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文档简介
1、 钢结构整体解决方案钢结构整体解决方案钢结构优势钢结构类型强度高强度高施工周期短施工周期短工程造价低工程造价低自重轻自重轻工厂化制作工厂化制作节能环保节能环保钢结构优势造型美观,传力合理高层重型钢结构80年代至今已建成和在建高层钢结构达100多幢,总面积约800万平方米,钢材用量80多万吨。并且持续上涨。北京电视中心北京电视中心巨型框架支撑钢结构体系巨型框架支撑钢结构体系地上地上42层,地下层,地下3层,总高层,总高228.35m的办公楼的办公楼四角布置四个四角布置四个L形复核巨型柱形复核巨型柱巨型柱之间用巨型钢桁架梁相连巨型柱之间用巨型钢桁架梁相连大跨度空间钢结构民用建筑工业厂房机库候机楼体
2、育馆展览中心大剧院博物馆。据中国钢结构协会空间结构分会统计:网架和网壳近年生产已处于趋平稳状态,每年1500座,约250万平方米,用钢约7万吨广东佛山体育馆广东佛山体育馆膜结构膜结构网架网架网壳网壳悬索结构悬索结构轻钢结构门式刚架拱型波纹钢屋盖轻型工业厂房仓库交易市场展览厅活动房屋加层建筑用钢量一般30-40kg/m2左右(不含钢筋用量)全国每年新建轻钢房屋800万平方米、用钢量约20万吨钢-混凝土组合结构组合结构(SRC)充分发挥钢材和混凝土两种材料各自优点的合理组合全部采用组合结构的超高层建筑 深圳赛格广场大厦高291.6米,属世界最高的钢-混凝土组合结构。全国已建成组合结构高层建筑超过4
3、0幢之多工业钢结构轻质、高强、便于管道穿越、设备维修适用于大跨度结构,施工周期短钢结构住宅钢结构住宅优势:重量是钢筋混凝土住宅的1/2左右使用面积提高4%我国平均每年房屋建筑建设约20亿平方米,其中钢结构约占23%,而发达国家已达50%以上,住宅钢结构的潜在发展空间非常大。武汉汉阳区建成了钢结构示范住宅项目赛博园经济适用房小区,达到了世界钢协有关“国际民用建筑用钢项目”的技术要求。目前,我国钢结构业用钢仅占全国钢材总量的4%左右,与发达国家10%左右的比例存在较大差距。海外钢结构项目泰富重装集团-研究总院-储运所菲律宾马欣洛克电厂原煤输送系统钢结构项目美标四川电力咨询设计研究院黑山变电构架欧标
4、杭箫钢构沙特阿拉伯项目美标PKPM、YJKmidas Gen 海外版主算分析设计探索者海外规范绘图理正工具箱单体构件设计工具箱midas DrawingShopmidas Design+S/SAP2000钢结构特点空间模型连接方式荷载模拟协同作用施工分析钢结构有什么特点?单层网壳稳定问题结构复杂构件异形树形柱特殊节点混合结构施工方案大跨、超长如何得到分析模型?犀牛三维CADBIM空间分析模型软件接口建模助手软件接口PKPMYJKTEKLAMST3D3SSTAADETABSSAP2000FEA如何考虑钢结构构件连接方式?钢结构设计标准GB50017-2017 5.1.3 结构的计
5、算模型和基本假定应与构件连接的实际性能相符合。5.1.4 框架结构的梁柱连接宜采用刚接或铰接。梁柱采用半刚性连接时,应计入梁柱交角变化的影响,在内力分析时,应假定连接的弯矩-转角曲线,并在节点设计时,保证节点的构造与假定的弯矩-转角曲线符合。橡胶支座滑动球铰支座铰接支座摩擦摆隔震支座铅芯隔震支座支支座座连连接接橡胶支座滑动球铰支座铰接支座摩擦摆隔震支座如何考虑钢结构构件连接方式?刚接/铰接/半刚性连接实现方法:共节点 释放梁端约束滑动支座(单向、多向)实现方法:弹性连接 (一般)限值位移支座实现方法:弹性连接 (多折线)隔震支座实现方法:一般连接钢结构承载力及变形验算? 空间网格结构技术规程J
6、1072第4.1.1条: 空间网格结构应进行重力荷载及风荷载作用下的位移、内力计算,并应根据具体情况,对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的位移、内力进行计算。地震作用支座沉降网架结构:8度区,周边支承中小跨竖向抗震;其他应进行竖向和水平抗震验算。网壳结构:7度区,矢跨比大于或等于1/5,应进行水平抗震验算;矢跨比小于1/5应进行竖向和水平抗震验算。8、9度区,各种网壳结构应进行竖向和水平抗震验算。钢结构承载力及变形验算?风荷载封闭结构-面风压镂空结构-梁单元风压附属结构-节点风压风洞试验-附加风荷载钢结构承载力及变形验算?封闭结构-面风压镂空结构-梁单元风压附属结构-节点风压钢结
