PKPM钢和砼混合结构设计讲解

钢结构的特点及分析控制1。钢结构的特点2。分析模型3。钢结构的设计控制4。混合结构的设计控制5。总结1.1。一般钢结构的特点结构方案的随意性：结构没有明显的楼层概念，它只根据需要而设置钢梁、支撑、楼板等。建模时，采用大量的特殊手段：如层间梁、修改节点高度、错层梁、坡梁、斜柱、楼板开大洞，等等。建筑设计只满足功能的需要：不考虑结构的要求，如层、层刚度、薄弱层、位移比、侧移刚度，等等的概念。所以结构布置大多为空旷的、不规则的、刚度不均匀的空间结构。给分析带来一定的难度。结构薄弱点：由于结构存在较多的不规则、不连续性，多层钢结构大多都会产生多处局部振动，造成多处薄弱部位。给结构设计带来难度。水平支撑加变截面柱变截面梁柱多层钢结构工业厂房空间塔围结构普通多层钢结构普通多层钢结构特殊工业钢结构1.2。高层钢钢结构的的建模特特点高层钢结结构往往往带有，，型钢构构件、钢钢管构件件、钢板板剪力墙墙等等特特殊的结结构形式式，设计计时，应应分别满满足相应应的设计计规范、、规程。。对一些些特殊工工程，还还应作模型试验验。高层钢结结构的建建模，与与高层混混凝土结结构的要要求基本本上符合合，尽量量避免错层层、楼板板不连续续、平立立面不规规则、扭扭转不规规则。高层钢结结构往往往采用大大量的支支撑，超超高层钢钢结构大大量采用用支撑转转换层、、刚性层层。建模模时应尽尽量避免越层层支撑。在高层混混凝土结结构的顶顶部加有有钢塔时时，建模模要根据据这类结结构合理理分析的的需要。。如：整整体建模模分析、、分开建建模分析析等等。。更要考考虑等效效质量、、荷载的的合理作作用。应特别注意意混合结构构的建模模方法。。如剪立立墙与钢钢梁的连连接。高层钢结结构——支撑为主主要抗侧侧力结构构2.1。钢结构构的局部部振动结构分析析应满足足相应的的设计规规范、规规程。结构分析析一般可可以选择择：弹性楼板板、P-Δ效应、总总刚模型型计算结结构的振振型、振振型数应应取得足足够多满满足有效效质量系系数，等等。结构的振振型分析析，可以以观察到到结构的的薄弱部部位，应应尽量减减少结构构的面外外振动、、局部振振动。采用面外外加强的的方式，，减少局局部振动动和薄弱弱部位。。当梁的高高差较小小（在梁梁高范围围内）时时，应简简化成同同一标高高，这样样可避免免短柱的的应力突突变，造造成设计计超限。。当结构为为抗震控控制，应应尽量减减少结构构的刚度度突变，，减少薄薄弱层。。板厚为0，产生大大量的空空旷结构构振型数要要多取振型需要要取到60个才才能满足足要求振型需要要取到60个才才能满足足要求局部振动动的处理理当局部振振型靠前前，说明明在此处处形成薄薄弱部位位的可能能性越大大。当第第1振型就是是局部振振动时，，可以肯肯定该部部位是薄薄弱部位位，在地地震作用用下，将将首当其其冲遭到到破坏。。局部振动动产生的的薄弱部部位，往往往是局局部的刚刚度失却却。如：：楼板开开洞太多多；只有有平面内内支撑，，没有平平面外支支撑；或或两个方方向的刚刚度差异异太大造造成。等等等。改善结构构的刚度度，使之之均衡，，以避免免局部振振动。如如：增加加平面外外的刚度度等。建模的不不当或计计算模型型的不合合理，也也会造成成局部振振动。通过增大大振型数数、保证证有效质质量系数数等，产产生局部部振动的的结构虽虽然是可可以分析析的，但但是在设设计时，，还是应应该尽量量避免。。2.2。钢结构构的非线线性分析析在钢结构分分析时，，应考虑虑P-Δ效应，即即简化的的几何非非线性。。当结构受受力特殊殊时，还还应考虑虑材料非非线性，，即弹塑塑性分析析。