钢结构特点及设计控制.ppt
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1、邵邵 弘弘钢结构的特点及分析控制钢结构的特点及分析控制1。钢结构的特点。钢结构的特点2。分析模型。分析模型3。钢结构的设计控制。钢结构的设计控制4。混合结构的设计控制。混合结构的设计控制5。总结。总结。一般钢结构的特点。一般钢结构的特点F结结构构方方案案的的随随意意性性:结结构构没没有有明明显显的的楼楼层层概概念念,它它只只根根据据需需要而设置钢梁、支撑、楼板等。要而设置钢梁、支撑、楼板等。F建建模模时时,采采用用大大量量的的特特殊殊手手段段:如如层层间间梁梁、修修改改节节点点高高度度、错层梁、坡梁、斜柱、楼板开大洞,等等。错层梁、坡梁、斜柱、楼板开大洞,等等。F建建筑筑设设计计只只满满足足功
2、功能能的的需需要要:不不考考虑虑结结构构的的要要求求,如如层层、层层刚刚度度、薄薄弱弱层层、位位移移比比、侧侧移移刚刚度度,等等等等的的概概念念。所所以以结结构构布布置置大大多多为为空空旷旷的的、不不规规则则的的、刚刚度度不不均均匀匀的的空空间间结结构构。给给分析带来一定的难度。分析带来一定的难度。F结结构构薄薄弱弱点点:由由于于结结构构存存在在较较多多的的不不规规则则、不不连连续续性性,多多层层钢钢结结构构大大多多都都会会产产生生多多处处局局部部振振动动,造造成成多多处处薄薄弱弱部部位位。给给结构设计带来难度。结构设计带来难度。水平支撑加变截面柱水平支撑加变截面柱变截面梁柱变截面梁柱多层钢结
3、构工业厂房多层钢结构工业厂房空间塔围结构空间塔围结构普通多层钢结构普通多层钢结构普通多层钢结构普通多层钢结构特殊工业钢结构特殊工业钢结构。高层钢结构的建模特点。高层钢结构的建模特点F高高层层钢钢结结构构往往往往带带有有,型型钢钢构构件件、钢钢管管构构件件、钢钢板板剪剪力力墙墙等等等等特特殊殊的的结结构构形形式式,设设计计时时,应应分分别别满满足足相相应应的的设设计计规规范范、规程。对一些特殊工程,还应作规程。对一些特殊工程,还应作模型试验模型试验。F高高层层钢钢结结构构的的建建模模,与与高高层层混混凝凝土土结结构构的的要要求求基基本本上上符符合合,尽量尽量避免错层、楼板不连续、平立面不规则、扭
4、转不规则避免错层、楼板不连续、平立面不规则、扭转不规则。F高高层层钢钢结结构构往往往往采采用用大大量量的的支支撑撑,超超高高层层钢钢结结构构大大量量采采用用支支撑转换层、刚性层。建模时应尽量撑转换层、刚性层。建模时应尽量避免越层支撑避免越层支撑。F在在高高层层混混凝凝土土结结构构的的顶顶部部加加有有钢钢塔塔时时,建建模模要要根根据据这这类类结结构构合合理理分分析析的的需需要要。如如:整整体体建建模模分分析析、分分开开建建模模分分析析等等等等。更要考虑等效质量、荷载的合理作用。更要考虑等效质量、荷载的合理作用。F应应特别注意特别注意混合结构的建模方法。如剪立墙与钢梁的连接。混合结构的建模方法。如
5、剪立墙与钢梁的连接。高层钢结构高层钢结构支撑为主要抗侧力结构支撑为主要抗侧力结构。钢结构的局部振动。钢结构的局部振动F结构分析应满足相应的设计规范、规程。结构分析应满足相应的设计规范、规程。F结结构构分分析析一一般般可可以以选选择择:弹弹性性楼楼板板、P-效效应应、总总刚刚模模型型计计算算结结构构的的振振型型、振振型型数数应应取取得得足足够够多多满满足足有有效效质质量量系系数数,等等等。等。F结结构构的的振振型型分分析析,可可以以观观察察到到结结构构的的薄薄弱弱部部位位,应应尽尽量量减减少少结构的面外振动、局部振动。结构的面外振动、局部振动。F采用面外加强的方式,减少局部振动和薄弱部位。采用面
6、外加强的方式,减少局部振动和薄弱部位。F当当梁梁的的高高差差较较小小(在在梁梁高高范范围围内内)时时,应应简简化化成成同同一一标标高高,这样可避免短柱的应力突变,造成设计超限。这样可避免短柱的应力突变,造成设计超限。F当当结结构构为为抗抗震震控控制制,应应尽尽量量减减少少结结构构的的刚刚度度突突变变,减减少少薄薄弱弱层。层。板厚为板厚为0,产生大量的空旷结构,产生大量的空旷结构振型数要多取振型数要多取振型需要取到振型需要取到6060个才能满足要求个才能满足要求振型需要取到振型需要取到6060个才能满足要求个才能满足要求局部振动的处理局部振动的处理v当局部振型靠前,说明在此处形成薄弱部位的可能性