7、构承载力及变形验算? 温度作用:分析空间网格结构因温度变化而产生的内力,可将温差引起的杆件固端反力作为等效荷载反向作用在杆件两端节点上,然后按有限元法分析。单元温度:局部单元施加温度荷载节点温度:局部节点施加温度荷载梁截面温度:截面内部的温度分布为非均匀分布时可以利 用梁截面温度功能输入温度荷载。如何考虑上下部协同工作? 抗规条文说明10.2.7条 :考虑上下部结构的协同作用是屋盖结构地震作用计算的基本原则。考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算。特别是对于不规则的结构,抗震计算应采用整体结构模型。条文说明10.2.7本条规定抗震计算模型1.屋盖结构自身的地震效应是
8、与下部结构协同工作的结果。 由于下部结构的竖向刚度一般较大,以往在屋盖结构的竖向地震作用计算时通常习惯于仅单独以屋盖结构作为分析模型。但研究表明,不考虑屋盖结构与下部结构协同工作,会对屋盖结构的地震作用,特别是水平地震作用计算产生显著影响,甚至得出错误结果。单独模型整体模型(a)金阊新城体育馆效果图(b)上部钢结构部分(c)下部混凝土部分(d)整体模型参考文献金阊新城体育馆大跨度网架屋盖设计沈晓明、赵宝利,建筑结构结论:考虑下部结构的真实质量和刚度后,在相同的地震作用下,屋盖结构的X向和Y向水平总反力显著增大,地震作用经过下部结构的传递有 “放大效应”。 边界效应地震作用响应如何考虑上下部协同
9、工作?如何考虑上下部协同工作?可利用表格的方式合并荷载及边界如何考虑上下部协同工作? 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010 11.3.5 组合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04。风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时,阻尼比可取为0.020.04。 型钢混凝土组合结构技术规程JGJ138-2001 4.2.3 当全部结构构件均采用型钢混凝土结构,包括型钢混凝土框 架和钢筋混凝土筒体组成的混合结构,其结构阻尼比宜取0.04 建筑抗震设计规范GB50011-2010 10.2.8 屋盖钢结构和下部支承结构协同分析时,阻尼比应符合下列规定: 当下部支承结构为钢结构或屋盖直接支承在地面时
10、,阻尼比可取0.02。 当下部支承结构为混凝土结构时,阻尼比可取0.0250.035。 不同材料具有不同阻尼比,而不同振型下各构件参与程度不同,因此各振型的阻尼比也不同!施工方案如何确定?吊装问题吊装问题对接问题对接问题不利体系阶段不利体系阶段施工过程分析施工方案如何确定?施工阶段温度分析局部稳定吊装运输用量优化钢结构几何非线性屈曲分析强度验算舒适度分析细部分析连接处理空间建模钢结构稳定分析钢结构细部分析强度与稳定? 强度强度是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力(或是指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载所引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度,因此是一个应
11、力问题。内力)是否超过建筑材料的极限强度,因此是一个应力问题。 稳定稳定是找出外荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,即变形开始急剧是找出外荷载与结构内部抵抗力间不稳定的平衡状态,即变形开始急剧增长而需设法避免进入的状态,因此是一个变形问题。增长而需设法避免进入的状态,因此是一个变形问题。 由于变形产生的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。由于变形产生的附加弯矩,从而柱子的破坏荷载可以远远低于它的轴压强度。构件局部稳定问题构件局部稳定问题构件稳定问题构件稳定问题整体结构稳定问题整体结构稳定问题钢结构失稳原因?5月月4日,莆田某在建日,莆田某在建3层钢结构房屋坍塌,层钢结构房
