鋼結(jié)構分析課件

1、高層建筑鋼結(jié)構設計第4章 結(jié)構分析一般原則和基本假定分析模型分析方法結(jié)構的整體穩(wěn)定性與P - 效應第四章 結(jié)構分析4.1 一般原則和基本假定計算總則非抗震結(jié)構彈性分析 抗震結(jié)構小震驗算計算內(nèi)力和位移彈性分析內(nèi)力位移大震驗算彈塑性分析變形驗算對于某些高層中震可修，通過構造要求保證組合梁的考慮方法可靠連接彈性分析時考慮混凝土樓板與鋼梁共同工作 壓型鋼板組合樓蓋中梁的慣性矩可?。簝蓚?cè)樓板時，1.5Ib 一側(cè)樓板時，1.2Ib鋼梁彈塑性分析時不考慮樓板與鋼梁的共同工作次構件的考慮方法忽略次構件的影響忽略非結(jié)構構件的影響必要時考慮一定的受力蒙皮作用分析模型結(jié)構布置規(guī)則，不計扭轉(zhuǎn)時平面結(jié)構模型具有多種抗側(cè)

2、體系，不計入扭轉(zhuǎn)時 空間協(xié)同工作原理布置不規(guī)則結(jié)構，體型復雜平面抗側(cè)力結(jié)構 空間結(jié)構模型分析模型中需要考慮的因素梁柱的彎曲變形、軸向變形、宜計入剪切變形節(jié)點域的剪切變形支撐的軸向變形支撐在整體分析中的要求支撐兩端常做成剛性連接但可按兩端鉸接計算內(nèi)力偏心支撐中的耗能梁段分析時應取為單獨單元嵌入式墻板的分析原則可按相同水平力作用下側(cè)移相同的原則，將其折算成 等效支撐或等效剪切板計算。4.2 分析模型分析模型應視設計階段而定：初步設計階段簡化模型，計算快速中間和最終設計階段精確模型，結(jié)果準確1)結(jié)構分析模型的發(fā)展平面框架分析協(xié)同工作分析三維空間分析平面規(guī)則各片框架相似 一般不用于高層平面規(guī)則框架、剪

3、力墻 框架剪力墻任意體型梁、柱、剪力墻 組成結(jié)構體系框架結(jié)構平面簡化模型豎向荷載作用下可采用分層法計算內(nèi)力（彎矩）2)簡化模型簡化模型水平荷載作用下可采用反彎點法或 D 值法 求內(nèi)力和位移剪力墻和均勻開洞剪力墻的簡化模型不開洞剪力墻可簡化為懸臂柱墻體均勻開洞時，可簡化為帶剛域的框架計算平面布置規(guī)則的框架- 支撐 ( 剪力墻) 結(jié)構， 在水平荷載作用下的簡化協(xié)同分析模型總框架總支撐總剪力墻體系復雜，平面和豎向不規(guī)則的結(jié)構，宜采用三維空間分析模型，通常采用桿系模型進行有限元分析。平面桿系模型3) 精確分析模型建立合理的計算模型(一)樓板(二)樓板與梁的共同工作 (三)梁、柱、墻(四)梁柱節(jié)點(五)

4、柱間支撐與耗能梁段 (六)裝配嵌入式剪力墻空間桿系模型中的空間梁元和薄壁桿件單元模型空間桿件薄壁桿件基于塑性鉸理論的梁單元模型沿截面和桿長的積分單元模型平面梁、柱單元的雙分量桿件模型的骨架曲線4) 彈塑性動力分析中單元的骨架曲線節(jié)點域的骨架曲線剪力與剪切變形的關系鋼支撐桿件的滯回模型支撐桿件的滯回性能 45 125支撐的 maison 模型內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻骨架曲線VyVuyK1K2=0.1K1u0帶豎縫混凝土剪力墻骨架曲線墻板有效寬度ee210uuVVVuuK = tg2= 0.2*KK =tg1在水平荷載作用下可近似地簡化為平面抗側(cè)力體系。 將所有框架合并為總框架將所有支撐合并為總支撐將所

