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超薄楼梯

超薄楼梯——宇宙第一开发商的选择总没有错

by 邵工——建筑结构工程师 Structural Engineer |2017年9月15日 | 结构产品, 装配技术
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1 项目介绍

项目完成后照片

项目完成后照片

本工程为长沙某开发商一个项目中的超薄异型钢结构楼梯

楼梯的踏步板和侧壁板的厚度都是16mm,扶手采用Φ76mm×6mm的热轧无缝钢管。因为结构的造型比较奇特,所以需要用有限元软件来分析结构的强度和变形。

同时,由于侧壁板没有任何侧向的支撑,所以特别容易发生侧向的屈曲破坏,需要用有限元软件来模拟屈曲破坏的形态并求得屈曲荷载。

再者,也要考虑材料非线性的影响,通过对结构进行非线性分析,来获得结构的极限荷载。

2 静力分析

本次分析主要分析了前述荷载作用下的结构变形,并计算出踏步板的挠度大小;同时分析了结构的应力情况。

图1:有限元模型

图1:有限元模型

图 2: 结构Y方向位移云图

图 2: 结构Y方向位移云图

计算所得结构Y方向(踏步板法向)的位移云图如图 2所示,最大位移为-4.586mm。通过ANSYS查询出踏步板边缘的Y方向位移是-1.653mm,计算出最大挠度值是2.933mm,挠跨比约为1/613。位移满足规范要求。

图 3: 应力集中位置的Mises应力云图

图 3: 应力集中位置的Mises应力云图

图3是该结构的Mises应力云图,可以发现有明显的应力集中现象,最大的应力是380MPa,超过屈服应力235MPa。

应力集中可能是与支座所在的位置有很大关系,所以支座应该避免设在如图4所示的转角位置,而应该往中间靠拢一些,实际工程中也是这么处理的。

3 结构特征值屈曲分析结果

本次分析主要分析了结构的屈曲变形,并获得结构的屈曲特征值的大小。

 

图 4: 结构的屈曲变形云图

图 4: 结构的屈曲变形云图

如图4所示,结构的屈曲荷载是158.61 kN/m2 ;很明显可以看出是侧壁板发生了侧向失稳,原因是侧壁板没有如何侧向的支撑,所以要避免结构达到屈曲荷载值,发生失稳。

4 结构模态分析结果

本次分析主要分析了结构的振动模态,并获得结构的主频率值。

 

图 5: 结构的第一模态振型图

图 5: 结构的第一模态振型图

如图5所示,结构的主频率是7.588 Hz ,满足结构舒适度要求。

5 结论

综上,该结构设计满足要求。

该超薄楼梯安装快速,设计轻巧,适合在商场、酒店、别墅等开放场合使用。

6 项目完成后照片

项目完成后照片

项目完成后照片

建筑一网jianzhu1.com)是一群同济大学毕业建筑和土木相关专业毕业的研究生和博士组成的技术团体。我们自2011年始即开始从事结构设计和研究工作, 积累了大量的研究成果和创新技术,并整理了对中国规范、欧洲规范和美国规范的总结笔记。此外, 团队还在结构产品领域有所研究,并推出了超薄夹层、板桁架、无檩网架、装配式厂房和装配式酒店等相关装配式产品。

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