12、屋坍塌,导致导致5人死亡,疑底层钢柱失稳导致!人死亡,疑底层钢柱失稳导致!整体失稳主要原因:整体失稳主要原因:设计错误:只验算基本构件的稳定,设计错误:只验算基本构件的稳定,忽视忽视整体结构的整体结构的稳定验算稳定验算,计算简图及支座,计算简图及支座约束与实际受力不符。约束与实际受力不符。制作缺陷:构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的制作缺陷:构件的初弯曲、初偏心、热轧冷加工以及焊接产生的残余变形残余变形等。等。支撑不足:钢结构安装过程中,尚未形成整体结构之前,属支撑不足:钢结构安装过程中,尚未形成整体结构之前,属几何可变体系几何可变体系,构件,构件的稳定性很差。若临时支撑设置不合理
13、或者数量不足,轻则会使部分构件丧失稳的稳定性很差。若临时支撑设置不合理或者数量不足,轻则会使部分构件丧失稳定,重则造成整个结构在施工过程中倒塌和倾覆。定,重则造成整个结构在施工过程中倒塌和倾覆。荷载变化、支承情况的不同:在吊装中由于荷载变化、支承情况的不同:在吊装中由于吊点吊点位置的不同,桁架或网架的杆件位置的不同,桁架或网架的杆件受力可能变化,造成失稳受力可能变化,造成失稳使用不当:随意改变使用功能;改变构件的受力状态;增加设备引起的超载;基使用不当:随意改变使用功能;改变构件的受力状态;增加设备引起的超载;基础不均匀沉降和温度应力引起的附加变形;意外冲击等础不均匀沉降和温度应力引起的附加变
14、形;意外冲击等局部失稳主要原因:局部失稳主要原因:设计错误:不进行局部稳定验算,致使构件的各类板件宽厚比和高厚比超过规范设计错误:不进行局部稳定验算,致使构件的各类板件宽厚比和高厚比超过规范限值限值构造不当:构件局部受集中力较大的部位,加劲肋数量不足、构造不当构造不当:构件局部受集中力较大的部位,加劲肋数量不足、构造不当原始缺陷:局部鼓曲和波浪形变形原始缺陷:局部鼓曲和波浪形变形吊点位置不合理:导致构件在吊装过程中局部失稳吊点位置不合理:导致构件在吊装过程中局部失稳三维分析重要性参考文献主次门式钢架体系在工业厂房中应用的相关问题苗劲、吴宏,中船九院 建筑结构总长总长240m,跨度,跨度27m,
15、柱距,柱距12m,4台台20t桥式起重桥式起重机高度机高度9m,减小屋面檩条跨度,在主钢架之间设置,减小屋面檩条跨度,在主钢架之间设置不落地次钢架。不落地次钢架。塌下来、鼓出去二维分析与三维分析相比,主次钢架挠度,主钢架弯矩和二维分析与三维分析相比,主次钢架挠度,主钢架弯矩和剪力差别很大。基于空间传力的结构形式,建议优先采用剪力差别很大。基于空间传力的结构形式,建议优先采用空间结构分析,如采用平面分析应对结构进行针对调整。空间结构分析,如采用平面分析应对结构进行针对调整。稳定分析方法钢结构设计标准 GB50017-20175. 结构分析与稳定性设计l 稳定性分析三种方法:一阶弹性分析、二阶弹性
16、分析和直接分析分析方法适用条件规则框架结构的二阶效应系数: 计算的最大二阶效应系数 0.1时,可采用一阶弹性分析;当0.10.25时,应增大结构侧移刚度或采用直接分析.一般结构的二阶效应系数:式中: 整体结构最低阶弹性临界荷载与荷载设计值的比值屈曲分析稳定分析方法 :针对未变形的结构建立平衡条件,不考虑变形对内力和位移的影响,也不考虑几何非线性和材料非线性的影响,按弹性阶段分析得到结构的内力和位移。 P-效应、P-构件缺陷及材料的塑性行为对结构的影响在构件设计阶段通过计算长度法进行考虑。构件稳定承载力验算:无侧移框架可以采用一阶弹性分析稳定分析方法:只考虑结构的二阶变形对内力产生的影响,根据变
