尊敬的工程师：
你好！
《周一MIDAS见》-第68期主题：钢结构螺旋楼梯全流程分析与设计
如果您需要技术资料或软件试用，请联系工作人员：
尹书雄 13918635063（微信同号）
徐宇 13918635063（微信同号）
本期刊支持工程师投稿，欢迎大家分享技术！
同时钢结构楼梯面积怎么算，您还可以回复技术主题请求。 《MIDAS周一见》将竭尽全力为大家整理最新的技术资讯！
钢结构螺旋楼梯全流程分析与设计
一、前言
随着建筑技术和建筑材料的发展，钢结构螺旋楼梯越来越多地应用于工程中。钢结构旋转楼梯的结构形式比较新颖。它采用钢材作为结构材料，因此具有重量轻、易于生产加工、施工方便等优点。但楼梯整体结构比较柔软，对人为激励比较敏感，容易产生振动，小了就会让人感觉不舒服，大了就会引起共振，影响安全使用[1] 。因此，钢质螺旋楼梯设计时必须注重强度、刚度、稳定性和舒适度结果。 2019年颁布的《JGJT 441-2019建筑地板振动舒适性技术标准》明确规定了人为激励效应和舒适性要求。基于对本标准的理解，笔者认为，钢结构旋转楼梯应根据走廊、室内立交桥的要求进行舒适度校核。为了准确、快速地完成钢质螺旋楼梯的分析和设计，采用midas Gen和midas FEA NX完成楼梯构件验证、舒适度分析等工作。
2. midas创棒系统模型
使用几何建模软件Rhino建立几何中心线辅助建模。使用Rhin中的螺旋线、圆曲线和直线的建模功能来建立结构的中心线。
建立几何模型后，将内部和外部边界应用于结构。内部边界：阶梯梁和梯梁不应铰接和释放。在midas Gen中，可以根据阶梯梁刚度和阶梯梁刚度计算杆的内力，这比简单粗暴的点铰要好。合理的;外边界：均采用固定支撑来约束6个方向的自由度。
图1 快速建立计算模型流程图
图2 旋转楼梯边界图
3. midas Gen rod系统模型结果分析
对模型施加相应的载荷，得到内力包络图、位移图、应力比图。
图3 轴力、剪力、弯矩包络图
图4 位移与应力比图
对于常规钢楼梯结构设计，在上述内力结果满足规范要求的基础上，即可输出计算表并绘制施工图。由于本项目为市政公建项目，建成后人流量大、使用频率高，因此有必要对结构进行舒适度分析。
4. midas Gen板壳模型舒适度分析
传统的螺旋楼梯采用两侧箱梁和上下密封板制成封闭截面。这种截面杆系模型很难准确反映结构刚度，因此需要建立反映结构刚度的板壳模型。使用Rhino建立几何模型导入midas FEA NX进行有限元网格划分，再导入midas Gen进行舒适度分析，得到结构的最大加速度峰值。
首先，建立Rhino几何模型。您可以使用点、线和面命令手动或参数化地构建所需的几何模型。
图5 几何模型
其次，将建立的几何模型导入midas FEA NX中进行网格划分，利用midas FEA NX网格压印和组合功能快速实现网格划分和耦合。
图6 网格模型
获得网格模型后，我们将模型导入midas Gen中进行舒适度分析。
图7 板壳模型与杆系模型变形对比
第三，保留恒载并添加人群负载条件。 《JGJT 441-2019建筑地板振动舒适度技术标准》第3.2.5节第3项中人群荷载大小取0.35KN/m2。为了获得结构的竖向自振频率，将自重换算质量定义为Z方向，将荷载换算质量定义为Z方向。
第四，计算得到结构一阶竖向自振频率为3.592Hz，模态参与质量达到90%。这里n为2，则人群荷载频率fs1（Hz）=1.796，人群荷载频率fs2（Hz）=3.592钢结构楼梯面积怎么算，楼梯面积（m2）=29，阻尼比0.005，可计算人群密度（人/m2） 。由标准公式可以得到P1(t)和P2(t)时程曲线。
五、设置时程函数数据类型为无量纲函数类型；时程工况设置如下：分析类型为线性，分析方法采用模态叠加法，时程类型为瞬态，模态阻尼比为0.005，人体感应激振载荷可通过添加随时间变化的静载荷。
图8 人群工况定义及质量源定义
图9 标准公式
图10 人为激励负载定义
图11 舒适度分析工况设置
第六，检查变形最大节点的加速度曲线。找到对应的节点后，可以查看节点加速时程结果。
图12 关键节点加速曲线
从结果来看，我们可以看到最终的加速度稳定在1.16m/s2左右，这意味着最大峰值加速度为1.16m/s2。该值超过了规范规定的0.5m/s2，因此需要调整线路模型并进行舒适度分析。梯梁截面由500*200调整为900*300，满足规范要求。
5. 总结