钢结构由由于其材材料的一一致性、、各向同同性性、、均匀性性等，其其材料非非线性性性能是比比较容易易模拟的的，分析析结果的的真实性性较高。。所以，，一些特特殊钢结结构工程程（如：：体育场场馆、重重要的构构筑物等等）都应应考虑弹弹塑性分分析。非线性分分析也可可以找到到结构的的薄弱部部位。可可以确定定结构在在大震下下的承载载能力。。是目前前普遍采采用的方方法。P-Δ效应的计计算选择择软件采用用的计算算方法软件采用用等效几何何刚度的的有限元元法来考虑P-Δ效应。P-Δ效应是一一种简化化的几何何非线性性计算方方法。一一般结构构还是属于小变变形，所以P-Δ效应是可可以满足足设计需需要的。。当需要考考虑材料料非线性性时，应应采用弹塑性分分析，即弹塑塑性静力力分析（（PUSH）或弹塑性性动力分分析（EPDA）。以得到结结构大震震下的承承载能力力。不考虑P-Δ效应不考虑P-Δ效应考虑P-Δ效应考虑P-Δ效应9层钢框框架模型型荷载因子子-位移移曲线，，PUSH与ABAQUS的比较位移时程程曲线，，EPDA与ABAQUS的比较400gal2.3。钢结构构分析模模型的简简化屋架的模模型简化化。刚性杆或或采用刚刚性楼板板假定柱顶铰接接屋盖计算算模型简简化平板网架架的模型型简化。定义超大大房间按按刚性楼楼板假定定分析网架荷载载按集中中力作用用到四周周网壳的模模型简化化。网壳荷载载按集中中力作用用到四周周超大房间间按板厚厚为0考考虑注意网壳壳传给四四周的水水平推力力柱脚连接接刚度的的简化。一般上面面两种柱柱脚连接接，都按按刚接处处理。但但是，实实际情况况却有出出入。因因为高强强螺栓不不能完全全约束柱柱脚的位位移，计计算时按按刚接处处理，柱柱底约束束偏刚，，结构位移移计算偏偏小，柱柱底内力力偏大、、柱顶内内力偏小小。箱形刚接柱脚脚连接H形刚接柱柱脚连接接梁腹板高高强螺栓栓连接刚刚度的简简化。梁柱刚接接的连接接方式：翼缘焊焊接、腹腹板用高高强螺栓栓连接。。在计算算时按刚刚接处理理是合理理的。柱梁铰接接的连接接方式：腹板用用高强螺螺栓连接接。这种种连接实实际上腹腹板还是是有承载载能力的的（约是是刚接的的40%），按铰铰接处理理梁的跨跨中弯矩矩将偏大大，梁支支座处截截面（腹腹板）没没有进行行强度验验算，存存在隐患患。梁柱刚接梁柱铰接主次梁的的连接同同梁柱的的铰接类类似，也也有刚度度模拟问问题。严格地说说，钢结结构的铰铰接是一一种半刚刚接，如如何合理理的模拟拟这种半半刚接，，是需要要研究的的课题。。3。钢结构构的设计计控制在分析高高层钢结结构时，，P-Δ效应一般总是是要考虑虑的，其其它的设设计选择择应根据据相应的的规范、、规程而而定。梁柱节点点域的变变形问题题：目前程序序没有考考虑梁柱柱节点域域的剪切切变形，，这也是是一个复复杂问题题。如考考虑节点点域变形形，而梁梁柱采用用节点以以外的长长度，与与不考虑虑节点变变形，而而梁柱采采用形心心长度。。这两种种分析模模型，对对结构影影响变化化有多大大，目前前研究较较少。节节点剪切切变形与与节点域域的加固固程度有有关，所所以也不不容易合合理地估估计。总总之，只只要对节节点域加加固，一一般可以以不考虑虑节点域域的剪切切变形。。偏心支撑撑：在高层钢钢结构中中设置偏偏心支撑撑，可以以提高结结构的整整体延性性，避免免支撑附附近构件件内力突突变，通通过耗能能梁吸收收地震作作用，从从而达到到抗震的的目的。。强柱弱梁梁的要求求：根据《抗震规范范》对钢柱作作“强柱柱弱梁””的验算算。但是是可以有有三个放放松条件件。所以以用户可可以对验验算结果果酌情参参考、调调整。