7、越大。当局部振型靠前,说明在此处形成薄弱部位的可能性越大。当第当第1 1振型就是局部振动时,可以肯定该部位是薄弱部位,振型就是局部振动时,可以肯定该部位是薄弱部位,在地震作用下,将首当其冲遭到破坏。在地震作用下,将首当其冲遭到破坏。v局部振动产生的薄弱部位,往往是局部的刚度失却。如:局部振动产生的薄弱部位,往往是局部的刚度失却。如:楼板开洞太多;只有平面内支撑,没有平面外支撑;或两楼板开洞太多;只有平面内支撑,没有平面外支撑;或两个方向的刚度差异太大造成。等等。个方向的刚度差异太大造成。等等。v改善结构的刚度,使之均衡,以避免局部振动。如:增加改善结构的刚度,使之均衡,以避免局部振动。如:增加
8、平面外的刚度等。平面外的刚度等。v建模的不当或计算模型的不合理,也会造成局部振动。建模的不当或计算模型的不合理,也会造成局部振动。v通过增大振型数、保证有效质量系数等,产生局部振动的通过增大振型数、保证有效质量系数等,产生局部振动的结构虽然是可以分析的,但是在设计时,还是应该尽量避结构虽然是可以分析的,但是在设计时,还是应该尽量避免。免。钢结构的非线性分析。钢结构的非线性分析v在在钢结构分析时,应考虑钢结构分析时,应考虑P-效应,即简化的几何非线性。效应,即简化的几何非线性。v当结构受力特殊时,还应考虑材料非线性,即弹塑性分析。当结构受力特殊时,还应考虑材料非线性,即弹塑性分析。v钢结构由于其
9、材料的一致性、各向同性性、均匀性等,其钢结构由于其材料的一致性、各向同性性、均匀性等,其材料非线性性能是比较容易模拟的,分析结果的真实性较材料非线性性能是比较容易模拟的,分析结果的真实性较高。所以,一些特殊钢结构工程(如:体育场馆、重要的高。所以,一些特殊钢结构工程(如:体育场馆、重要的构筑物等)都应考虑弹塑性分析。构筑物等)都应考虑弹塑性分析。v非线性分析也可以找到结构的薄弱部位。可以确定结构在非线性分析也可以找到结构的薄弱部位。可以确定结构在大震下的承载能力。是目前普遍采用的方法。大震下的承载能力。是目前普遍采用的方法。P-效应的计算选择效应的计算选择软件采用的计算方法软件采用的计算方法v
10、软件采用软件采用等效几何刚度的有限元法等效几何刚度的有限元法 来考虑来考虑P-P-效应。效应。vP-P-效应是一种简化的几何非线性计算方法。一般结构还效应是一种简化的几何非线性计算方法。一般结构还是是属于小变形属于小变形,所以,所以P-P-效应是可以满足设计需要的。效应是可以满足设计需要的。v当需要考虑材料非线性时,应采用当需要考虑材料非线性时,应采用弹塑性分析弹塑性分析,即弹塑性,即弹塑性静力分析(静力分析(PUSHPUSH)或弹塑性动力分析(或弹塑性动力分析(EPDAEPDA)。)。以得以得到结构大震下的承载能力。到结构大震下的承载能力。不考虑不考虑P-效应效应不考虑不考虑P-效应效应考虑
11、考虑P-效应效应考虑考虑P-效应效应。钢结构分析模型的简化。钢结构分析模型的简化v屋架的模型简化屋架的模型简化。刚性杆或采用刚性杆或采用刚性楼板假定刚性楼板假定柱顶铰接柱顶铰接屋盖计算模屋盖计算模型简化型简化v平板网架的模型简化平板网架的模型简化。定义超大房间按刚性定义超大房间按刚性楼板假定分析楼板假定分析网架荷载按集中网架荷载按集中力作用到四周力作用到四周v网壳的模型简化网壳的模型简化。网壳荷载按集中网壳荷载按集中力作用到四周力作用到四周超大房间按板超大房间按板厚为厚为0 0考虑考虑注意网壳传给四注意网壳传给四周的水平推力周的水平推力v柱脚连接刚度的简化柱脚连接刚度的简化。v一般上面两种柱脚
12、连接,都按刚接处理。但是,实际情况一般上面两种柱脚连接,都按刚接处理。但是,实际情况却有出入。因为高强螺栓不能完全约束柱脚的位移,计算却有出入。因为高强螺栓不能完全约束柱脚的位移,计算时按刚接处理,柱底约束偏刚,时按刚接处理,柱底约束偏刚,结构位移计算偏小,柱底结构位移计算偏小,柱底内力偏大、柱顶内力偏小内力偏大、柱顶内力偏小。箱形刚接柱脚连接箱形刚接柱脚连接H H形刚接柱脚连接形刚接柱脚连接v梁腹板高强螺栓连接刚度的简化梁腹板高强螺栓连接刚度的简化。v梁柱刚接的连接方式梁柱刚接的连接方式:翼缘焊接、腹板用高强螺栓连接。在:翼缘焊接、腹板用高强螺栓连接。在计算时按刚接处理是合理的。计算时按刚接
