游泳馆设计计算书.docx

游泳馆设计计算书
一、设计工程名称：
三层单跨封闭式游泳馆设计
二、设计资料
1. 工程地点：海南省海口市，设计使用年限:50年
2. 工程规模：三层单跨封闭式游泳馆，采用正放四角锥网架，网架横向跨度150m，纵向跨度67.5m；厚度2.7m;网架铰支于钢筋混凝土柱上；采用焊接球节点；场馆分为跳水馆、游泳馆两部分，跳水馆柱距为7.5m，游泳馆柱距为7.5m，两馆之间柱距22.5m；屋面离地面高度约为15.7m。
3. 自然条件：查《建筑结构荷载规范》GB-5009 2012可知，海南省海口市基本风压为0.75kN/m2，基本雪压为0kN/m2。查《建筑抗震设计规范》GB-50011 2010可知，海南省海口市抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，地面粗糙度为B类，场地类别为Ⅱ类。
4. 材料选用
① 网架钢材采用《碳素结构钢》GB/T700-2006规定的Q345B钢。
② 焊条采用《碳钢焊条》GB/51117-1999中规定的E50型焊条。
③ 螺栓采用性能等级为8.8级高强螺栓。焊接空心球节点采用Q345B钢。
④ 网架支托及其连接杆件均采用Q390钢。
⑤ 钢管型号选用《热轧型钢》GB/T 706-2008中的焊接钢管或无缝钢管。
⑥ 混凝土等级为C40。
5. 结构及各组成构建形式
① 网架形式：正放四角锥网架。
② 屋面板：选用型号为HWB2.5-1的双向预应力CRC网架板，其具体参数如下：
标志尺寸：2500×2500mm2，网架板尺寸：2480×2480×120mm3，
自重：0.8kN/m2
允许均布荷载代表值：2.00kN/m2，
承载能力设计值：2.54kN/m2,
长期允许挠度：L/200，
裂缝控制等级：三级，最大裂缝宽度≤0.2。
本屋面板为重屋面板。
三、屋架形式的选定和结构平面布置
1.屋架形式和几何尺寸
① 网架起拱
由于网架的刚度较大，对于大跨度网架结构（跨度等于或大于60m）,起拱高度取不大于短向跨度的1/300，本设计采用正放四角锥网架网架，忽略起拱高度。
② 允许挠度
用作屋盖时，网架结构的允许不应超过L2/250,其中L2为网架短向跨度，本设计取0.27m。
③ 网架自重
网架自重gok可按下式估算：
gok=ξqwL2/200
其中，
qw=除网架自重以外的屋面荷载标准值，kN/m2
L2=网架的短向跨度，m
ξ=系数，对于型钢网架，ξ取1.2
四、内力计算
1.基本荷载计算
网架自重恒荷载：
gok=ξqwL2200=1.20.12+0.5×67.5200≈0.4kN/m2
（本设计依据3D3S软件自行计算网架自重为准）
吊挂荷载： 根据经验取0.3kN/m2（下弦）
屋面板恒荷载：
HWB2.5-1的双向预应力CRC网架板，板厚120mm，有效宽度2500mm，则屋面板与檩条的自重为0.9kN/m2。
雪荷载： 基本雪压为0kN/m2
风荷载： 由于本设计是轻屋面，故需考虑风吸力的影响。由资料可得基本风压为0.75kN/m2，查《建筑结构荷载规范》GB-5009 2012，风振系数βz=1.2。
对于远海海面和海岛的15.7m游泳馆，风压高度变化系数可按B 类粗糙度类别，由等差法计算的风压高度变化系数μz=1.54；
由下图可知风荷载体型系数μs取-0.6。

图1 封闭式双坡屋面风荷载体形系数计算图
考虑荷载组合：1.0恒载+1.4风荷载（风吸力）
温度荷载： 全年温度差值为20℃，无负温度增量
活荷载： 从资料可知，不上人屋面活荷载为0.50kN/m2。
地震荷载： 抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.30g，场地类别为Ⅱ类，利用3D3S软件自行进行计算。
则除去网架自重外的永久荷载标准值为0.9kN/m2（上弦），吊挂荷载取0.3kN/m2（下弦），活载标准值为0.5kN/m2。
2.荷载组合
1. 基本组合：
工况1：1.0恒载+1.0活荷载

