建筑给工程标准规范建筑给工程标准规范PKPM门刚规范版改进及计算差异对比.pdf
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1、 PKPM 2010 版 结构设计软件 V3.1.5 门钢规范版本软件改进及算例对比 建研科技股份有限公司 中国建筑科学研究院 设计软件事业部 (PKPMCAD 工程部)2016-9-9 目录目录 第一部分第一部分 门钢修订软件主要改进门钢修订软件主要改进.1 一、一、材料材料.1 1、强度设计值发生改变.1 2、屈服强度最小值新规范中明确应按厚度变化.1 3、新增 LQ550 钢号.1 二、二、荷载和荷载组合效应荷载和荷载组合效应.1 1、风荷载.1 2、雪荷载.4 3、地震作用.5 三、三、构件设计构件设计.7 1、有效截面系数.7 2、抗剪承载力.8 3、强度计算.9 4、面内稳定.10
2、 5、面外稳定.11 6、梁整体稳定.12 7、带夹层结构按新规范控制夹层处柱顶位移和夹层梁的挠跨比.12 四、四、檩条与墙梁设计檩条与墙梁设计.13 1、檩条墙梁构件设计.13 2、桁架式檩条.14 五、五、连接和节点设计连接和节点设计.15 1、节点刚度验算.15 2、新规范新增了抗滑移系数表格.16 3、柱脚锚栓设计.16 六、六、柱计算长度柱计算长度.17 第二部分第二部分 软件针对门式刚架设计的其他改进软件针对门式刚架设计的其他改进.20 1、增加了新的计算书输出.20 2、增加荷载计算系数功能.22 3、门式刚架快速建模增加挑檐的快速输入功能.23 4、门式刚架节点设计.23 5、
3、统一柱底标高.23 6、完善了 V3.1 版门式刚架三维设计.23 第一部分 门钢修改软件主要改进 1 第一部分 门钢修订软件主要改进 一、一、材料材料 1 1、强度设计值发生改变、强度设计值发生改变 对 Q345 且厚度 16的情况:f(N/mm2)fv(N/mm2)旧规程 310 180 新规范 305 175 新规范对 Q345 材料的常见厚度的强度设计值有所下调,对部分按满应力设计的结构会有一定影响。2 2、屈服强度最小值新规范中明确应按厚度变化、屈服强度最小值新规范中明确应按厚度变化 旧规程 新规范 Q235 235 16 235 16,40 225 Q345 345 16 345
4、16,40 335 3 3、新增、新增 LQ550LQ550 钢号钢号 新增的 LQ550 规范说明只用于屋面和墙面板,一般在冷弯薄壁轻型房屋设计中使用。钢号在冷弯薄壁构件相关的檩条、墙梁设计等工具箱中可选择。二、二、荷载和荷载组合效应荷载和荷载组合效应 1 1、风荷载、风荷载 风荷载考虑更加精细,考虑室内、外风压力最大组合多组工况。首先是增加了多组工况,对于封闭式和部分封闭式结构,扩展为内压为正和内压为负两种工况;而对敞开式结构,则扩展为平衡和不平衡多种工况。叠加程序考虑的左右来风的情况,总的风荷载工况就需要扩展为左风 1、右风 1、左风 2、右风 2 这四组;针对敞开式某些情况下存在的多组
5、不平衡工况,还需要再增加左风 3、右风 3 这两组。第一部分 门钢修改软件主要改进 2 同时为了适应一些特殊工况,比如检修荷载、消防车荷载等,所以程序增加了自定义组合的功能,用户可以根据需求,增加或删除组合。其次,规范还针对不同的角度分别设置了体型系数,涵盖了从 0到 45所有坡度。而旧规程中体型系数只适用于屋面坡度不大于 10的情况。下面通过算例对比单跨不同跨度下风荷载弯矩标准值,供设计人员参考。为了更好的体现对常见结构的影响,这里采用了 1/10 坡度。第一部分 门钢修改软件主要改进 3 跨度 9m 12 版门规 16 版门规 差异 近端 46.8 42.8 8.55%33.4 28.63
6、%中间-11.5-10.3 10.43%-7.3 36.52%远端-7.6-7.5 1.32%-16.9-122.37%跨度 18m 12 版门规 16 版门规 差异 近端 109.8 99.5 9.38%62 43.53%中间-34.4-31.1 9.59%-17.5 49.13%远端 59.3 52.8 10.96%15.3 74.20%跨度 24m 12 版门规 16 版门规 差异 近端 177.6 160.6 9.57%92.2 48.09%中间-50.5-45.5 9.90%-24.8 50.89%远端 129.7 116.3 10.33%48 62.99%跨度 30m 12 版门规
