多高层钢结构的特点及分析控制

一、多高层钢结构的特点及分析控制多层钢结构的建模特点多层钢结构的分析模型高层钢结构的建模特点高层钢结构的设计控制总结--设计技术要点1。多层钢结构的建模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2。多多层层钢钢结结构构的的分分析析模模型型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，，等等等。。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结构构的的面面外外振振动动、、局局部部振振动动。。采用用面面外外加加强强的的方方式式，，减减少少局局部部振振动动和和薄薄弱弱部部位位。。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，，这这样样可可避避免免短短柱柱的的应应力力突突变变，，造造成成设设计计超超限限。。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。。板厚厚为为0，产产生生大大量量的的空空旷旷结结构构振型型数数要要多多取取3。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4。高高层层钢钢结结构构的的设设计计控控制制在分分析析高高层层钢钢结结构构时时，，P-ΔΔ效应应一般般总总是是要要考考虑虑的的，，其其它它的的设设计计选选择择应应根根据据相相应应的的规规范范、、规规程程而而定定。。梁柱柱节节点点域域的的变变形形问问题题：：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节点点域域的的剪剪切切变变形形。。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，可以以按无侧侧移设计计；2。当楼层最最大杆间间位移大大于1/1000但小于1/300时，柱长长度系数数可以按按1.0设计；3。当楼层最最大杆间间位移大大于1/300时，应按按有侧移移设计。。考虑P-Δ效应高层钢结结构参数数选择支撑体系系结构可可以选择择“框剪剪结构””0.25Qo的调整5。总结——设计技术术要点（1）在软件件编制中中按照《建筑结构构荷载规规范》、《建筑抗震震设计规规范》、《钢结构设设计规范范》及《高层民用用建筑钢钢结构技技术规程程》对钢构件件进行截截面相应应的截面面强度、、整体稳稳定、局局部稳定定等的验验算。（2）按《高层民用用建筑钢钢结构技技术规程程》计算地震震力和地地震参数数，可对对钢柱进进行0.25Qo的基底剪剪力调整整。（3）在抗震震规范的的第八章章中，对对钢柱、、钢梁和和钢支撑撑以强制制条文的的方式，，规定了了杆件的的宽厚比比、高厚厚比和长长细比，，所以当当遇到不不满足强强制性条条文的规规定时，，软件将将严格报报错，以以提示用用户注意意。钢结构的的整体分分析钢结构的的整体分分析与混混凝土结结构一样样，不但但要满足足抗震规规范的相相应条文文，如：：最小基底底剪力、、薄弱层层、层刚刚度比、、位移比比、周期期比、最最大位移移角等等等控制，还应该该根据钢钢结构变变形较大大的特点点，考虑虑偶然偏心心、双向向地震、、二阶变变形效应应，如：P-Δ效应。对重要要的结构构还应考考虑弹塑塑性变形形分析，，如：弹塑性动动力时程程分析、、弹塑性性静力推推覆分析析。当钢结构构是由空空间杆件件组成，，带有大大量的空空洞、交交错结构构、空间间斜交结结构，空空间弧形形构件、、支架、、塔架、、桁架、、屋架等等等，在在分析时时会产生生大量的的独立的的“弹性性节点””，这就就要求在在建模、、分析时时注意：：复杂构构件连接接应尽量量选择空空间整体体建模，，如SPASCAD；整体分分析时振振型数应应取得足足够的多多，应以以“有效效质量系系数”大大于90%为满足依依据。钢的弹性性模量比比混凝土土大的多多，对钢钢结构可可以按““一次性加加载”计算恒恒载。