2. 由可变荷载效应控制的组合：
① 工况2：1.2恒载+ 1.4活荷载

② 工况3：1.2恒载+ 1.4风荷载

③ 工况4：1.2恒载+ 1.4温度荷载

④ 工况5：1.2恒载+1.4活荷载+1.4×0.6风荷载

⑤ 工况6：1.2恒载+1.4×0.7活荷载+1.4风荷载

⑥ 工况7：1.0恒载+1.4风荷载

⑦ 工况8：1.2恒载+1.4风荷载+1.4×0.6温度荷载

⑧ 工况9:1.2恒载+1.4×0.6风荷载+1.4温度荷载

⑨ 工况10：1.2恒载+1.4×0.7活荷载+1.4风荷载+1.0×0.6温度荷载 

⑩ 工况11：1.2恒载+1.4活荷载+1.4×0.6风荷载+1.0×0.6温度荷载

⑪ 工况12:1.2恒载+1.4×0.7活荷载+1.4×0.6风荷载+1.0温度荷载

⑫ 工况13：1.2恒载+1.2×0.5活荷载+1.3水平地震荷载 

⑬ 工况14：1.2恒载+1.4×0.7活荷载+1.0温度荷载

3. 由永久荷载效应控制的组合
① 工况15：1.35恒载+ 1.4×0.7活荷载

② 工况16：1.35恒载+1.4×0.7活荷载+1.4×0.6风荷载

③ 工况17：1.35恒载+1.4×0.7活荷载+1.0×0.6温度荷载

④ 工况18：
1.35恒载+1.4×0.7活荷载+1.4×0.6风荷载+1.0×0.6温度荷载

五、设计验算
网架结构为高次超静定结构，采用3D3S软件进行内力分析。网架杆件均为轴心受力杆件，因此按照《钢结构设计规范》GB50017-2003中规定的计算方法进行计算。
1．上弦杆件强度和稳定性计算

（1）最大受拉杆件强度计算
取上弦最大内力组合下受拉应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，上弦最大拉应力产生于结构左侧跨中部分，最大受力杆件D4-3的内力为1317.16kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受拉杆件的容许长细比λ=300。
杆件几何长度l=2500mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×2500=2250mm。
需截面积
A≥Nf=1317160350=3764mm2
杆件D4-3选用杆件截面为∅159×12的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=5541mm2,回转半径i=52.1mm,显然满足强度要求。
λ=l0i=225052.1=44<λ=300
可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
（2）最大受压杆件强度计算
取上弦最大内力组合下受压应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，上弦最大压应力产生于结构中部跨中部分，最大受力杆件D3-10的内力为-440.19kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受压杆件的容许长细比λ=180。
杆件几何长度l=2500mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×2500=2250mm。
查《钢结构设计规范》GB50017-2003 可知，圆钢管属于a类截面，λ=l0i=225046.1=48.8，λfy235=48.8350235=59.6,使用等差法查询并计算出稳定性系数φ=0.884。
需截面积A≥Nφf=4401900.884×350=1423mm2
杆件D3-10选用杆件截面为∅140×10的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=4084mm2,回转半径i=46.1mm,显然满足强度要求。
λ=44<λ=180,可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
2.腹杆杆件强度和稳定性计算

（1）最大受拉杆件强度计算
取腹杆最大内力组合下受拉应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，腹杆最大拉应力产生于网架与支座连接处部分，最大受力杆件D3-15的内力为539.92kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受拉杆件的容许长细比λ=300。
杆件几何长度l=3227mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×3227=2904.3mm。
需截面积A≥Nf=539920350=1543mm2
杆件D4-3选用杆件截面为∅140×10的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=4084mm2,回转半径i=46.1mm,显然满足强度要求。
λ=l0i=2904.346.1=63<λ=300,可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
（2）最大受压杆件强度计算
取上弦最大内力组合下受压应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，上弦最大压应力产生于结构中部跨中部分，最大受力杆件D2-26的内力为-87.44kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受压杆件的容许长细比λ=180。
杆件几何长度l=3227mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×3227=2904.3mm。
查《钢结构设计规范》GB50017-2003 可知，圆钢管属于a类截面，λ=l0i=2904.329.9=97.1，λfy235=97.1350235=118.5,使用等差法查询并计算出稳定性系数φ=0.443。
需截面积A≥Nφf=874400.443×350=564mm2
杆件D2-26选用杆件截面为∅88.5×4的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=1062mm2,回转半径i=29.9mm,显然满足强度要求。
λ=97.1<λ=180,可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
．3.下弦杆件强度和稳定性计算