5、有剪力墻合并為總剪力墻1)簡化分析方法鋼框架結(jié)構（豎向荷載：分層法；水平荷載： D 值法）鋼框架支撐結(jié)構和鋼框架剪力墻結(jié)構4.3 分析方法進行簡化分析時，總支撐可視為一根豎向彎曲桿件，其等效慣 性矩 Ieq 為：mnijeqAa2ijIj 1i 1其中：折減系數(shù)，對中心支撐可取 0.8 0.9 ；Aij 第 j 榀豎向支撐第 i 根柱的截面面積；aij第 i 根柱至第 j 榀豎向支撐的柱截面形心軸的距離；N每一榀豎向支撐的柱子數(shù)；M 水平荷載作用方向豎向支撐的榀數(shù)。2mneqijijA aI j 1 i12)精確方法采用有限元方法的二階彈塑性分析，也稱高等分析。 多借助于大型有限元分析與設計程

6、序：以設計為主的程序： TBSA,TAT,ETABS ，MTS， 3 D3S ，STS, SETWE 等；以內(nèi)力計算為主的程序：ANSYS ， ABAQUS, SAP反應譜分析方法，由于所取振型有限，且只能適用于彈性 動力分析，故對于特別不規(guī)則的建筑，尚應采用直接動力 法時程分析法進行補充驗算。分析時，應按建筑場地類別和設計地震分組，選用不少于 二組的實際強震記錄和一組人工模擬加速度時程曲線。多遇地震下的彈性時程分析的房屋高度范圍和罕遇地震下 的彈塑性時程分析的房屋范圍如下：3)鋼結(jié)構抗震時程分析的基本概念采用彈性時程分析的房屋高度范圍烈度、場地類別房屋高度范圍 (m)8 度、場地和 7 度8

7、 度、類場地9 度1008060采用彈塑性時程分析的房屋范圍應進行彈塑性變 形驗算的：甲類建筑和 9 度抗震設防的乙類建筑；高 度超過 150 m 的鋼結(jié)構高層建筑。宜進行彈塑性變 形驗算的：7 度, 類乙類建筑的鋼結(jié)構房屋；符合 上表所列高度范圍且豎向不規(guī)則的建筑； 高度不大于 150 m 的其它高層鋼結(jié)構。時程分析時所用地震加速度時程曲線的最大加速度值 (cm/s2)地震影響6 度7 度8 度9 度多遇地震 罕遇地震1835(55)220(310)70(110)400(510)140620加速度單位 cm/ s2 ，也稱 gal 。4.4 結(jié)構的整體穩(wěn)定性與 P- 效應二階效應 (P- 效

8、應) 的概念結(jié)構在水平荷載作用下，產(chǎn)生側(cè)移；此時豎向荷載將對剛架產(chǎn)生一個附加的外彎矩 P ， 將繼續(xù)增大側(cè)移和內(nèi)力；豎向荷載作用于繼續(xù)增大的側(cè)移，將產(chǎn)生更小一階的 外彎矩 P ，繼續(xù)增大側(cè)移和內(nèi)力；如此疊加，直至平衡 ( 或整體失穩(wěn)) ，稱為 P- 效應 ( 二階 效應) 。2)一階分析與二階分析一階分析線彈性計算方法不同荷載可獨立計算滿足疊加原理二階分析非線性迭代方法所有荷載同時計算不滿足疊加原理二階效應的影響30 層以下的鋼結(jié)構，不顯著， 可忽略3) 二階分析的影響50 層的鋼結(jié)構，二階內(nèi)力和位移可達 15 以上超高層的鋼結(jié)構，影響更大， 必須考慮如果不考慮，可能造成構件實際負擔的內(nèi)力超過

