PKPM—STS讲义第二章课件

1、2008 版本版本中国建筑科学研究院中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所建筑工程软件研究所门规门规 CECS 102:2002 新规程修改新规程修改 (2003.6)薄钢规范薄钢规范 GB 50018 新规范修改新规范修改 (2003.6) 普钢规范普钢规范 GB 50017 新规范修改新规范修改 (2003.12) 抗震规范抗震规范 GB 50011 相关修改相关修改1、结构类型与抗震设计、结构类型与抗震设计 2、活荷载与风荷载取值、活荷载与风荷载取值3、柱顶位移与钢梁挠度控制、柱顶位移与钢梁挠度控制 5、变截面杆件高厚比控制、变截面杆件高厚比控制4、斜梁平面内稳定验算、斜梁平面内稳定验算

2、 6、檩条计算修改与设计方法的选取、檩条计算修改与设计方法的选取建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范GB50011关于单层钢结构厂关于单层钢结构厂房的规定不适用于单层轻型钢结构厂房房的规定不适用于单层轻型钢结构厂房(注意结构类型选取差异注意结构类型选取差异) 规程提出抗震构造措施有：构件之间应尽量采用螺栓规程提出抗震构造措施有：构件之间应尽量采用螺栓连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接宜采用加腋的方式加强；连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接宜采用加腋的方式加强；该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱脚的抗剪、该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱脚的抗剪、抗拔承载力应适当提高，柱脚底板应设置抗剪键，锚栓

3、应抗拔承载力应适当提高，柱脚底板应设置抗剪键，锚栓应采取提高抗拔力的构造措施；支撑的连接应按屈服承载力采取提高抗拔力的构造措施；支撑的连接应按屈服承载力的的1.2倍设计等等。倍设计等等。 地震反应谱计算时阻尼比取地震反应谱计算时阻尼比取0.05；规程增列当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施规程增列当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施 ；1、将屋面活荷载由将屋面活荷载由0.3kN/mkN/m2 2提高到提高到0.5 kN/mkN/m2 2。对于受荷载水平投影面积大于。对于受荷载水平投影面积大于60m60m2 2的构件可取不小于的构件可取不小于0.3 kN/m0.3 kN/m2 2

4、 ； 0wwzsk2、附录附录A A风载计算风载计算 ； MBMA风荷载的适用范围是：房屋高度不大于风荷载的适用范围是：房屋高度不大于 18米，房屋高宽比不大于米，房屋高宽比不大于1 ,屋面坡度不大于屋面坡度不大于10度度 明确风荷载采用美国明确风荷载采用美国MBMA的规定的规定 ； 与荷载规范公式比较与荷载规范公式比较0wwzszk0wwzsgzk 与荷载规范取值计算结果比较与荷载规范取值计算结果比较以一坡度为以一坡度为1/101/10，双坡封闭式厂房为例：，双坡封闭式厂房为例：荷载规范：荷载规范：门规：门规： 柱脚柱脚铰接铰接l/h2.3,柱脚柱脚刚接刚接l/h.0, 荷载规范荷载规范计算

5、偏安全，其他情况比门规结果小计算偏安全，其他情况比门规结果小0.25-0.55-1.0-0.650.8-0.5-0.6-0.5lh1 1、柱顶位移限值改动较大；、柱顶位移限值改动较大； 柱顶位移设计值柱顶位移设计值风载作用柱顶位移风载作用柱顶位移控制限值控制限值h/240计算值计算值修正部分：修正部分：钢结构钢结构2006年第年第4期期 对规程（对规程（CECS102：2002）的勘误和补遗。）的勘误和补遗。2 2、梁的挠度与挠跨比限值几乎没变化；、梁的挠度与挠跨比限值几乎没变化； 3 3、增列：由于柱顶位移和构件挠度产生、增列：由于柱顶位移和构件挠度产生的屋面坡度的改变值，不应大于坡度设计的

