PKPM鋼和砼混合結構設計講解4

鋼結構的特點及分析控制1。鋼結構的特點2。分析模型3。鋼結構的設計控制4?；旌辖Y構的設計控制5?？偨Y1.1。一般鋼結構的特點結構方案的隨意性：結構沒有明顯的樓層概念，它只根據需要而設置鋼梁、支撐、樓板等。建模時，采用大量的特殊手段：如層間梁、修改節(jié)點高度、錯層梁、坡梁、斜柱、樓板開大洞，等等。建筑設計只滿足功能的需要：不考慮結構的要求，如層、層剛度、薄弱層、位移比、側移剛度，等等的概念。所以結構布置大多為空曠的、不規(guī)則的、剛度不均勻的空間結構。給分析帶來一定的難度。結構薄弱點：由于結構存在較多的不規(guī)則、不連續(xù)性，多層鋼結構大多都會產生多處局部振動，造成多處薄弱部位。給結構設計帶來難度。水平支撐加變截面柱變截面梁柱多層鋼結構工業(yè)廠房空間塔圍結構普通多層鋼結構普通多層鋼結構特殊工業(yè)鋼結構1.2。高高層層鋼鋼結結構構的的建建模模特特點點高層層鋼鋼結結構構往往往往帶帶有有，，型型鋼鋼構構件件、、鋼鋼管管構構件件、、鋼鋼板板剪剪力力墻墻等等等等特特殊殊的的結結構構形形式式，，設設計計時時，，應應分分別別滿滿足足相相應應的的設設計計規(guī)規(guī)范范、、規(guī)規(guī)程程。。對對一一些些特特殊殊工工程程，，還還應應作作模型型試試驗驗。高層層鋼鋼結結構構的的建建模模，，與與高高層層混混凝凝土土結結構構的的要要求求基基本本上上符符合合，，盡盡量量避免免錯錯層層、、樓樓板板不不連連續(xù)續(xù)、、平平立立面面不不規(guī)規(guī)則則、、扭扭轉轉不不規(guī)規(guī)則則。高層層鋼鋼結結構構往往往往采采用用大大量量的的支支撐撐，，超超高高層層鋼鋼結結構構大大量量采采用用支支撐撐轉轉換換層層、、剛剛性性層層。。建建模模時時應應盡盡量量避免免越越層層支支撐撐。在高高層層混混凝凝土土結結構構的的頂頂部部加加有有鋼鋼塔塔時時，，建建模模要要根根據據這這類類結結構構合合理理分分析析的的需需要要。。如如：：整整體體建建模模分分析析、、分分開開建建模模分分析析等等等等。。更更要要考考慮慮等等效效質質量量、、荷荷載載的的合合理理作作用用。。應特別別注注意意混合合結結構構的的建建模模方方法法。。如如剪剪立立墻墻與與鋼鋼梁梁的的連連接接。。高層層鋼鋼結結構構———支撐撐為為主主要要抗抗側側力力結結構構2.1。鋼鋼結結構構的的局局部部振振動動結構構分分析析應應滿滿足足相相應應的的設設計計規(guī)規(guī)范范、、規(guī)規(guī)程程。。結構構分分析析一一般般可可以以選選擇擇：：彈性性樓樓板板、、P-ΔΔ效應應、、總總剛剛模模型型計計算算結結構構的的振振型型、、振振型型數數應應取取得得足足夠夠多多滿滿足足有有效效質質量量系系數數，，等等。結構的振振型分析析，可以以觀察到到結構的的薄弱部部位，應應盡量減減少結構構的面外外振動、、局部振振動。采用面外外加強的的方式，，減少局局部振動動和薄弱弱部位。。當梁的高高差較小?。ㄔ诹毫焊叻秶鷩鷥龋r時，應簡簡化成同同一標高高，這樣樣可避免免短柱的的應力突突變，造造成設計計超限。。當結構為為抗震控控制，應應盡量減減少結構構的剛度度突變，，減少薄薄弱層。。板厚為0，產生大大量的空空曠結構構振型數要要多取振型需要要取到60個才才能滿足足要求振型需要要取到60個才才能滿足足要求局部振動動的處理理當局部振振型靠前前，說明明在此處處形成薄薄弱部位位的可能能性越大大。當第第1振型就是是局部振振動時，，可以肯肯定該部部位是薄薄弱部位位，在地地震作用用下，將將首當其其沖遭到到破壞。。局部振動動產生的的薄弱部部位，往往往是局局部的剛剛度失卻卻。如：：樓板開開洞太多多；只有有平面內內支撐，，沒有平平面外支支撐；或或兩個方方向的剛剛度差異異太大造造成。