钢钢结构允允许变形形大，分分析应考考虑P-Δ效应。考考虑P-Δ效应后，，水平位移移增大约约5%～10%。一般当当杆间位位移大于于1/250时应该考考虑P-Δ效应。钢柱的““有侧移移”、或或“无侧侧移”选选择，可可以按以以下原则则考虑：：（A）当楼层最最大杆间间位移小小于1/1000时，可以以按无侧侧移设计计；（B）当楼层最最大杆间间位移大大于1/1000但小于1/300时，柱长长度系数数可以按按1.0设计；（（C）当楼层最最大杆间间位移大大于1/300时，应按按有侧移移设计。目前软件件没有考考虑钢梁梁柱节点点的剪切切变形，，可以通通过加强强钢柱的的节点域域，如在在节点中中间夹焊焊缀板等等方法，，来提高高节点域域的刚度度，减少节点点域的剪剪切变形形。这一点点对H型钢的柱柱节点尤尤其重要要，在高高层钢结结构设计计中也是是要重点点关注的的。钢结构的的位移控控制（1）抗震规规范规定定，当地地震力作作用下的的位移应应小于1/300，当结构构为高层层钢结构构时，可可以放松松到1/250。同时还还应考虑虑舒适度度的要求求，控制制顶点的的加速度度值。（2）同样钢钢结构也也应该有有偶然偏偏心、双双向地震震，并且且位移控控制也要要考虑偶偶然偏心心和双向向地震。。钢构件的设设计控制（1）当为转换层结构时，对对转换构件件也要在““特殊构件件”中按““转换梁”、“框支柱”定义，软软件在计算算时将考虑虑规范的要要求，对转转换梁、框框支柱进行行地震内力力放大。（2）对于按支支撑输入的的斜柱，应应在“特殊构件”定义中把把其两端的的连接属性性改为两端端刚接，这这样斜柱将将按支撑和和柱设计验验算取大值值。同样当当钢梁产生生轴力时，，钢梁也应按按钢柱的方方式验算强强度、稳定定，与受弯弯构件的验验算比较取取大值控制制。而且对两两端铰接梁梁还要按照照水平支撑撑的要求，，按支撑方方式验算。。（3）对于混合合结构，其其中的钢结结构部分应应按要求进进行分析演演算，对混混凝土部分分则应参照照有关相应应的规范进进行设计验验算。二、温度、、吊车、特特殊风、以以及其它特特殊荷载的的定义、设设计和作用用分析6。温度荷载的的定义及分分析7。吊车荷载载的定义及及分析8。特殊风荷荷载定义及及分析9。特殊支座座的定义及及分析10。总结6。温度荷载的的定义及分分析温度荷载即即温度场对对结构的影影响，有以以下几方面面问题。温度的时效效问题：冬天和夏天天的温度产产生的温差差将非常大大，（如冬冬天-20、夏天+30，温差50），如果以以这个温差差作为温度度场（温度度荷载），，计算结构构的温度效效应将非常常大。由于于这个温差差产生是在在一年的时时间内发生生，结构的的反应也是是缓慢、变变化的。一一般情况下下结构的温温度效应可可以考虑瞬间温差（指一天的的时间内））。温度的环境境问题：考虑温差对对结构的影影响，要考考虑结构的的工作环境境，如涂料料、内外装装修、保温温隔热等的的影响，要要分别考虑虑施工阶段段、使用阶阶段的结构构反应。如如果只考虑虑使用阶段段，则施工工阶段应考考虑相应的的保证、保保护措施。。7。吊车荷载载的定义及及分析带吊车结构构的分析，，主要是合合理考虑吊吊车的作用用问题。吊车作为移动荷载，分析时应应考虑移动的效应应。吊车结构分分析主要分分为：（1）吊车梁的的分析：（（2）吊车移动动对整体结结构的分析析。TAT、SATWE软件是分析析第（2）项的内容容。STS中可以分析析钢吊车梁梁。程序分析吊吊车荷载的的说明在TAT和SATWE的吊车荷载载计算中，，没有考虑虑吊车荷载载对吊车梁梁的影响，，即没有按按照影响线线的方式考考虑吊车梁梁，吊车梁梁应采用其其它软件专门分析。软件要求根根据吊车的的形式，如如对各种轨轨道、轮压压点的吊车车，给出最最大轮压反反力（或作作用）及最最小轮压反反力（及作作用），不不论该吊车车运行轨道道上有几部部吊车，均均按这个方方式给出。。在一对轨道道内的吊车车荷载称为为第1组吊车荷载载（不论该该对轨道内内有几部吊吊车），第第二对吊车车轨道则可可以定义第第2组吊车荷载载等等。