PKPM钢和砼混合结构设计讲解4

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。高高层层钢钢结结构构的的建建模模特特点点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、、规规程程。。对对一一些些特特殊殊工工程程，，还还应应作作模型型试试验验。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，，尽尽量量避免免错错层层、、楼楼板板不不连连续续、、平平立立面面不不规规则则、、扭扭转转不不规规则则。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撑转转换换层层、、刚刚性性层层。。建建模模时时应应尽尽量量避免免越越层层支支撑撑。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。。更更要要考考虑虑等等效效质质量量、、荷荷载载的的合合理理作作用用。。应特别别注注意意混合合结结构构的的建建模模方方法法。。如如剪剪立立墙墙与与钢钢梁梁的的连连接接。。高层层钢钢结结构构———支撑撑为为主主要要抗抗侧侧力力结结构构2.1。钢钢结结构构的的局局部部振振动动结构构分分析析应应满满足足相相应应的的设设计计规规范范、、规规程程。。结构构分分析析一一般般可可以以选选择择：：弹性性楼楼板板、、P-ΔΔ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。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。柱梁铰接的连连接方式：腹板用高强强螺栓连接。。这种连接实实际上腹板还还是有承载能能力的（约是是刚接的40%），按铰接处处理梁的跨中中弯矩将偏大大，梁支座处处截面（腹板板）没有进行行强度验算，，存在隐患。。梁柱刚接梁柱铰接主次梁的连接接同梁柱的铰铰接类似，也也有刚度模拟拟问题。严格地说，钢钢结构的铰接接是一种半刚刚接，如何合合理的模拟这这种半刚接，，是需要研究究的课题。3。钢结构的设设计控制在分析高层钢钢结构时，P-Δ效应一般总是要考考虑的，其它它的设计选择择应根据相应应的规范、规规程而定。梁柱节点域的的变形问题：：目前程序没有有考虑梁柱节节点域的剪切切变形，这也也是一个复杂杂问题。如考考虑节点域变变形，而梁柱柱采用节点以以外的长度，，与不考虑节节点变形，而而梁柱采用形形心长度。这这两种分析模模型，对结构构影响变化有有多大，目前前研究较少。。节点剪切变变形与节点域域的加固程度度有关，所以以也不容易合合理地估计。。总之，只要要对节点域加加固，一般可可以不考虑节节点域的剪切切变形。偏心支撑：在高层钢结构构中设置偏心心支撑，可以以提高结构的的整体延性，，避免支撑附附近构件内力力突变，通过过耗能梁吸收收地震作用，，从而达到抗抗震的目的。。强柱弱梁的要要求：根据《抗震规范》对钢柱作“强强柱弱梁”的的验算。但是是可以有三个个放松条件。。所以用户可可以对验算结结果酌情参考考、调整。长细比验算：：当结构设计是是抗震设计控控制，则长度度系数可以取取1.0。层间位移：抗震规范规定定，当地震力力作用下的位位移应小于1/300，当为高层钢钢结构时，可可以放松到1/250。同时还应考考虑舒适度的要求求，控制顶点点的加速度值值。。有侧移无侧移移：1。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；；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）钢结构的的整体分析析与混凝土土结构一样样，不但要要满足抗震震规范的相相应条文，，如：最小基底剪剪力、薄弱弱层、层刚刚度比、位位移比、周周期比、最最大位移角角等等控制制，还应该根根据钢结构构变形较大大的特点，，考虑偶然偏心、、双向地震震、二阶变变形效应，如：P-Δ效应。对重要的的结构还应应考虑弹塑塑性变形分分析，如：：弹塑性动力力时程分析析、弹塑性性静力推覆覆分析。（2）当钢结构构是由空间间杆件组成成，带有大大量的空洞洞、交错结结构、空间间斜交结构构，空间弧弧形构件、、支架、塔塔架、桁架架、屋架等等等，在分分析时会产产生大量的的独立的““弹性节点点”，这就就要求在建建模、分析析时注意：：复杂构件件连接应尽尽量选择空空间整体建建模，如SPASCAD；整体分析时时振型数应应取得足够够的多，应应以“有效效质量系数数”大于90%为满足依据据。（3）钢的弹性性模量比混混凝土大的的多，对钢钢结构可以以按“一次性加载载”计算恒载载。钢结构构允许变形形大，分析析应考虑P-Δ效应。考虑虑P-Δ效应后，水平位移增增大约5%～10%。一般当杆杆间位移大大于1/250时应该考虑虑P-Δ效应。（4）钢柱的““有侧移””、或“无无侧移”选选择，可以以按以下原原则考虑：：（A）当楼层最大大杆