等等等。改善結構構的剛度度，使之之均衡，，以避免免局部振振動。如如：增加加平面外外的剛度度等。建模的不不當或計計算模型型的不合合理，也也會造成成局部振振動。通過增大大振型數數、保證證有效質質量系數數等，產產生局部部振動的的結構雖雖然是可可以分析析的，但但是在設設計時，，還是應應該盡量量避免。。2.2。鋼結構構的非線線性分析析在鋼結構分分析時，，應考慮慮P-Δ效應，即即簡化的的幾何非非線性。。當結構受受力特殊殊時，還還應考慮慮材料非非線性，，即彈塑塑性分析析。鋼結構由由于其材材料的一一致性、、各向同同性性、、均勻性性等，其其材料非非線性性性能是比比較容易易模擬的的，分析析結果的的真實性性較高。。所以，，一些特特殊鋼結結構工程程（如：：體育場場館、重重要的構構筑物等等）都應應考慮彈彈塑性分分析。非線性分分析也可可以找到到結構的的薄弱部部位?？煽梢源_定定結構在在大震下下的承載載能力。。是目前前普遍采采用的方方法。P-Δ效應的計計算選擇擇軟件采用用的計算算方法軟件采用用等效幾何何剛度的的有限元元法來考慮P-Δ效應。P-Δ效應是一一種簡化化的幾何何非線性性計算方方法。一一般結構構還是屬于小變變形，所以P-Δ效應是可可以滿足足設計需需要的。。當需要考考慮材料料非線性性時，應應采用彈塑性分分析，即彈塑塑性靜力力分析（（PUSH）或彈塑性性動力分分析（EPDA）。以得到結結構大震震下的承承載能力力。不考慮P-Δ效應不考慮P-Δ效應考慮P-Δ效應考慮P-Δ效應9層鋼框框架模型型荷載因子子-位移移曲線，，PUSH與ABAQUS的比較位移時程程曲線，，EPDA與ABAQUS的比較400gal2.3。鋼結構構分析模模型的簡簡化屋架的模模型簡化化。剛性桿或或采用剛剛性樓板板假定柱頂鉸接接屋蓋計算算模型簡簡化平板網架架的模型型簡化。定義超大大房間按按剛性樓樓板假定定分析網架荷載載按集中中力作用用到四周周網殼的模模型簡化化。網殼荷載載按集中中力作用用到四周周超大房間間按板厚厚為0考考慮注意網殼殼傳給四四周的水水平推力力柱腳連接接剛度的的簡化。一般上面面兩種柱柱腳連接接，都按按剛接處處理。但但是，實實際情況況卻有出出入。因因為高強強螺栓不不能完全全約束柱柱腳的位位移，計計算時按按剛接處處理，柱柱底約束束偏剛，，結構位移移計算偏偏小，柱柱底內力力偏大、、柱頂內內力偏小小。箱形剛接柱腳腳連接H形剛接柱柱腳連接接梁腹板高高強螺栓栓連接剛剛度的簡簡化。梁柱剛接接的連接接方式：翼緣焊焊接、腹腹板用高高強螺栓栓連接。。在計算算時按剛剛接處理理是合理理的。柱梁鉸接的連連接方式：腹板用高強強螺栓連接。。這種連接實實際上腹板還還是有承載能能力的（約是是剛接的40%），按鉸接處處理梁的跨中中彎矩將偏大大，梁支座處處截面（腹板板）沒有進行行強度驗算，，存在隱患。。梁柱剛接梁柱鉸接主次梁的連接接同梁柱的鉸鉸接類似，也也有剛度模擬擬問題。嚴格地說，鋼鋼結構的鉸接接是一種半剛剛接，如何合合理的模擬這這種半剛接，，是需要研究究的課題。3。鋼結構的設設計控制在分析高層鋼鋼結構時，P-Δ效應一般總是要考考慮的，其它它的設計選擇擇應根據相應應的規(guī)范、規(guī)規(guī)程而定。梁柱節(jié)點域的的變形問題：：目前程序沒有有考慮梁柱節(jié)節(jié)點域的剪切切變形，這也也是一個復雜雜問題。如考考慮節(jié)點域變變形，而梁柱柱采用節(jié)點以以外的長度，，與不考慮節(jié)節(jié)點變形，而而梁柱采用形形心長度。這這兩種分析模模型，對結構構影響變化有有多大，目前前研究較少。。節(jié)點剪切變變形與節(jié)點域域的加固程度度有關，所以以也不容易合合理地估計。。總之，只要要對節(jié)點域加加固，一般可可以不考慮節(jié)節(jié)點域的剪切切變形。