长细比验验算：当结构设设计是抗抗震设计计控制，，则长度度系数可可以取1.0。层间位移移：抗震规范范规定，，当地震震力作用用下的位位移应小小于1/300，当为高高层钢结结构时，，可以放放松到1/250。同时还还应考虑虑舒适度的的要求，，控制顶顶点的加加速度值值。。有侧移无无侧移：：1。当楼层最最大杆间间位移小小于1/1000时，可以按无无侧移设计；；2。当楼层最大杆杆间位移大于于1/1000但小于1/300时，柱长度系系数可以按1.0设计；3。当楼层最大杆杆间位移大于于1/300时，应按有侧侧移设计。结构有侧移无无侧移的判定定有侧移、无侧移实际上与荷载载作用有关。。荷载组合基本本按以下四类类：（1）恒+活；（2）恒+活+风；（3）恒+活+地震；（4）恒+活+风+地震。其中，2、3、4类组合有可能能是有侧移的的，而第1类组合一般认认为是无侧移移。从抗震规范第第8.2.3条（包含第3.6.3条）中的要求求，并参考相相应的（第3.6.3条）条文说明明，在某种荷荷载组合作用用下，可以通通过结构的整体稳稳定系数来判定，公式式如下：结构整体稳定定系数P──第i层以上的全部部重力荷载设设计值V──由水平荷载在在第i层产生的楼层层剪力设计值值Δ──由楼层剪力引引起的第i层质心处的一一阶弹性层间间位移H──第i层的楼层高度度上述公式适用于刚性楼楼板假定情况。也可以以推广到一般般情况。在不同的荷载载组合作用下下，水平荷载载在第i层产生的楼层层剪力是不同同的，计算的的楼层稳定系系数也各有差差异。当楼层稳定系系数不超过0.05时，则可以把把该楼层看作作是无侧移的。根据这种方法法，软件将进进一步的改进进。可以对每一组组荷载组合时时，判断有无无侧移的情况况，取用不同同的长度系数数。考虑P-Δ效应高层钢结构参参数选择支撑体系结构构可以选择““框剪结构””0.25Qo的调整中心支撑和偏偏心支撑中心支撑可以以提供较大的的刚度，但是是会造成柱内力的突变变，尤其高层钢钢结构支撑轴轴力很大，柱柱将承担很大大的剪力。所所以中心支撑撑多用于多层层钢结构。偏心支撑及其其产生的耗能能梁结构体系系，可以提供供较大的延性，在大震下耗耗能梁首先进进入塑性，以以吸收地震能能量，从而减减少震害。其其多用于高层层钢结构。耗能梁的设置置和设计耗能梁应设置置在柱端部受受力集中部位位，另一端与与偏心支撑相相连。耗能梁可以理理解为偏心支支撑结构的““保险丝”，在大震作作用下通过耗耗能梁的非弹弹性变形来消消耗地震能量量，而使偏心支撑不屈屈曲（保证其承载载能力），以以保证结构在在大震下的稳稳定性。为使偏心支撑撑能够承担耗耗能梁段的端端部弯矩，支支撑与梁应设设计成刚接。。耗能梁与偏心心支撑结合的的结构体系具具有：（1）弹性阶段的刚刚度接近中心心支撑体系；（2）弹塑性阶段的的延性和消能能能力接近于于延性框架体体系。偏心支撑结构构体系的设计计原则：强柱、强支撑撑、弱耗能梁梁。偏心支撑结构构体系的种类类梁、支撑连接接处按刚接设设计4。混合结构的的设计控制混合结构主要要是指：（1）型钢混凝土、、钢组合结构构；（2）圆钢管混凝土土结构；（3）矩形钢管混凝凝土结构；（4）钢与混凝土组组合梁结构。型钢混凝土、、钢组合结构构：型钢混凝土结结构中，常常常伴有钢结构构，以保证构构件连接的顺顺畅。这种体体系具有型钢钢混凝土结构构的刚度和钢钢结构的延性性。结构一般般按区域布置置，下部为型型钢混凝土结结构，上部为为钢结构。上上下部应按各各自的结构性性能要求来控控制。当上部钢结构构占据较多层层，结构整体体分析宜按钢钢结构，地震震分析时，结结构阻尼比宜宜按0.03（可以比纯钢钢结构略大些些）。