7、 16 版门规 差异 近端 261.2 236 9.65%129.3 50.50%第一部分 门钢修改软件主要改进 4 中间-69.6-92.7-33.19%-33.3 52.16%远端 215.9 194.2 10.05%87.4 59.52%从以上各跨度对比来看,1/101/10 坡度坡度单跨铰接刚架单跨铰接刚架按新规范考虑风荷载会比旧规程算得按新规范考虑风荷载会比旧规程算得的标准内力更小的标准内力更小,考虑到门式刚架为对风敏感结构,这会对构件和变形验算产生一定的影响。2 2、雪荷载雪荷载 旧规程 新规范 基本雪压 按建筑结构荷载规范采用,未明确重现期未明确重现期 明确门式刚架结构为雪荷载敏
8、感结构,采用采用 100100 年重现期年重现期 堆积和漂移 无明确说明 4.3.34.3.3 当高低屋面及相邻房屋屋面高低满足()大于 0.2 时,应按下列规定考虑雪堆积和漂移考虑雪堆积和漂移。从对比来看,当明确采用 100 年重现周期后,很大一部分采用 50 年重现周期雪压设计的地区,雪压会有 0.050.1 的提高。而考虑堆积和漂移以后,对高低跨结构特别是高低跨位置的梁柱构件会有较大影响。程序针对新规范的规定,增加了对高低跨屋面雪堆积情况的考虑。这里以某高低跨模型为例,按哈尔滨市的雪压计算,下面分别是旧版和新版程序自动生成的高低跨交界处的雪荷载:旧版程序按 50 年一遇 0.45 加荷,
9、并不考虑堆积和漂移 新版程序按 100 年一遇 0.5 加荷,考虑低跨堆积和漂移 第一部分 门钢修改软件主要改进 5 可以看到新版程序已经根据规范要求,在高低跨交接处按规范要求宽度生成了三角型线荷载。对比计算后的弯矩包络图:旧规程 新规范 对比以上结果,可见当采用新规范考虑雪荷载时,由于考虑重现期的雪压加大以及漂移堆积的影响,高低跨交界处的柱弯矩增加了将近 20%,这会对弯矩敏感的变截面柱带来这会对弯矩敏感的变截面柱带来较较大大的影响的影响。3 3、地震作用地震作用 抗震调整系数相较于旧规程有所上调。梁/柱/节点/螺栓/焊缝(强度)柱、支撑(稳定)旧规程 0.75/0.75/0.85/0.85
10、/0.9 0.75 新规范 0.85 0.9 对比可见,强度计算由 0.75 提高到了 0.85,而稳定则是从 0.75 提高到了 0.9,地震组合验算时,结构抗力会有所降低,这对于地震作用控制的结构会带来一定影响。另外一个改变是新规范中增加了抗震构造要求,这个在旧规程中是不做要求的。新版软件当构件的强度或稳定为地震组合控制时,按新规范要求控制局部稳定和长细比。这里和抗震规范进行对比:高厚比 宽厚比 长细比 门式刚架规范 160 13235 150 抗震规范(柱,四级,单层钢结构厂房)52235 13235 轴压比=0.2 120235 可以看到,对比抗规对于单层钢结构厂房四级抗震的控制,门规
11、依然控制较为宽松。对比如下一个单跨门架结构,为了确保地震组合控制,在各柱柱顶增加了一个 130kN的附加质量,并没有设置活荷载。同时为了保证结果的可对比性,按新规范计算时,将面内第一部分 门钢修改软件主要改进 6 计算长度系数调整为和旧规程一致。对比旧规程和新规范计算结果(旧版 51 号组合和新版 86 号组合都为地震组合):旧规程 新规范 从计算结果可以发现,虽然控制内力还是相同,但是因为抗震调整系数的增大,导致强度应力比从 0.527 提升到了 0.599,而面内稳定也由 0.548 提升到了 0.569,同时构造控制指标也因为是地震组合控制的关系,变得更严格。从计算结果对比来看,可以得出
12、结论:新新第一部分 门钢修改软件主要改进 7 门规在地震组合起控制时,由于抗震调整系数增大,强度和面内稳定门规在地震组合起控制时,由于抗震调整系数增大,强度和面内稳定应力比都会变大应力比都会变大,而,而且构造控制也会变得更加严格且构造控制也会变得更加严格。三、三、构件设计构件设计 1 1、有效截面系数有效截面系数 有效截面系数曲线发生变化,对比新旧规范曲线可见:总体趋势并未发生变化,但是将原有的三段曲线表达式合成为一个,更加简练。新旧规范的最大差异点在 1.2 的位置上,旧规范为 0.64,新规范为 0.69,差异不到 10%。以下工字钢按翼缘 250 x10,腹板厚度取 4,钢号取 Q235