9、設計承載力， 引起結(jié)構倒塌。4) 整體穩(wěn)定性的判斷 當同時滿足以下兩個條件時，可不驗算結(jié)構整體穩(wěn)定結(jié)構各樓層柱的平均長細比和平均軸壓比滿足：80 1NpmNm m其中：m樓層柱的平均長細比；Nm樓層柱的平均軸壓力設計值；Npm 樓層柱的平均全塑性軸壓力， Npm = fyAm ；Am樓層柱的平均截面面積。一階分析計算得到的各層層間相對側(cè)移滿足：hu 0.12 Fh Fv其中：h,u樓層高度與質(zhì)心處層間位移；Fh ，F(xiàn)v計算樓層以上全部水平荷載之和與全部豎向荷載之和。 當不滿足上述要求時，需要進行整體穩(wěn)定性驗算對于 u/ h 1/1000 的有支撐結(jié)構，可按計算長度系數(shù) 法驗算；對于無支撐結(jié)構及

10、 u/h1/1000 的有支撐結(jié)構，應按能 反映 P- 效應的方法驗算結(jié)構整體穩(wěn)定性。1、了解高層鋼結(jié)構的發(fā)展和發(fā)展趨勢2、高層鋼結(jié)構體系第一章3、高層鋼結(jié)構優(yōu)點，經(jīng)濟性和適用性4、防火保護方法、防銹方法總結(jié)階段1、高層鋼結(jié)構選擇鋼材原則，適宜的鋼材品種2、高層建筑鋼結(jié)構的鋼材，不宜采用哪種第二章3、如何選用1）、抗拉強度，屈服強度，伸長率，2）、可焊性保證3）、冷彎性能，沖擊韌性要求4）、硫，磷含量限值4、防銹方法4、抗震高層鋼結(jié)構鋼材的性能要求 A鋼材的抗拉強度實測值與屈服強度實測值的比值不應小于1.2B鋼材應有明顯的屈服平臺，且伸長率應大于 20C鋼材應有良好的可焊性和合格的沖擊韌性5、

11、熔嘴電渣焊用于焊接隱蔽焊縫6、采用焊接連接的鋼結(jié)構，當鋼板厚度大于（40mm）且承受沿板厚方向的拉力時，受拉板件板厚方向應附加板厚方向斷面收縮率的要 求7、應根據(jù)結(jié)構的重要性、荷載特征、連接方法、工 作環(huán)境、鋼板的厚度等因素綜合考慮，選用合 適的鋼材牌號和質(zhì)量等級。8、 宜用的鋼號 (1)Q235等級B、C、D的碳素結(jié)構鋼 (2)Q345等級B、C、D、E的低合金高強度結(jié)構鋼9、不宜采用的鋼號 (1)Q235A級鋼不要求任何沖擊試驗值，不能用于高層鋼結(jié)構 (2)Q345A級鋼不保證沖擊韌性要求，不宜用于高層鋼結(jié)構10、 厚度方向的斷面收縮率Z15Z25Z35斷面收縮率級別越高，抗層狀撕裂的性能

12、越 好，含硫量也越低。11、了解H型鋼的種類13、熟悉連接材料12、了解國外的鋼材4、在地震區(qū)采用框架支撐結(jié)構的高層鋼結(jié)構 中心支撐的形式和類型。第三章1、高層建筑鋼結(jié)構有哪幾種主要的結(jié)構體 系？5、在罕遇地震下，鋼框架偏心支撐結(jié)構主要 是利用偏心梁段的非彈性變形耗能。2、高層建筑鋼結(jié)構主要結(jié)構體系的特點？3、框架結(jié)構體系的適用范圍？6、通過設置伸臂桁架及腰桁架使外框架參與整體抗 彎作用，從而提高結(jié)構的 水平剛度。8、在水平荷載作用下，鋼框架某層的水平位移主 要是由哪些因素引起的？9、框架-支撐結(jié)構體系中，豎向支撐布置7、腰桁架和帽桁架的作用10、P 效應2、支撐在整體分析中的要求3、結(jié)構分析

13、模型1、結(jié)構分析的計算總則第四章4、結(jié)構分析方法5、框架-支撐結(jié)構總支撐 等效慣性矩 Ieq6、不驗算高層鋼結(jié)構整體穩(wěn)定的條件高層建筑鋼結(jié)構設計第5章 構件設計第五章構件設計荷載效應組合及設計要求鋼梁的設計特點鋼柱的設計特點中心支撐桿件偏心支撐桿件其它抗側(cè)力構件靜力設計計算步驟1、荷載作用下構件的內(nèi)力2、荷載組合下構件的承載力和穩(wěn)定性多遇地震作用下結(jié)構彈性變形驗算 構件承載力和穩(wěn)定性罕遇地震作用下結(jié)構極限變形驗算5.1荷載效應組合及設計要求1)荷載效應組合無地震作用時的組合 w w SwkS G SGk Q1SQ1k Q 2 SQ 2k有地震作用時的組合 Eh SEhk Ev SEvkS G