圆钢管混凝土土结构：圆钢管能有效效约束其中的的混凝土，使混凝土受到到三向约束，，混凝土的抗抗压强度和变变形能力显著著提高（矩形钢管则则不具备这个个效能）。圆钢管混凝土土一般用在大大轴压力（或或伴有大弯矩矩）的柱（大大跨度柱）中中，可以起到到很好的效果果。矩形钢管混凝凝土结构：矩形钢管对管管内混凝土的的约束作用远远不如圆形钢钢管，但是它它与空的箱形形钢管比，承承载力大大提提高，而且容容易与其它构构件连接。钢管混凝土结结构可以按““钢结构”来来设计控制。。材料的阻尼尼比可以比纯纯钢结构略大大。钢与混凝土组组合梁结构：：组合梁结构在在分析时，需需要分施工阶段和使用阶段。施工阶段时，，楼面只有钢钢梁，并要承承担混凝土板板的荷载；使用阶段时，，可以考虑混混凝土板与钢钢梁的共同工工作。混合结构构件件设计时，需需遵循以下设设计规程：型钢混凝土结结构设计，需需遵循《型钢混凝土组组合结构技术术规程》JGJ138-2001圆钢管混凝土土结构设计，，需遵循《钢管混凝土结结构设计与施施工规程》CECS28:90矩形钢管混凝凝土结构设计计，需遵循《矩形钢管混凝凝土结构技术术规程》CECS159:2004钢与混凝土组组合梁设计，，需遵循《钢结构设计规规范》GB50017-20035。总结——设计技术要点点（1）在软件编制制中按照《建筑结构荷载载规范》、《建筑抗震设计计规范》、《钢结构设计规规范》及《高层民用建筑筑钢结构技术术规程》对钢构件进行行截面相应的的截面强度、、整体稳定、、局部稳定等等的验算。（2）按《高层民用建筑筑钢结构技术术规程》计算地震力和和地震参数，，可对钢柱进进行0.25Qo的基底剪力调调整。（3）在抗震规范范的第八章中中，对钢柱、、钢梁和钢支支撑以强制条条文的方式，，规定了杆件件的宽厚比、、高厚比和长长细比，所以以当遇到不满满足强制性条条文的规定时时，软件将严严格报错，以以提示用户注注意。钢结构的整体体分析（1）钢结构的整整体分析与混混凝土结构一一样，不但要要满足抗震规规范的相应条条文，如：最小基底剪力力、薄弱层、、层刚度比、、位移比、周周期比、最大大位移角等等等控制，还应该根据据钢结构变形形较大的特点点，考虑偶然偏心、双双向地震、二二阶变形效应应，如：P-Δ效应。对重要的结结构还应考虑虑弹塑性变形形分析，如：：弹塑性动力时时程分析、弹弹塑性静力推推覆分析。（2）当钢结构是是由空间杆件件组成，带有有大量的空洞洞、交错结构构、空间斜交交结构，空间间弧形构件、、支架、塔架架、桁架、屋屋架等等，在在分析时会产产生大量的独独立的“弹性性节点”，这这就要求在建建模、分析时时注意：复杂杂构件连接应应尽量选择空空间整体建模模，如SPASCAD；整体分析时振振型数应取得得足够的多，，应以“有效效质量系数””大于90%为满足依据。。（3）钢的弹性模模量比混凝土土大的多，对对钢结构可以以按“一次性加载”计算恒载。。钢结构允许许变形大，分分析应考虑P-Δ效应。考虑P-Δ效应后，水平位移增大大约5%～10%。一般当杆间间位移大于1/250时应该考虑P-Δ效应。（4）钢柱的“有有侧移”、或或“无侧移””选择，可以以按以下原则则考虑：（A）当楼层最大杆杆间位移小于于1/1000时，可以按无无侧移设计；；（B）当楼层最大杆杆间位移大于于1/1000但小于1/300时，柱长度系系数可以按1.0设计；（C）当楼层最大杆杆间位移大于于1/300时，应按有侧侧移设计。（5）目前软件没没有考虑钢梁梁柱节点的剪剪切变形，可可以通过加强强钢柱的节点点域，如在节节点中间夹焊焊缀板等方法法，来提高节节点域的刚度度，减少节点