17、形后的结构建立平衡条件,按弹性阶段分析结构内力和位移。 可以考虑P-,分析方法基于大变形、小应力理论的一种几何非线性方法,全过程追踪结构受力状态,直到第一个塑性铰出现为止。 可以考虑结构的几何初始缺陷影响,结构整体初始几何缺陷模式可以按最低阶整体屈曲模态采用,也可以用等效水平力进行替代。 对于二阶效应较明显结构,如有侧移框架、侧移敏感型框架,无法准确计算长度系数,应采用二阶弹性分析方法。 注意:采用:采用仅考虑仅考虑P-效应的二阶弹性分析与设计方法,只是考虑了结构层面上的二阶效应影响,并未涉及到构件的效应的二阶弹性分析与设计方法,只是考虑了结构层面上的二阶效应影响,并未涉及到构件的P-对内力影
18、响,这部分的影响应通过稳定系数来考虑,此时构件的计算长度系数应取对内力影响,这部分的影响应通过稳定系数来考虑,此时构件的计算长度系数应取1.0。稳定分析方法:一种全过程二阶弹塑性分析设计方法,可以全面考虑结构和构件的初始缺陷、几何非线性、材料非线性等对结构和构件的内力的影响,其分析设计过程可用下式来表示。用直接分析设计法求得的构件内力可以直接做为校核构件的依据。 l 直接积分法直接进行截面强度验算,不进行面内稳定验算直接积分法直接进行截面强度验算,不进行面内稳定验算l 二阶弹性(二阶弹性(P-P- -)- -常用特例常用特例 不考虑塑性(不能出现塑性铰,即不能屈服),不允许内力重分布稳定分析方
19、法屈曲分析程序可以根据屈曲分析模态结果,按照用户要求考虑初始缺陷并自动更新模型,减少大跨结构非线性稳定分析的模型准备工作结构失稳点结构失稳点稳定系数稳定系数初始缺陷钢结构设计标准 GB50017-20175.2.1 结构整体初始几何缺陷模式可按最低阶整体屈曲模态采用。框架及支撑结构整体初始几何缺陷代表值的最大值可取为H/250,H为结构总高度。框架及支撑结构整体初始几何缺陷代表值也可按式5.2.1-1确定;或可通过在每层柱顶施加假想水平力等效考虑。空间网格结构技术规程 JGJ7-20104.3.3 进行网壳全过程分析时应考虑初始几何缺陷的影响,初始几何缺陷分布可采用结构的最低阶屈曲模态,其缺陷
20、最大值可按网壳跨度的1/300取值。5.1.7 二阶弹性分析和直接分析应合理考虑初始几何缺陷和残余应力的影响。稳定系数结构失稳点结构失稳点安全系数安全系数 进行网壳结构全过程分析求得的第一个临界点处的荷载值,可作为网壳的稳定极限承载力。 网壳稳定容许承载力(荷载取标准值)应等于网壳稳定极限承载力除以安全系数K。 当按弹塑性全过程分析时,安全系数K可取为2.0; 当按弹性全过程分析时、且为单层球面网壳、柱面网壳和椭圆抛物面网壳时,安全系数K可取为4.2空间网格结构技术规程4.3.4条斜柱/跃层柱计算长度系数(1)确定拟计算构件及初始长度范围、约束确定拟计算构件及初始长度范围、约束; (2)确定各
21、约束的约束刚度确定各约束的约束刚度 (仅用于独立模型法与局部仅用于独立模型法与局部实体有限元模型法实体有限元模型法,通常用单位力法确定通常用单位力法确定); (3)加载、屈曲分析加载、屈曲分析, 对整体模型法通常采用恒载加活对整体模型法通常采用恒载加活载的竖向加载模式载的竖向加载模式,对独立模型与有限元模型法则采用对独立模型与有限元模型法则采用轴向加单位力法轴向加单位力法; (4)获得屈曲系数获得屈曲系数,并乘以相应分析工况下杆件内力,并乘以相应分析工况下杆件内力,如如;整体模型法对应的恒载加活载下的杆件内力整体模型法对应的恒载加活载下的杆件内力(5)代入公式计算代入公式计算 节点分析楼梯、吊
22、车梁分析安全性验算安全性验算节点分析必要性空间网格结构技术规程JGJ-20105.5.5 铸钢节点设计时应采用有限元法进行实际荷载工况下的计算分析,其极限承载力可根据弹塑性有限元分析确定。当铸钢节点承受多种荷载工况且不能明显判断其控制工况时,应分别进行计算以确定其最小极限承载力。极限承载力数值不宜小于最大内力设计值的3.0倍。钢结构设计标准GB50017-201712.4.2 铸钢节点应满足承载力极限状态要求,节点应力应符合下式要求12.4.3 铸钢节点可采用有限元法确定其受力状态,并可根据实际情况对其承载力进行试验验证。节点分析方法细部模型尺寸细部模型尺寸边界约束条件边界约束条件荷载取值荷载取值模型尺寸确定 圣维南原理(Saint Vena
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