（1）最大受拉杆件强度计算
取下弦最大内力组合下受拉应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，下弦最大拉应力产生于结构中部跨中部分，最大受力杆件D4-1的内力为1360.61kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受拉杆件的容许长细比λ=300。
杆件几何长度l=2500mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×2500=2250mm。
需截面积A≥Nf=1360610350=3888mm2
杆件D4-3选用杆件截面为∅159×12的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=5541mm2,回转半径i=52.1mm,显然满足强度要求。
λ=l0i=225052.1=44<λ=300,可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
（2）最大受压杆件强度计算
取下弦最大内力组合下受压应力最大杆件进行计算，经3D3S软件内力分析可得，下弦最大压应力产生于结构中部跨中部分，最大受力杆件D3-4的内力为-428.6kN.钢材强度f=350N/mm2。查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，网架结构体系受压杆件的容许长细比λ=180。
杆件几何长度l=2500mm, 查《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）可知，对于网架结构体系焊接空心球连接的弦杆及支座腹杆，计算长度l0=0.9×l=0.9×2500=2250mm。
查《钢结构设计规范》GB50017-2003 可知，圆钢管属于a类截面，λ=l0i=225046.1=48.8，λfy235=48.8350235=59.6,使用等差法查询并计算出稳定性系数φ=0.884。
需截面积A≥Nφf=4286000.884×350=1386mm2
杆件D3-4选用杆件截面为∅140×10的热轧无缝钢管与电焊钢管，其截面积为A=4084mm2,回转半径i=46.1mm,显然满足强度要求。
λ=44<λ=180,可见刚度亦满足要求，且截面选取偏大。
4. 焊接球节点强度验算
空心球的钢材采用国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T 1591 规定的Q345-B 钢。产品质量应符合现行行业标准《钢网架焊接球节点》JG11 的规定。
（1） 不加肋焊接空心球节点验算

当空心球直径为120~900mm 时，其受压和受拉承载力设计值NR(N)可按下式计算：
NR=η0(0.29+0.54dD）πtdf
其中，
D—— 空心球外径（mm）；
t—— 空心球壁厚（mm）；
d—— 与空心球相连的主钢管杆件的外径（mm）；
f —— 钢材的抗拉强度设计值（N/mm2）；
η0——大直径空心球节点承载力调整系数。
当空心球直径≤500mm时，η0=1.0 ；
当空心球直径>500mm 时，η0=0.9。
取不加肋焊接空心球节点5，节点位置如下图

节点5选用WS2206型号的焊接球，直径d=220mm，壁厚t=6mm，《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）规定，网架和双层网壳空心球的外径与壁厚之比宜取25~45，空心球外径与主钢管外径之比宜取2.4~3.0。dt=2206=37, d∅=22088.5=2.49，满足构造要求。
焊接球节点承载力
NR=η00.29+0.54dDπtdf=1.0×0.29+0.54×88.5220×π×220×310
=108.68kN
节点内力分析图如下：

（a） 1号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
1号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为
8kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=800048×3.5=47.62N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（b） 2号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
2号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为6.8kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=680048×3.5=40.48N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（c） 3号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
3号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为1.5kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=150048×3.5=8.93N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（d） 4号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
4号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为8.2kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=820048×3.5=48.81N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（e） 5号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
5号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为-16.8kN<-108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗压强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗压强度σ=Nlwtw=1680088.5×4=47.46N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（f） 6号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
6号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为17.1kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=1710048×3.5=101.79N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（g） 7号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
7号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为-6.7kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗压强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗压强度σ=Nlwtw=670088.5×4=18.93N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（h） 8号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
8号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为10.5kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=1680088.5×4=29.66N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（2） 加肋焊接空心球节点验算

对加肋的空心球，当仅承受轴力或轴力与弯矩共同作用但以轴力为（ ηm≥0.8）且轴力方向和加肋方向一致时，其承载力可乘以加肋空心球承载力提高系数ηd，受压球取ηd=1.4，受拉球取ηd=1.1。
取不加肋焊接空心球节点10，节点位置如下图

节点10选用WSR3510型号的焊接球，直径d=350mm，壁厚t=10mm，《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）规定，网架和双层网壳空心球的外径与壁厚之比宜取25~45，空心球外径与主钢管外径之比宜取2.4~3.0。dt=35010=35, d∅=35088.5=2.49，满足构造要求。
焊接球节点受拉承载力
NRt=ηdη00.29+0.54dDπtdf
=1.1×1.0×0.29+0.54×88.5220×π×220×310
=119.55kN
焊接球节点受压承载力
NRn=ηdη00.29+0.54dDπtdf
=1.4×1.0×0.29+0.54×88.5220×π×220×310
=152.15kN
节点内力分析图如下：