吊车水平刹刹车力作用用在上层的的柱中间。。吊车结构的的计算模型型由于吊车荷荷载作用在在吊车柱的的牛腿上，，所以在牛腿处应应该设置一一个标准楼楼层，并且在沿吊车运行行轨迹方向向应定义框框架梁，如吊车柱柱在吊车运运行轨迹方方向没有框框架梁，也也应把吊车车梁作为两两端铰接梁梁输入，吊吊车荷载的的移动顺序序是通过轨轨迹上的梁梁所确定的的，这是吊吊车运行轨轨迹方向必必须布置梁梁的原因。。在吊车荷载载作用的有有牛腿的楼楼层应一般般没有楼板板，所以应应考虑该层层的节点为为“弹性节点”即不受刚刚性楼板假假定的制约约。即使是是多层工业业厂房，在在吊车柱的的外边有楼楼板，也要要按“弹性楼板”考虑，或或者不考虑虑楼板的存存在和作用用，这样可可以比较安安全地求出出水平刹车车力对上下下梁的影响响。当吊车柱之之间设有交交叉支撑时时，必须考考虑支撑的的作用，在在吊车柱的的设计中，，可适当减减少吊车柱柱在支撑布布置方向的的长度系数数。注意：当这这种结构产产生了多个个“弹性节节点”后，，地震振型型数就要增增加。振型型分析也应应该采用““总刚模型型”。吊车荷载的的计算吊车荷载的的作用点就就是与吊车车轨道平行行的柱列各各节点，它它是根据吊吊车轨迹由由程序自动动求出。（1）程序沿吊吊车轨迹自自动对每跨跨加载吊车车作用。（2）求出每组组吊车的加加载作用节节点。（3）对每对节节点作用4组外力，分分别为：A、左点最大轮轮压、右点点最小轮压压；B、右点最大轮轮压、左点点最小轮压压；C、左、右点正正横向水平平刹车力；；D、左、右点正正纵向水平平刹车力。。（4）对每组吊吊车的每次次加载，求求每根杆件件的内力。。（5）分别按轮轮压力和刹刹车力，求求每根柱的的预组合力力，预组合合力的目标标为：最大大轴力、最最大弯矩等等。吊车内力的的预组合目目标吊车柱预组组合目标共共14项：（1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-Mxmax（5）+Mymax（6）-Mymax（7）Nmax+Mxmax（8）Nmax-Mxmax（9）Nmax+Mymax（10）Nmax-Mymax（11）Nmin+Mxmax（12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+Mymax（14）Nmin-Mymax吊车荷载作作用下梁的的预组合目目标为：（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N预组合方式式（1）吊车柱预组组合分别有有“只考虑虑轮压的预预组合力””和“考虑虑轮压加刹刹车的预组组合力”。。预组合1——是吊车的““轮压+刹车”内力组合合；预组合2——是吊车的““轮压”内力组合合。（2）梁预组合也也按照“只只考虑轮压压的预组合合力”和““考虑轮压压加刹车的的预组合力力”这两种种情况搜索索出梁的包包络内力，，即为：预组合1——轮压+刹车包络内力；；预组合2——轮压包络内力。。吊车荷载结结构的设计计注意事项项（1）地震分析时时，没有计计入吊车的的桥架重和和吊重。（2）没有考虑吊吊车梁的作作用。（3）吊车柱的配配筋，没有有考虑排架架的长度系系数。因为吊车的的桥架重和吊重是移动荷载载，所以很很难确定质质量的位置置，在地震震分析中这这部分的质质量没有计计入，则计计算地震作作用局部算算小了，可可以通过地地震作用放大来弥补这个个问题。对于吊车梁梁，当排架架中间有框框架梁，则则应输入该该框架梁，，否则应把把吊车梁按按两端铰接接梁定义、、输入。在在用TAT、SATWE分析时，排排架柱之间间必须要有有梁才能正正确分析。。（1）对于重型吊吊车、排架架结构应用用PK计算。（2）TAT、SATWE适用于中、、轻型的吊吊车分析，，特别是多多层结构中中带吊车的的结构形式式。排架柱的计计算长度可可以人工修修正，因此此在用软件件设计中要要注意以下下几点：（3）吊车分析以以每对轴线线为准，程程序自动搜搜索每对轴轴线上的吊吊车柱，并并成对作用用。（4）TAT、SATWE只计算吊车车柱，并生生成柱的预预