6、屋面坡度的改变值，不应大于坡度设计值的值的1/31/3； 相对挠度、绝对挠度的计算。相对挠度、绝对挠度的计算。勘误中明确跨度勘误中明确跨度L为：对单坡屋面为斜梁跨度，对双坡屋面为一个坡面的斜梁的长度。为：对单坡屋面为斜梁跨度，对双坡屋面为一个坡面的斜梁的长度。1 1、斜梁在平面内，可仅按压弯构件计算强度，可以不、斜梁在平面内，可仅按压弯构件计算强度，可以不计算平面内的稳定性计算平面内的稳定性 前提：屋面坡度较小时（前提：屋面坡度较小时（GB50018, 1:2.5)GB50018, 0.66mm），屋面与檩条有），屋面与檩条有可靠连接（自攻螺钉等紧固件），设置单层拉条靠近上可靠连接（自攻螺钉等

7、紧固件），设置单层拉条靠近上翼缘，选择按门规附录翼缘，选择按门规附录E计算；计算； 2、刚度较弱的屋面（塑料瓦材料等）、非可靠连接、刚度较弱的屋面（塑料瓦材料等）、非可靠连接的压型钢板（扣合式等），应选择的压型钢板（扣合式等），应选择6.3.7-2式或冷弯规范式或冷弯规范计算，拉条的约束作用应根据实际拉条设置情况选择。计算，拉条的约束作用应根据实际拉条设置情况选择。建议这时应设置双层拉条、交叉拉条或型钢拉条，拉条建议这时应设置双层拉条、交叉拉条或型钢拉条，拉条同时约束上下翼缘。同时约束上下翼缘。1 1、有效截面的计算、有效截面的计算 旧规范旧规范新规范新规范2 2、补充了单轴对称截面，弯矩作用

8、于非对称平、补充了单轴对称截面，弯矩作用于非对称平面内时的压弯构件稳定性计算公式；面内时的压弯构件稳定性计算公式； 3 3、新增了薄壁型钢墙梁的设计规定与构造要求；、新增了薄壁型钢墙梁的设计规定与构造要求； 挠度限值：檩条：挠度限值：檩条：1/200 门规：门规： 1/150 墙梁：墙梁：1/150 1/100 且限制墙梁竖向挠度不得大于且限制墙梁竖向挠度不得大于10mm 双力矩的考虑双力矩的考虑4 4、冷弯薄壁型钢门式刚架的计算；、冷弯薄壁型钢门式刚架的计算； 1 1、结构或构件的变形控制、结构或构件的变形控制 2 2、塑性发展系数的考虑与翼缘宽厚比控制、塑性发展系数的考虑与翼缘宽厚比控制3

9、 3、焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用、焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用4 4、轴心构件截面分类的修改与稳定系数的查取、轴心构件截面分类的修改与稳定系数的查取5 5、单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算、单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算6 6、计算长度的确定、计算长度的确定3.5.13.5.1条条 对结构或构件变形的规定，正文中仅为原对结构或构件变形的规定，正文中仅为原则性规定，并强调当有实践经验或有特殊要求时可则性规定，并强调当有实践经验或有特殊要求时可作适当调整。有关变形的具体数值规定改放在附录作适当调整。有关变形的具体数值规定改放在附录A A1) 1) 受弯构件的挠度容许值改

10、为考虑两种情况：受弯构件的挠度容许值改为考虑两种情况： VTVT恒载活荷载作用下的挠度容许值，恒载活荷载作用下的挠度容许值， 主要是观感要求；主要是观感要求； VQVQ活荷载作用下的挠度容许值，主要是活荷载作用下的挠度容许值，主要是 使用要求。使用要求。2) 2) 附录附录A.2 A.2 风载标准值作用下，框架柱顶水平位风载标准值作用下，框架柱顶水平位移与层间相对位移限值：移与层间相对位移限值：无桥式吊车的单层框架的柱顶位移无桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/150 有桥式吊车的单层框架的柱顶位移有桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/400 多层框架的柱顶位移多层框架的柱顶位移 H/500 多层