（a） 1号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
1号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为
9.9kN<119.55kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=990048×3.5=58.93N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（b） 2号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
2号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为4.8kN<119.55kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=480048×3.5=28.57N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（c） 3号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
3号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为15kN<119.55kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=1500048×3.5=89.29N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（d） 4号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
4号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为6.5kN<119.55kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=650048×3.5=38.69N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（e） 5号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
5号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为-21.15kN<-152.15kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗压强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗压强度σ=Nlwtw=2115088.5×4=59.75N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（f） 6号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
6号杆件截面为∅48×3.5热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为21.03kN<119.55kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=48mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=3.5mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=2103048×3.5=123.18N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（g） 7号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
7号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为-7.7kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗压强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗压强度σ=Nlwtw=770088.5×4=21.75N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
（h） 8号杆件强度验算
(i) 焊接球强度验算
8号杆件截面为∅88.5×4热轧无缝钢管与电焊钢管，杆件内力为12.29kN<108.68kN，符合强度要求。
(ii) 焊缝强度验算
杆件与焊接球链接强度应按轴心受力的对接焊缝计算:
焊缝计算长度lw=88.5mm,
E50焊条焊缝抗拉强度设计值ftw=310N/mm2
钢管厚度tw=4mm
焊缝抗拉强度σ=Nlwtw=1229088.5×4=34.72N/mm2≤ftw=310N/mm2，显然满足强度要求。
5.支座节点设计验算
以支座类型号为1且受轴向压力最大的支座节点为例进行计算，设计要求按照《空间网格结构技术规程》（JGJ 7-2010）所规定的要求设计，计算按照《钢结构设计规范》GB50017-2003所规定的计算方法进行计算。
（1） 已知条件