13、处理是合理的。v柱梁铰接的连接方式柱梁铰接的连接方式:腹板用高强螺栓连接。这种连接实际:腹板用高强螺栓连接。这种连接实际上腹板还是有承载能力的(约是刚接的上腹板还是有承载能力的(约是刚接的40%),按铰接处理),按铰接处理梁的跨中弯矩将偏大,梁支座处截面(腹板)没有进行强度梁的跨中弯矩将偏大,梁支座处截面(腹板)没有进行强度验算,存在隐患。验算,存在隐患。梁柱刚接梁柱刚接梁柱铰接梁柱铰接主次梁的连接同梁柱的铰接类似,也有刚度模拟问题。主次梁的连接同梁柱的铰接类似,也有刚度模拟问题。严格地说,钢结构的铰接是一种半刚接,如何合理的模严格地说,钢结构的铰接是一种半刚接,如何合理的模拟这种半刚接,是需
14、要研究的课题。拟这种半刚接,是需要研究的课题。3。钢结构的设计控制。钢结构的设计控制F在在分分析析高高层层钢钢结结构构时时,P-效效应应一一般般总总是是要要考考虑虑的的,其其它它的的设计选择应根据相应的规范、规程而定。设计选择应根据相应的规范、规程而定。F梁梁柱柱节节点点域域的的变变形形问问题题:目目前前程程序序没没有有考考虑虑梁梁柱柱节节点点域域的的剪剪切切变变形形,这这也也是是一一个个复复杂杂问问题题。如如考考虑虑节节点点域域变变形形,而而梁梁柱柱采采用用节节点点以以外外的的长长度度,与与不不考考虑虑节节点点变变形形,而而梁梁柱柱采采用用形形心心长长度度。这这两两种种分分析析模模型型,对对
15、结结构构影影响响变变化化有有多多大大,目目前前研研究究较较少少。节节点点剪剪切切变变形形与与节节点点域域的的加加固固程程度度有有关关,所所以以也也不不容容易易合合理理地地估估计计。总总之之,只只要要对对节节点点域域加加固固,一一般般可可以以不不考考虑虑节点域的剪切变形。节点域的剪切变形。F偏偏心心支支撑撑:在在高高层层钢钢结结构构中中设设置置偏偏心心支支撑撑,可可以以提提高高结结构构的的整整体体延延性性,避避免免支支撑撑附附近近构构件件内内力力突突变变,通通过过耗耗能能梁梁吸吸收收地地震作用,从而达到抗震的目的。震作用,从而达到抗震的目的。F强强柱柱弱弱梁梁的的要要求求:根根据据抗抗震震规规范
16、范对对钢钢柱柱作作“强强柱柱弱弱梁梁”的的验验算算。但但是是可可以以有有三三个个放放松松条条件件。所所以以用用户户可可以以对对验验算算结结果酌情参考、调整。果酌情参考、调整。F长长细细比比验验算算:当当结结构构设设计计是是抗抗震震设设计计控控制制,则则长长度度系系数数可可以以取取。F层层间间位位移移:抗抗震震规规范范规规定定,当当地地震震力力作作用用下下的的位位移移应应小小于于1/300,当当为为高高层层钢钢结结构构时时,可可以以放放松松到到1/250。同同时时还还应应考考虑虑舒适度的要求,控制顶点的加速度值。舒适度的要求,控制顶点的加速度值。F有有侧侧移移无无侧侧移移:1。当当楼楼层层最最大
17、大杆杆间间位位移移小小于于1/1000时时,可可以以按按无无侧侧移移设设计计;2。当当楼楼层层最最大大杆杆间间位位移移大大于于1/1000但但小小于于1/300时时,柱柱长长度度系系数数可可以以按按设设计计;3。当当楼楼层层最最大大杆杆间间位位移大于移大于1/300时,应按有侧移设计。时,应按有侧移设计。结构有侧移无侧移的判定结构有侧移无侧移的判定v有侧移有侧移、无侧移无侧移实际上与荷载作用有关。实际上与荷载作用有关。v荷载组合基本按以下四类:(荷载组合基本按以下四类:(1)恒恒+活活;(;(2)恒恒+活活+风风;v(3)恒恒+活活+地震地震;(;(4)恒恒+活活+风风+地震地震。v其中,其中
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- 钢结构 特点 设计 控制
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