11、框架的层间相对位移多层框架的层间相对位移 H/400（注（注:对轻型框架结构，柱顶水平位移和层间位移均可适当对轻型框架结构，柱顶水平位移和层间位移均可适当放宽）放宽）1 1、截面塑性发展系数、截面塑性发展系数 x x 、 y y的考虑；的考虑；“需要计算疲劳需要计算疲劳”的梁的梁直接承受动力荷载的梁直接承受动力荷载的梁1) 不考虑截面塑性发展（不考虑截面塑性发展（ x= y=1.0 ）的范围）的范围2) H形、工形截面翼缘宽厚比对塑性发展利用的限制形、工形截面翼缘宽厚比对塑性发展利用的限制yyfTBf2351523513应取应取 x =1.02、宽厚比的控制 ； 1) 钢结构设计规范要求钢结构

12、设计规范要求2) 抗震规范要求抗震规范要求焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用承受静力荷载或间接承受动力荷载的组合梁宜承受静力荷载或间接承受动力荷载的组合梁宜考虑腹板屈曲后强度。考虑腹板屈曲后强度。规范提出的计算公式与欧洲规范规范提出的计算公式与欧洲规范EC3EC3相同，即基相同，即基本计算式：本计算式： 屈曲后强度的利用屈曲后强度的利用1 1. .0 0M MM MM MM M1 10 0. .5 5V VV Vf fe eu uf f2 2u u轴心压杆的整体稳定：轴心压杆的整体稳定： 式中式中 为整体稳定系数，按为整体稳定系数，按 新增厚板新增厚板d d类

13、截面类截面, , 考虑厚度方向残余应力的影响考虑厚度方向残余应力的影响 235yf分分 a,b,c,da,b,c,d类查类查表表 焊接工形截面，绕焊接工形截面，绕Y Y轴截面分类的选取：人工指定轴截面分类的选取：人工指定 fAN单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算(T,L,C(T,L,C等等) )原规范视为弯曲失稳归入原规范视为弯曲失稳归入b b曲线，或降低为曲线，或降低为c c曲线。曲线。新规范截面类别的划分只新规范截面类别的划分只考虑截面形式和残余应力考虑截面形式和残余应力的影响，将弯扭屈曲按弹的影响，将弯扭屈曲按弹性方法用换算长细比（代性方法用换算

14、长细比（代替替lyly）等效为弯曲屈曲：）等效为弯曲屈曲：绕绕X轴弯矩设计值轴弯矩设计值 Mx (kN.m)：671.3轴力设计值轴力设计值 N (kN)：1374.000柱平面内计算长度：柱平面内计算长度：16.65m柱平面外计算长度：柱平面外计算长度：9.4m平面外长细比平面外长细比y：77.479按新规范换算长细比按新规范换算长细比yz：102.5020.7040.539平面外稳定应力增：平面外稳定应力增： 14.9%y206.4237.160 y按有效截面计算应力：按有效截面计算应力：b/t0.58loy/bb/t0.58loy/b时时b/t0.58loy/bb/t0.58loy/b时

15、时1 1）等边单角钢）等边单角钢2 2）等边双角钢）等边双角钢3 3）不等边双角钢，长边相并）不等边双角钢，长边相并4 4）不等边双角钢，短边相并）不等边双角钢，短边相并 统计分析：统计分析：（算例：（算例：18msjwj18msjwj）所有压杆平面外稳定应力增大：所有压杆平面外稳定应力增大：2%14% 2%14% 平均增大：平均增大：6% 6% 对单角钢和双角钢形截面新规范建议了对单角钢和双角钢形截面新规范建议了 yzyz的近似计算式的近似计算式 224475. 01tlboyyyz4226 .181/9 . 3btltboyyz 按一阶弹性分析计算内力时，计算长度系数按一阶弹性分析计算内力