偏心支撐：在高層鋼結構構中設置偏心心支撐，可以以提高結構的的整體延性，，避免支撐附附近構件內力力突變，通過過耗能梁吸收收地震作用，，從而達到抗抗震的目的。。強柱弱梁的要要求：根據《抗震規(guī)范》對鋼柱作“強強柱弱梁”的的驗算。但是是可以有三個個放松條件。。所以用戶可可以對驗算結結果酌情參考考、調整。長細比驗算：：當結構設計是是抗震設計控控制，則長度度系數可以取取1.0。層間位移：抗震規(guī)范規(guī)定定，當地震力力作用下的位位移應小于1/300，當為高層鋼鋼結構時，可可以放松到1/250。同時還應考考慮舒適度的要求求，控制頂點點的加速度值值。。有側移無側移移：1。當樓層最大桿桿間位移小于于1/1000時，可以按無無側移設計；；2。當樓層最大桿桿間位移大于于1/1000但小于1/300時，柱長度系系數可以按1.0設計；3。當樓層最大桿桿間位移大于于1/300時，應按有側側移設計。結構有側移無無側移的判定定有側移、無側移實際上與荷載載作用有關。。荷載組合基本本按以下四類類：（1）恒+活；（2）恒+活+風；（3）恒+活+地震；（4）恒+活+風+地震。其中，2、3、4類組合有可能能是有側移的的，而第1類組合一般認認為是無側移移。從抗震規(guī)范第第8.2.3條（包含第3.6.3條）中的要求求，并參考相相應的（第3.6.3條）條文說明明，在某種荷荷載組合作用用下，可以通通過結構的整體穩(wěn)穩(wěn)定系數來判定，公式式如下：結構整體穩(wěn)定定系數P──第i層以上的全部部重力荷載設設計值V──由水平荷載在在第i層產生的樓層層剪力設計值值Δ──由樓層剪力引引起的第i層質心處的一一階彈性層間間位移H──第i層的樓層高度度上述公式適用于剛性樓樓板假定情況。也可以以推廣到一般般情況。在不同的荷載載組合作用下下，水平荷載載在第i層產生的樓層層剪力是不同同的，計算的的樓層穩(wěn)定系系數也各有差差異。當樓層穩(wěn)定系系數不超過0.05時，則可以把把該樓層看作作是無側移的。根據這種方法法，軟件將進進一步的改進進?？梢詫γ恳唤M組荷載組合時時，判斷有無無側移的情況況，取用不同同的長度系數數?？紤]P-Δ效應高層鋼結構參參數選擇支撐體系結構構可以選擇““框剪結構””0.25Qo的調整中心支撐和偏偏心支撐中心支撐可以以提供較大的的剛度，但是是會造成柱內力的突變變，尤其高層鋼鋼結構支撐軸軸力很大，柱柱將承擔很大大的剪力。所所以中心支撐撐多用于多層層鋼結構。偏心支撐及其其產生的耗能能梁結構體系系，可以提供供較大的延性，在大震下耗耗能梁首先進進入塑性，以以吸收地震能能量，從而減減少震害。其其多用于高層層鋼結構。耗能梁的設置置和設計耗能梁應設置置在柱端部受受力集中部位位，另一端與與偏心支撐相相連。耗能梁可以理理解為偏心支支撐結構的““保險絲”，在大震作作用下通過耗耗能梁的非彈彈性變形來消消耗地震能量量，而使偏心支撐不屈屈曲（保證其承載載能力），以以保證結構在在大震下的穩(wěn)穩(wěn)定性。為使偏心支撐撐能夠承擔耗耗能梁段的端端部彎矩，支支撐與梁應設設計成剛接。。耗能梁與偏心心支撐結合的的結構體系具具有：（1）彈性階段的剛剛度接近中心心支撐體系；（2）彈塑性階段的的延性和消能能能力接近于于延性框架體體系。偏心支撐結構構體系的設計計原則：強柱、強支撐撐、弱耗能梁梁。偏心支撐結構構體系的種類類梁、支撐連接接處按剛接設設計4?；旌辖Y構的的設計控制混合結構主要要是指：（1）型鋼混凝土、、鋼組合結構構；（2）圓鋼管混凝土土結構；（3）矩形鋼管混凝凝土結構；（4）鋼與混凝土組組合梁結構。型鋼混凝土、、鋼組合結構構：型鋼混凝土結結構中，常常常伴有鋼結構構，以保證構構件連接的順順暢。