13、,弯矩取 400 KN*m,对比不同宽厚比情况下该断面的新旧差异。旧规程 新规范 hw/tw p s ps We(m3)Vd(kN)ps We(m3)Vd(kN)110 0.801 1.287 0.999 0.689 1.2241e-003 151.496151.496 1 1 0.678 1.2241e1.2241e-003003 149.101 140 1.019 1.637 0.803 0.550 1.5541e-003 153.920153.920 0.8080.808 0.524 1.5554e1.5554e-003003 146.847 170 1.173 1.988 0.664
14、0.453 1.8820e-003 154.096154.096 0.7060.706 0.420 1.8961e1.8961e-003003 142.868 200 1.266 2.339 0.626 0.357 2.2376e-003 142.694142.694 0.6610.661 0.347 2.2536e2.2536e-003003 138.775 220 1.317 2.573 0.614 0.292 2.4832e-003 128.659 0.6360.636 0.310 2.4955e2.4955e-003003 136.205136.205 250 1.388 2.924
15、0.597 0.196 2.8582e-003 97.959 0.6040.604 0.265 2.8636e2.8636e-003003 132.661132.661 由以上新旧规范对比可以发现,在p 为 1.173 时,有效截面的差异是表格中最大的,但此时 We 的差异也仅有 0.75%。因为失效部位都是腹板位置,而门式刚架结构中梁的腹板都较薄,所以即使有效截面的差异达到了 6%,但是对有效截面模量的影响还是很小的。另外可以看到,虽然在图中能看到,当p1.4 后,旧规程的有效截面系数会大于新规范,但第一部分 门钢修改软件主要改进 8 由于高厚比增加时,实际应力会下降,考虑到此时一般由变形控
16、制梁截面,所以从一般情况一般情况来看,都是来看,都是新规范计算的有效截面模量会更大一些新规范计算的有效截面模量会更大一些。2 2、抗剪承载力抗剪承载力 构件抗剪承载力中的剪切屈曲稳定系数也由旧规程的三段表达式合成为一个。对比剪切屈曲稳定系数曲线可以发现,对等截面在,对等截面在s2.s200)(200)时,新规范的抗剪承载力才会大于旧规程时,新规范的抗剪承载力才会大于旧规程计算计算结果结果。而对于变截面构件,原规程的 6.1.1 条第 6 款中有明确规定“当腹板高度变化不超过 60mm/m 时可考虑屈曲后强度(拉力场)”。所以在原规程中,一旦变截面构件楔率超过此限值,就不能考虑屈曲后强度利用,虽
17、然抗剪承载力不再折减,但高厚比限值会变得较小(Q235 约为 68.4),很容易导致该类截面高厚比超限。新规范中取消楔率的限制,并采用了一个新的楔率折减系数来体现楔率对抗剪承载力的影响。旧规程 新规范=其中:为板幅平均高度=1 0 其中:1为腹板大端高度=1 0.350.22 3=10 1 对照新旧两个公式可以发现,对变截面构件的腹板高度项,新规范取值明显要更大,而楔率折减系数又明显小于 1,所以很难从直观上判断 Vd 的变化趋势,需要进一步做深入对比。在变截面情况下有旧新=0.5(1+0)1,取=1 0,可转化为旧新=0+0.5(0+)。当=3 时,绘制与的关系图(为加劲肋间距和大端腹板高之
18、比):第一部分 门钢修改软件主要改进 9 从函数图像上看,后段比较平滑,可以用线性函数来模拟。由于一般 0,对:0.50.95 区段做线性拟合,得到近似关系函数:=0.8868-0.324*,代入后可得:旧新=1+0.51+10.88680.324,从此关系式可知,按旧规范算的的抗剪承载力会比新规范大按旧规范算的的抗剪承载力会比新规范大,且在 1.1 倍以上。当变小时,拟合直线斜率变大,依然有以上关系。下面对一些构件进行实际对比(钢号均为 Q235,按底部铰接考虑):Vd(旧规程),不设加不设加劲肋劲肋 Vd(新规范),设加劲设加劲肋肋,取 3 构件:(300500)*250*250*8*10
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