本文结合文献的理解以及midas Gen和midas FEA NX的软件特点来探讨钢结构螺旋楼梯分析和设计的全过程，希望能够帮助工程师更好地理解和掌握钢结构螺旋楼梯。由于作者水平有限，文章中难免存在不足和错误；热忱欢迎工程师批评指正。
祝您一切顺利，心想事成！
恭喜！
朱秉臣
建筑结构助理工程师，主要从事建筑结构设计工作，擅长异型钢结构、异型薄壳结构找形分析、网格优化及有限元分析计算。我们对异型网架结构的受力特性和施工优化进行了深入的研究和应用，形成了较为完整的MIDAS工作流程。已在多个实际项目中使用，效果良好。
往期总结（完整内容请联系工作人员）
第一期：midasGen在景观结构中的应用
第二期：midasGen在石油化工领域的应用
第三期：midasFEANX在节点详细分析领域的应用
第四期：midas Gen在山地建设中的应用
第五期：midasGen在筒仓项目中的应用
第六期：midas Gen在混合结构中的应用
第七期：midas建筑模型导入及结果审核注意事项
问题 8：midasGen 舒适度分析的模拟设置
第9期：midas Gen超长楼板的温度应力分析
第十期：麦达斯Gen钢结构防火设计的实施
第十一期：风荷载标准理解及midas Gen软件应用
第十二期：midasGen在储罐抗震分析中的应用
第13期：midas Gen和midas FEA多尺度模型分析
第14期：在midas中实现螺旋楼梯设计
第十五期：跳柱长度计算的实际荷载与集中荷载对比
第十六期：midas Gen在产业池中的分析与应用
第十七期：midasGen2021V1.1升级内容
第18期：平面不规则结构扭转设计MIDAS的标准理解与应用
第19期：结构力学中的手工计算和计算机计算 第20期：MIDAS GEN防火计算步骤及注意事项
第21期：幕墙电缆预埋件的有限元分析
第 22 期：时间历程分析 - 谈论波浪选择 - 第 1 部分
第 23 期：时程分析 - 谈论波浪选择 - 第 2 部分
第24期：屈曲分析过程及相关问题-第1部分
第25期：屈曲分析过程及相关问题 - Medium
第26期：屈曲分析过程及相关问题-第2部分
第27期：装配式整体组合剪力墙节点分析
第28期：超长结构的温度应力分析
第29期：浅谈抗屈曲约束支撑
问题 30：计算 midas Gen 中的长度值
第31期：隔震分析相关问题
第32期：高层建筑空间旋转钢-混凝土节点弹塑性分析
第33期：地下结构内支撑系统的整体分析在MIDAS程序中实现
第34期：预应力结构施工阶段分析模拟
第35期：MIDAS在低温储罐项目中的应用
第36期：反应置换法软件操作及规格链接
第37期：基于IBC2009和IBC2012的地震荷载
第38期：钢结构稳定性分析二阶效应系数
第39期：关于接触分析和螺栓预紧力的一些思考 - 第1部分
第40期：关于接触分析和螺栓预紧力的一些思考-第2部分
第41期：midasGen在剪力墙稳定性分析中的应用
第42期：超高风电机组混合塔架结构分析要点概述
第43期：TMD在悬挑楼板舒适度分析中的应用
第44期：柱组件迟滞实验模拟分析
第 45 期：midas Gen-应用风荷载简介
第46期：midas发电机组温度与温度梯度的区别
第47期：加劲钢板剪力墙结构（纯钢）在midas Gen中的实现
第48期：结构力学中的手工计算和计算机计算（静定结构）
第49期：midas Gen中耗能减震装置的实现
第50期：在midas Gen中实施钢结构验证
第51期：midas Gen在地下结构分析中的应用
第52期：防爆工程有限元分析与探索
第53期：midas FEA NX中疲劳分析的实现过程
第54期：混凝土收缩计算方法简述
第55期：MIDAS施工现场识别及加固工程案例
第56期主题：Gen多层结构板单元制作及施加楼面荷载注意事项
第57期主题：MIDAS在风机基础中的应用
第58期主题：施工阶段分析中接头断面的几点说明
第五十九期：MIDAS在光伏支架中的应用
第60期：多点激励分析概述及其在midas Gen中的实现
第 61 期：MIDAS 建筑结构 QA 10 常见技术问题
第62期：释放梁端约束含义及输入方法比较
第63期：MIDAS在柔性光伏支架中的应用
第64期：隔震分析中的两个问题
第65期：木结构分析与设计
第66期：迈达斯大厦山体建筑结构分析与设计应用
第67期：陆上风电机组基础底板设计内力计算与比较