14、SGE w w Swk式中：S結(jié)構構件內(nèi)力組合的設計值彎矩、軸力和剪力 G重力荷載分項系數(shù)，Q1、Q2、w樓面活荷載、雪荷載和風荷載等荷載分項系數(shù) Eh、Ev水平、豎向地震作用分項系數(shù)SGk、SQ1k、SQ2k、Swk永久荷載、樓面活荷載、屋面雪荷載和風荷載等標準值引起的荷載效應式中：SGE由重力荷載代表值引起的效應，SEhk、Sevk分別為水平或豎向地震作用標準值引起的效應 w風荷載組合系數(shù)無地震作用的組合中取1.0 有地震作用的組合中取0.2當驗算結(jié)構變形時，荷載分項系數(shù)均取1.02)承載力極限狀態(tài)驗算非抗震驗算時SR/ 00結(jié)構重要性系數(shù)S 結(jié)構構件內(nèi)力組合設計值R 結(jié)構構件承載力設計值

15、抗震驗算時S R / RERE構件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)梁柱為0.75，支撐0.80，節(jié)點板件、連接螺栓0.85、連接焊縫0.903)正常使用極限狀態(tài)驗算重力荷載作用下梁的撓度限值 主梁l/400,次梁l/250風荷載下的位移限值頂點質(zhì)心側(cè)移H/500 層間質(zhì)心側(cè)移hi/400第一階段抗震驗算最大層間質(zhì)心側(cè)移限值hi/300， 結(jié)構平面端部構件最大側(cè)移，不得超過質(zhì)心側(cè)移的1.3倍。舒適度（風振加速度）限值建筑物頂部最大加速度a限值為公寓建筑a0.20m/s2 公共建筑a0.28m/s24)第二階段抗震驗算層間側(cè)移hi/50層間側(cè)移延性比不應超過結(jié)構形式/y鋼框架3.5偏心支撐框架3.0中心支撐框

16、架2.5帶混凝土剪力墻鋼框架2.0層間側(cè)移延性比是指結(jié)構在罕遇地震下的最大層間 側(cè)移與該樓層進入彈塑性狀態(tài)時層間側(cè)移的比值。5.2鋼梁的設計特點1)梁的強度非抗震驗算：抗彎強度 抗剪強度梁端尚應驗算抗震驗算：設計強度應該除以抗震調(diào)整系數(shù)單向受彎一般雙軸對稱截面組合梁xMf xW nxV Sf vI x t ww nf vA V塑性發(fā)展系數(shù)2)梁的整體穩(wěn)定抗震驗算要考慮抗震調(diào)整系數(shù)梁端僅以腹板與柱(主梁)連接時，整體穩(wěn)定系數(shù)上應乘以0.85的降低系數(shù)組合樓蓋或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板與鋼梁翼緣可靠連接時，不驗算穩(wěn)定Mxxfb W應力比值側(cè)向支承點間的構件長細比y-1.0M10.5Wpxfy 60 40 M 1W px 235 ffy0.5 M1Wpxf1.0y 45 10 M 1W px 235 ffy抗震區(qū)側(cè)向支撐的設置框架梁端部以及集中荷載作用點， 梁受壓翼緣設側(cè)向支承鋼梁的容許側(cè)向長細比 y3)梁板件的寬厚比限值一般鋼梁板件的寬厚比限值bftfhotftwb1twtwtfhotfbfb1bo框架梁的板件寬厚比限值梁截面 形狀板件所在 部位房屋 總層數(shù)非抗震，6度7度8度9度工字形箱 形翼緣懸伸 部分b1 tf 12層111110912層111099腹板h0tw 12層1 80-120 NbAf85-120 Nb Af80-110 Nb Af72-100