
SAP2000作为国际最权威最通用的有限元分析软件已经被大量的用于各种构件的计算分析。
本文就
SAP2000用于悬挑楼梯的设计做一些浅显的分析。
项目概况：本项目位于四川省苍溪县。
基本情况为：抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为Ⅱ类，地面粗糙度类别：B。
根据抗震规范8.1.3条本项目的钢结构不考虑地震作用。
楼梯的外形尺寸如图一所示：
分析计算
第一步建模，
根据悬挑楼梯的特点，只能用悬挑折梁作为主要受力构件，这个梁的跨度有6米，按照钢结构垮高比1/15-1/20且考虑了悬挑作用，我们选用了HN400X200X8X13的轧制型钢作为受力构件。
考虑到是公共商业建筑我们每跑梯段设置了3根受力构件。
SAP2000自身的建模功能并不太好，但是他跟很多国际通用绘图软件是可以相互导入导出的，因此悬挑楼梯的建模我们是先在AUTOCAD里面建的线模，然后再导入到
SAP2000里面定义截面。
需要注意的是在CAD里面建线模的时有几点需要注意
1.各种构件需要严格的分层，比如柱，梁，板等构件需要建在不同的层里面。
2.构件不要放在0层里面
3.不要用多义线
4.需要在三维空间里面建模。
需要注意的是CAD的线模要以.DXF的形式保存，不能以我们常用的.DWG格式保存。
建好线模之后就可以导入到SAP2000里面去了。
在SAP2000里面定义好各个构件的截面型式并定义好支座及约束，该悬挑楼梯支撑在上下2层楼的
框架梁上面，因此几个支点我们都定义为固结。
在模型里面我们用一块50mm的混凝土斜板来模拟了楼梯踏步与梯步的刚度和重量。
并加上恒载1.5KN/M2的面荷载，活载3.5
KN/M2的面荷载.楼梯边梁按照1.2 KN/M的线荷载。
楼梯的自重由程序自动计算。
模型简图如下：
第二步
基本模型建好之后就可以设定各种参数。
由于sap2000是有限元分析软件，所以所有构件必须剖分。
一个板单元大概是0.7x0.9米左右，梁单元按照板单元的交点划分。
荷载组合我们进行了四种荷载组合：其中强度组合三种a：1.2恒+1.4活;b：1.35恒+0.98活，c：a和b的包络;变形组合一种：1.0恒+1.0活。
程序一般会自动计算自身的模态。
第三步计算结果的分析与判定
SAP2000进行整体计算之后我们首先需要看的是整体
指标：变形及动力学特征比如周期、频率等。
变形按照钢结构设计规范附录A，最大允许变形为30mm，本项目的的最大变形为28mm，小于规范要求，但由于是商业建筑对变形的要求控制比较严格，故我们可以通过预先起拱的方式来减少变形。
在这里需要说明的是由于是室外的商业楼梯我们必须满足舒适度的要求，参考《高层建筑混凝土结构技术规程》
（JGJ 3-2010）3.7.7楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz。
这一条往往被人忽略。
本楼梯的第一自振周期对应的频率为8.23Hz，满足规范要求。
本项目的挠度及模态图如下：
看完整体指标之后就是构件层面上的设计，这一步必须进入到设计>钢框架设计这一步否则只是一个整体计算结果，无法满足我们设计的需要，而且必须选择中国规范并按照中国规范修改里面的参数。
修改完成之后才能进行构件层面上的设计，这个步骤需要反复直到所有的构件满足并合理之后才算完成。
结束语：考虑到是悬挑钢楼梯，因此我们对应力比控制得比普通的楼梯要严格一些，并且我们从前面的扰度变形来看起控制作用的并不是强度而是变形。
正确的使用
SAP2000，我们作出了合理的设计，顺利通过审图并且得到了业主的认可。
通过我们这次对纯悬挑钢楼梯的设计并且对有限元软件分析的使用，帮助我们以后对复杂构件的分析起到了提高作用。