16、时，计算长度系数 m1.0，按有侧移框架柱的表查得按有侧移框架柱的表查得 强支撑框架强支撑框架支撑结构（支撑桁架、剪力墙等）的支撑结构（支撑桁架、剪力墙等）的侧移刚度满足侧移刚度满足（1 1）无支撑纯框架）无支撑纯框架（2）有支撑框架）有支撑框架按无侧移框架柱的表查得按无侧移框架柱的表查得 弱支撑框架弱支撑框架Sb不满足上式时，柱的稳定系数为不满足上式时，柱的稳定系数为建议：按有侧移框架柱的表查得建议：按有侧移框架柱的表查得)2 . 1 (3oibibNNS)2 . 1 (3)(1oibibooNNS（3）附录）附录D线刚度比计算柱的计算长度线刚度比计算柱的计算长度新增横梁远端支撑情况调整新增

17、横梁远端支撑情况调整 柱与基础刚接时，柱与基础刚接时，K2 旧规范的取无穷大改为旧规范的取无穷大改为 10铰接情况，对平板支座，可取铰接情况，对平板支座，可取 K2=0.1 考虑横梁轴力对横梁线刚度的折减考虑横梁轴力对横梁线刚度的折减5.3.6 条新增附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度条新增附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度系数应乘以增大系数系数应乘以增大系数h：各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和摇摆柱的计算长度系数摇摆柱的计算长度系数m=1.0（4）“

18、摇摆柱摇摆柱” 计算长度的调整计算长度的调整)/(/1ff11HNHN)/(ffHN11/ HN 振型参与质量系数的计算振型参与质量系数的计算 最小剪重比控制与调整最小剪重比控制与调整 近似考虑空间扭转地震作用效应增大系数近似考虑空间扭转地震作用效应增大系数 规则框架层间位移校核与薄弱层内力调整规则框架层间位移校核与薄弱层内力调整 强柱弱梁验算强柱弱梁验算 竖向地震作用计算竖向地震作用计算支座杆的模拟支座杆的模拟 杆件输入类型：柱；杆件输入类型：柱；平面内、外计算长度的选取；平面内、外计算长度的选取；平面内计算长度系数一般保持平面内计算长度系数一般保持-1即可；即可；平面外计算长度，上下弦杆需

19、要根据水平支撑距离确定。平面外计算长度，上下弦杆需要根据水平支撑距离确定。桁架结构设计桁架结构设计 两端铰接的设置（支架也适用）；两端铰接的设置（支架也适用）；GB50017-8.4.5：分析桁架杆件内力时，可将节点视为铰接。对用节：分析桁架杆件内力时，可将节点视为铰接。对用节点板连接的桁架，当杆件为点板连接的桁架，当杆件为H形、箱形等刚度较大的截面，且在桁架平形、箱形等刚度较大的截面，且在桁架平面内杆件截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比面内杆件截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比大于大于1/10（对弦杆）或大于（对弦杆）或大于1/15（对腹杆）（对腹杆）时，应考虑节点刚性所

20、引起的时，应考虑节点刚性所引起的次弯矩次弯矩。钢管桁架可参考钢管桁架可参考GB50017-10.1.4，分别为，分别为1/12与与1/24。 杆件截面的选择原则；杆件截面的选择原则； 风荷载输入，桁架风载自动布置风荷载输入，桁架风载自动布置 设计参数的正确选取：结构类型、设计控制参数、设计参数的正确选取：结构类型、设计控制参数、 柱的轴向变形、无侧移、考虑活荷最不利布置柱的轴向变形、无侧移、考虑活荷最不利布置 复杂桁架计算建模常见的问题，注意的事项：复杂桁架计算建模常见的问题，注意的事项： 较大节间荷载情况较大节间荷载情况; 带桁架整体建模计算情况，柱顶铰固接区别。带桁架整体建模计算情况，柱顶