這種體體系具有型鋼鋼混凝土結構構的剛度和鋼鋼結構的延性性。結構一般般按區(qū)域布置置，下部為型型鋼混凝土結結構，上部為為鋼結構。上上下部應按各各自的結構性性能要求來控控制。當上部鋼結構構占據較多層層，結構整體體分析宜按鋼鋼結構，地震震分析時，結結構阻尼比宜宜按0.03（可以比純鋼鋼結構略大些些）。圓鋼管混凝土土結構：圓鋼管能有效效約束其中的的混凝土，使混凝土受到到三向約束，，混凝土的抗抗壓強度和變變形能力顯著著提高（矩形鋼管則則不具備這個個效能）。圓鋼管混凝土土一般用在大大軸壓力（或或伴有大彎矩矩）的柱（大大跨度柱）中中，可以起到到很好的效果果。矩形鋼管混凝凝土結構：矩形鋼管對管管內混凝土的的約束作用遠遠不如圓形鋼鋼管，但是它它與空的箱形形鋼管比，承承載力大大提提高，而且容容易與其它構構件連接。鋼管混凝土結結構可以按““鋼結構”來來設計控制。。材料的阻尼尼比可以比純純鋼結構略大大。鋼與混凝土組組合梁結構：：組合梁結構在在分析時，需需要分施工階段和使用階段。施工階段時，，樓面只有鋼鋼梁，并要承承擔混凝土板板的荷載；使用階段時，，可以考慮混混凝土板與鋼鋼梁的共同工工作。混合結構構件件設計時，需需遵循以下設設計規(guī)程：型鋼混凝土結結構設計，需需遵循《型鋼混凝土組組合結構技術術規(guī)程》JGJ138-2001圓鋼管混凝土土結構設計，，需遵循《鋼管混凝土結結構設計與施施工規(guī)程》CECS28:90矩形鋼管混凝凝土結構設計計，需遵循《矩形鋼管混凝凝土結構技術術規(guī)程》CECS159:2004鋼與混凝土組組合梁設計，，需遵循《鋼結構設計規(guī)規(guī)范》GB50017-20035?？偨Y——設計技術要點點（1）在軟件編制制中按照《建筑結構荷載載規(guī)范》、《建筑抗震設計計規(guī)范》、《鋼結構設計規(guī)規(guī)范》及《高層民用建筑筑鋼結構技術術規(guī)程》對鋼構件進行行截面相應的的截面強度、、整體穩(wěn)定、、局部穩(wěn)定等等的驗算。（2）按《高層民用建筑筑鋼結構技術術規(guī)程》計算地震力和和地震參數，，可對鋼柱進進行0.25Qo的基底剪力調調整。（3）在抗震規(guī)范范的第八章中中，對鋼柱、、鋼梁和鋼支支撐以強制條條文的方式，，規(guī)定了桿件件的寬厚比、、高厚比和長長細比，所以以當遇到不滿滿足強制性條條文的規(guī)定時時，軟件將嚴嚴格報錯，以以提示用戶注注意。鋼結構的整體體分析（1）鋼結構的的整體分析析與混凝土土結構一樣樣，不但要要滿足抗震震規(guī)范的相相應條文，，如：最小基底剪剪力、薄弱弱層、層剛剛度比、位位移比、周周期比、最最大位移角角等等控制制，還應該根根據鋼結構構變形較大大的特點，，考慮偶然偏心、、雙向地震震、二階變變形效應，如：P-Δ效應。對重要的的結構還應應考慮彈塑塑性變形分分析，如：：彈塑性動力力時程分析析、彈塑性性靜力推覆覆分析。（2）當鋼結構構是由空間間桿件組成成，帶有大大量的空洞洞、交錯結結構、空間間斜交結構構，空間弧弧形構件、、支架、塔塔架、桁架架、屋架等等等，在分分析時會產產生大量的的獨立的““彈性節(jié)點點”，這就就要求在建建模、分析析時注意：：復雜構件件連接應盡盡量選擇空空間整體建建模，如SPASCAD；整體分析時時振型數應應取得足夠夠的多，應應以“有效效質量系數數”大于90%為滿足依據據。（3）鋼的彈性性模量比混混凝土大的的多，對鋼鋼結構可以以按“一次性加載載”計算恒載載。鋼結構構允許變形形大，分析析應考慮P-Δ效應?？紤]慮P-Δ效應后，水平位移增增大約5%～10%。一般當桿桿間位移大大于1/250時應該考慮慮P-Δ效應。（4）鋼柱的““有側移””、或“無無側移”選選擇，可以以按以下原原則考慮：：（A）當樓層最大大桿