支座类型号： 1，
采用十字加劲板支托支座，每块儿分割区域设置一道M48锚栓。
底板宽度：a＝b＝340.0mm
支座设计高度：H=350mm
支座球半径大小：r0=250mm
底板设计厚度：t＝18mm
立板及筋板厚度：t0＝26mm
底板螺栓孔径：D＝53mm
支座受轴向最大压力：Rn＝608.717kN
支座水平方向剪力：Vn＝231.695kN
Q345钢厚度在16~35mm之间，钢材抗压强度设计值：f＝295N/mm2
加肋板与立板对接焊缝高度：hf1=31mm
支座底板与节点板和垂直加劲肋的水平连接角焊缝，焊角尺寸hf2=8mm
C40混凝土计算柱的轴心抗压强度设计值：fc=19.1N/mm2
加劲板宽度：e＝ (a-t0)/2= (340-26)/2=157mm
立板与筋板计算高度：h0＝H-r0-t-t0=350mm
底板螺栓孔的面积：A0＝4×π×(D/2)2=8826mm2
（2） 支座底板厚度及立板、筋板厚度验算：
底板净面积：
Apb=a×b-A0=340×340-8826=106774mm2≥Rnfc=60871719.1=31870mm2
混凝土柱的分布反力：
σc=Rn÷Apb=608717÷106774=5.7N/mm2≤fc=19.1N/mm2
故底板尺寸符合要求。
底板两相邻支撑板的对角线长度：
a1＝{[(a-t0)/2)]2+[(b-t0)/2]2}2=222mm
b1为支座底板中心到a1的垂直距离；
b1＝(a-t0)2×(b-t0)2a1=111mm
a1b1=0.5
故弯矩系数：α=0.06
底板弯矩：Mmax＝α×σc×a12＝16863N·mm
底板厚度：tpb≥3Mmaxf=3×16863295=13.1mm
故底板厚度符合要求。
支座节点板厚度 t ≥ 0.7×tpb=9.2mm
立板厚度符合要求。
（3） 支座节点板间焊缝计算：
① 一般取支座底板的0.7倍计算。
② 双面焊缝计算：
根据《碳钢焊条》GB/51117-1999规定，对于焊缝宽度在16~35mm，E50焊条对接焊缝，抗压强度设计值fcw=295 N/mm2，抗剪强度设计值fvw=170 N/mm2。
垂直加劲肋与支座立板的垂直角焊缝的计算长度：lw=h0-20=80mm
每条焊缝承受偏心弯矩：M＝(Rn×1000)4×e2=119460.71N·mm
每条焊缝承受剪力：V＝(Rn×1000)4=152179.25kN
在偏心矩M作用下垂直于焊缝的正应力：
σM＝6M2×0.7×hf1×lw2=6×119460.712×0.7×31×802=258.05N/mm2<fcw=295 N/mm2
在剪力V作用下平行于焊缝的剪应力：
τv＝V2×0.7×hf1×lw=152179.252×0.7×31×80=43.83N/mm2<fvw=170 N/mm2
按照材料力学第四强度理论，对接焊缝某一点同时受到较大剪应力和正应力作用时，应验算该点的折算应力
σ=σM2-3τv2=258.052-3×43.832=246.63 N/mm2≤1.1fcw=324.5 N/mm2
焊缝高度符合要求。
（4） 支座底板与节点板和垂直加劲肋的水平连接焊缝计算：
每块加劲板与底板之间的连接焊缝长度：L=e-20×2=274mm
在Rn作用下垂直于焊缝的正应力：
σf=Rn4÷0.7×hf2×L=6087174÷0.7×8×274
=99.18N/mm2≤fcw=295 N/mm2
在剪力Vn作用下垂直于角焊缝的剪应力：
τv=Vn4÷0.7×hf2×L=2316954÷0.7×8×274
=37.75N/mm2≤fvw=170 N/mm2
σ=σf2-τv2=99.182-37.752=91.71 N/mm2≤1.1fcw=324.5 N/mm2
焊脚尺寸符合要求。
（5） 锚栓抗剪承载力验算
8.8级高强螺栓抗剪强度设计值fvb=250N/mm2, 底板承压强度设计值fcb=295N/mm2
栓杆承受剪力：Vn=231.695kN
栓杆抗剪承载力设计值：Nvb=nvπ4d2fvb=1×π4×482×250=452.39kN
孔壁承压承载力设计值： Ncb=dt·fcb=48×18×3×295=764.64kN
则单栓抗剪承载力设计值：Nminb=452.39kN>Vn=231.695kN
锚栓抗剪承载力符合要求。
5. 格构柱强度与稳定验算
6. 阶梯型独立杯口基础设计
1.几何参数
柱截面信息：采用：宽bc(mm)×长hc(mm): 500 × 350
基础宽Bx(mm)×长度By(mm)： 2400× 1600
第1阶几何参数(mm):
阶梯高度 h1：300 mm
1阶上距离 A1u: 400mm 1阶下距离 A1d: 400mm 1阶左距离 B1l: 600mm 1阶右距离 B1r: 600mm
第2阶几何参数(mm):
阶梯高度 h2：350 mm
2阶上距离 A2u: 400mm 2阶下距离 A2d: 400mm 2阶左距离 B2l: 600mm 2阶右距离 B2r: 600mm
2.材料参数
基础混凝土等级：C40 抗拉强度ft_b=1.71N/mm^2 抗压强度fc_b=19.10N/mm^2
柱子混凝土等级：C40 抗拉强度ft_c=1.71N/mm^2 抗压强度fc_c=19.10N/mm^2
钢筋等级：HPB335fy=300.00N/mm^2
3.计算信息
结构重要性系数: γo=1.0
基础埋深: dh=1.500m
纵筋合力点至近边距离: as=40mm
基础及其上覆土的平均容重: γ=18.000kN/m^3
最小配筋率: ρmin=0.150%
基础底面积: A=Bx*By=2.400×1.600=3.840m^2
底板配筋计算高度: ho=h1+h2+h3-as=0.650-0.040=0.610m
上部土体重度: Gk=γ*Bx*By*dh=18.000×2.400×1.600×1.500=103.680kN
G=1.35*Gk=1.35×103.680=139.97kN
二、验算结果一览
验算项 数值 限值 结果
轴心荷载作用下地基承载力 0.829 最大1.00 满足
偏心荷载作用下地基承载力 1.195 最大291.12 满足
x1方向柱对基础的剪切验算1 — — 无需验算 满足
x2方向柱对基础的剪切验算2 — — 无需验算 满足
y1方向柱对基础的剪切验算1 — — 无需验算 满足
y2方向柱对基础的剪切验算2 — — 无需验算 满足
h2变阶处x方向冲切验算 0.436 最大1.00 满足
h2变阶处y方向冲切验算 0.093 最大1.00 满足
局部承压验算 — — 无需验算 满足
X方向配筋验算 750.000 最大904.78 满足
Y方向配筋验算 750.000 最大904.78 满足

三、工况组合内力
组合 N Mx My Vx Vy Mdx Mdy
基本组合1 824.61 23.51 2.87 1.59 -125.66 105.19 3.90
基本组合2 413.26 9.99 1.05 0.58 -51.07 43.19 1.43
基本组合3 548.96 -14.00 10.55 -1.35 -247.52 146.89 9.67
基本组合4 670.47 18.44 2.19 1.21 -97.71 81.95 2.98
基本组合5 521.38 13.54 1.53 0.85 -70.67 59.48 2.08
基本组合6 751.89 4.05 7.89 0.05 -215.58 144.18 7.92
基本组合7 657.08 -10.45 11.03 -1.09 -267.12 163.18 10.32
基本组合8 340.54 -9.47 6.07 -0.96 -140.99 82.17 5.45
基本组合9