21、铰固接区别。 计算结果的查看顺序与主要内容计算结果的查看顺序与主要内容合理性查看：确保所建计算模型的正确性：节合理性查看：确保所建计算模型的正确性：节点位移图（恒点位移图（恒+活）、单项弯矩图、轴力图、活）、单项弯矩图、轴力图、包络图；包络图；验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度）、验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度）、计算结果文件计算结果文件目的：目的： 寻找满足设计要求，同时结构重量寻找满足设计要求，同时结构重量 最轻最轻的杆件截面的杆件截面杆件分组：分组的意义、默认分组与用户自定义杆件分组：分组的意义、默认分组与用户自定义分组分组适用范围：均由两端铰接杆件组成的钢适用范围：均由两端

22、铰接杆件组成的钢 桁架，截面桁架，截面 类型不再限制类型不再限制 钢桁架施工图钢桁架施工图杆件截面：单角钢、双角钢、单槽钢、双槽钢截面杆件截面：单角钢、双角钢、单槽钢、双槽钢截面2 结构类型结构类型：1 适用范围：适用范围：3 节点形式节点形式：4 操作要点操作要点 梯形梯形 三角形三角形 平行弦（托架）平行弦（托架）最多有最多有5根构件相连，允许有一次再分腹杆。根构件相连，允许有一次再分腹杆。 钢管桁架施工图钢管桁架施工图1、截面类型与适用范围、截面类型与适用范围圆管，矩形管圆管，矩形管直接焊接管桁架。直接焊接管桁架。2、节点类型、节点类型l 相贯节点：相贯节点：T、Y型，型，X型，型，K、

23、N型、型、KT型型l 支座节点：支座节点：插接式、顶接式插接式、顶接式 l 拼接节点：拼接节点：端板高强螺栓连接、端板端板高强螺栓连接、端板焊接连接、直接坡口对焊焊接连接、直接坡口对焊 3、 能够完成节点承载力校核、连接设计、施工图绘制。能够完成节点承载力校核、连接设计、施工图绘制。合理性查看：节点位移图、单项内力图；合理性查看：节点位移图、单项内力图；验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度、柱顶位移）、验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度、柱顶位移）、计算结果文件计算结果文件立柱、腹杆截面的选用与布置立柱、腹杆截面的选用与布置平面受力（摇摆支架）平面受力（摇摆支架） 钢支架的形式与适用范围

24、钢支架的形式与适用范围支架结构设计支架结构设计 计算长度的确定计算长度的确定平面外：左右立柱摇摆支架取整个立柱高度，悬平面外：左右立柱摇摆支架取整个立柱高度，悬臂支架取立柱高度的臂支架取立柱高度的2倍。交叉腹杆取斜杆总长。倍。交叉腹杆取斜杆总长。平面内：一般按默认平面内：一般按默认-1取。取。 腹杆设置单拉杆时的计算与适用情况腹杆设置单拉杆时的计算与适用情况 计算结果的查看计算结果的查看 支座反力的合成与基础设计支座反力的合成与基础设计 悬臂支架平面外受力的补充人为考虑悬臂支架平面外受力的补充人为考虑 钢支架施工图钢支架施工图1、钢支架的形式、钢支架的形式2、杆件截面、杆件截面 立柱：工形、角

25、钢；腹杆：角钢、槽钢及组合立柱：工形、角钢；腹杆：角钢、槽钢及组合3、节点形式、节点形式4、立柱与腹杆的连接形式、立柱与腹杆的连接形式5、操作要点、操作要点 排架的二维模型输入排架的二维模型输入 吊车组合吊车组合 实腹式组合截面柱与格构式组合截面柱定义与计算；实腹式组合截面柱与格构式组合截面柱定义与计算； 偏心的原则；偏心的原则； 计算长度的确定与结果查看；计算长度的确定与结果查看； 单层、双层吊车布置与计算，空车轮压的自动导算；单层、双层吊车布置与计算，空车轮压的自动导算； 附加重量与节点恒荷输入的区别；附加重量与节点恒荷输入的区别； 设计参数的正确选取：结构类型、设计控制参数、多设计参数的

26、正确选取：结构类型、设计控制参数、多台吊车组合吊车荷载折减系数台吊车组合吊车荷载折减系数 、单层厂房阶形柱计算长、单层厂房阶形柱计算长度折减系数度折减系数 、地震作用效应增大系数、地震作用效应增大系数 、有侧移、考虑、有侧移、考虑活荷最不利布置活荷最不利布置 抽柱排架抽柱排架排架结构设计排架结构设计 图形：应力图图形：应力图(强度、稳定、长细比强度、稳定、长细比)；钢梁挠度图（恒钢梁挠度图（恒+活，活）；活，活）；节点位移图节点位移图（风载柱顶位移、重级工作制吊车吊风载柱顶位移、重级工作制吊车吊车梁顶面位置位移、振型图车梁顶面位置位移、振型图） 文本：超限信息、结果文件详细输出文本：超限信息、

27、结果文件详细输出（重要）（重要）（格构柱单肢、缀材验算结果，局部稳定验算结果，基格构柱单肢、缀材验算结果，局部稳定验算结果，基于有效截面验算结果，梁考虑屈曲后强度验算结果于有效截面验算结果，梁考虑屈曲后强度验算结果） 荷载组合荷载组合 基础计算基础计算 框排架截面优化框排架截面优化 悬挂吊车悬挂吊车中列，抽柱列中列，抽柱列STPJ软件为一独立软件模块软件为一独立软件模块（单独一加密锁）（单独一加密锁），可以独立完成重型工业厂房的建模、优化、计算、复可以独立完成重型工业厂房的建模、优化、计算、复杂排架自动节点设计与施工图。杂排架自动节点设计与施工图。主要功能：主要功能： 接力排架结构计算接力排架

28、结构计算 进行肩梁、牛腿、人孔、柱脚、梁柱自动设计进行肩梁、牛腿、人孔、柱脚、梁柱自动设计 绘制施工图绘制施工图（节点图、布置图、构件图）（节点图、布置图、构件图） 肩梁形式肩梁形式 突缘支座肩梁突缘支座肩梁平板支座肩梁平板支座肩梁钢管柱肩梁钢管柱肩梁 设计原理设计原理 参数说明参数说明 参数调整，单件修改参数调整，单件修改 设计要点设计要点 吊车荷载影响，钢管柱肩梁设计吊车荷载影响，钢管柱肩梁设计“1”区“2”区 设计原理设计原理 分肢独立设计，轴心受压分肢独立设计，轴心受压/拉拉 不同的形式不同的形式 轻、中、重型，钢管轻、中、重型，钢管 参数说明参数说明 设计信息、板件归并设计信息、板件

29、归并 要点说明要点说明 锚栓垫板的设计锚栓垫板的设计 设计原理设计原理 分肢独立设计，轴心受压分肢独立设计，轴心受压/拉，主要验算混凝土的强度拉，主要验算混凝土的强度 参数说明参数说明 构造信息，抗震要求构造信息，抗震要求 设计原理设计原理 根据柱脚底板和锚栓的根据柱脚底板和锚栓的受力情况做不同的设计受力情况做不同的设计 构造形式构造形式 带靴板，不带靴板带靴板，不带靴板 参数说明参数说明 要点说明要点说明 尺寸尺寸/锚栓的调整，优化锚栓的调整，优化 设计原理设计原理 两端固结杆件，反弯点在两端固结杆件，反弯点在中心中心 主要验算单肢的稳定主要验算单肢的稳定 参数说明参数说明 方形和圆形构造上的不同方形和圆形构造上的不同 要点说明要点说明 折算长细比，局部构造折算长细比，局部构造 牛腿样式牛腿样式 实腹型，槽钢型实腹型，槽钢型 构件验算构件验算 最不利点的验算，焊缝验算最不利点的验算，焊缝验算 参数说明参数说明 要点说明要点说明 竖向荷载作用点截面的剪应力竖向荷载作用点截面的剪应力连接设计参数选择框架、门架类型自动判别与转换框架、门架连接类型