多高层钢结构设计二

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。多层钢钢结构的分分析模型结构分析应应满足相应应的设计规规范、规程程。结构分析一一般可以选选择：弹性楼板、、P-Δ效应、总刚刚模型计算算结构的振振型、振型型数应取得得足够多满满足有效质质量系数，，等等。结构的振型型分析，可可以观察到到结构的薄薄弱部位，，应尽量减减少结构的的面外振动动、局部振振动。采用面外加加强的方式式，减少局局部振动和和薄弱部位位。当梁的高差差较小（在在梁高范围围内）时，，应简化成成同一标高高，这样可可避免短柱柱的应力突突变，造成成设计超限限。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，产生生大量的的空旷结结构振型数要要多取3。高层层钢结构构的建模模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———支撑为为主要抗抗侧力结结构4。高层层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的的调整5。总结结——设设计技术术要点（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。钢结构的整体体分析钢结构的整体体分析与混凝凝土结构一样样，不但要满满足抗震规范范的相应条文文，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。当钢结构是由由空间杆件组组成，带有大大量的空洞、、交错结构、、空间斜交结结构，空间弧弧形构件、支支架、塔架、、桁架、屋架架等等，在分分析时会产生生大量的独立立的“弹性节节点”，这就就要求在建模模、分析时注注意：复杂构构件连接应尽尽量选择空间间整体建模，，如SPASCAD；整体分析时时振型数应取取得足够的多多，应以“有有效质量系数数”大于90%为满足依据。。钢的弹性模量量比混凝土大大的多，对钢钢结构可以按按“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。钢柱的“有侧侧移”、或““无侧移”选选择，可以按按以下原则考考虑：（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。目前软件没有有考虑钢梁柱柱节点的剪切切变形，可以以通过加强钢钢柱的节点域域，如在节点点中间夹焊缀缀板等方法，，来提高节点点域的刚度，，减少节点域的的剪切变形。这一点对H型钢的柱节点点尤其重要，，在高层钢结结构设计中也也是要重点关关注的。钢结构的位移移控制（1）抗震规范规规定，当地震震力作用下的的位移应小于于1/300，当结构为高高层钢结构时时，可以放松松到1/250。同时还应考考虑舒适度的的要求，控制制顶点的加速速度值。（2）同样钢结构构也应该有偶偶然偏心、双双向地震，并并且位移控制制也要考虑偶偶然偏心和双双向地震。钢构件的设计计控制（1）当为转换层结构时，对转转换构件也要要在“特殊构构件”中按““转换梁”、“框支柱”定义，软件件在计算时将将考虑规范的的要求，对转转换梁、框支支柱进行地震震内力放大。。（2）对于按支撑撑输入的斜柱柱，应在“特殊构件”定义中把其其两端的连接接属性改为两两端刚接，这这样斜柱将按按支撑和柱设设计验算取大大值。同样当当钢梁产生轴轴力时，钢梁也应按钢钢柱的方式验验算强度、稳稳定，与受弯弯构件的验算算比较取大值值控制。而且对两端端铰接梁还要要按照水平支支撑的要求，，按支撑方式式验算。（3）对于混合结结构，其中的的钢结构部分分应按要求进进行分析演算算，对混凝土土部分则应参参照有关相应应的规范进行行设计验算。二、温度、吊吊车、特殊风风、以及其它它特殊荷载的的定义、设计计和作用分析析6。温度荷载载的定义及分分析7。吊车荷载载的定义及分分析8。特殊风荷荷载定义及分分析9。特殊支座座的定义及分分析10。总结6。温度荷载载的定义及分分析温度荷载即温温度场对结构构的影响，有有以下几方面面问题。温度的时效问问题：冬天和夏天的的温度产生的的温差将非常常大，（如冬冬天-20、夏天+30，温差50），如果以这这个温差作为为温度场（温温度荷载），，计算结构的的温度效应将将非常大。由由于这个温差差产生是在一一年的时间内内发生，结构构的反应也是是缓慢、变化化的。一般情情况下结构的的温度效应可可以考虑瞬间温差（指一天的时时间内）。温度的环境问问题：考虑温差对结结构的影响，，要考虑结构构的工作环境境，如涂料、、内外装修、、保温隔热等等的影响，要要分别考虑施施工阶段、使使用阶段的结结构反应。如如果只考虑使使用阶段，则则施工阶段应应考虑相应的的保证、保护护措施。7。吊车荷载载的定义及分分析带吊车结构的的分析，主要要是合理考虑虑吊车的作用用问题。吊车作为移动荷载，分析时应考考虑移动的效应。吊车结构分析析主要分为：：（1）吊车梁的分分析：（2）吊车移动对对整体结构的的分析。TAT、SATWE软件是分析第第（2）项的内容。。STS中可以分析钢钢吊车梁。程序分析吊车车荷载的说明明在TAT和SATWE的吊车荷载计计算中，没有有考虑吊车荷荷载对吊车梁梁的影响，即即没有按照影影响线的方式式考虑吊车梁梁，吊车梁应应采用其它软软件专门分析。软件要求根据据吊车的形式式，如对各种种轨道、轮压压点的吊车，，给出最大轮轮压反力（或或作用）及最最小轮压反力力（及作用）），不论该吊吊车运行轨道道上有几部吊吊车，均按这这个方式给出出。在一对轨道内内的吊车荷载载称为第1组吊车荷载（（不论该对轨轨道内有几部部吊车），第第二对吊车轨轨道则可以定定义第2组吊车荷载等等等。吊车水平刹车车力作用在上上层的柱中间间。吊车结构的计计算模型由于吊车荷载载作用在吊车车柱的牛腿上上，所以在牛腿处应该该设置一个标标准楼层，并且在沿吊车运行轨轨迹方向应定定义框架梁，如吊车柱在在吊车运行轨轨迹方向没有有框架梁，也也应把吊车梁梁作为两端铰铰接梁输入，，吊车荷载的的移动顺序是是通过轨迹上上的梁所确定定的，这是吊吊车运行轨迹迹方向必须布布置梁的原因因。在吊车荷载作作用的有牛腿腿的楼层应一一般没有楼板板，所以应考考虑该层的节节点为“弹性节点”即不受刚性性楼板假定的的制约。即使使是多层工业业厂房，在吊吊车柱的外边边有楼板，也也要按“弹性楼板”考虑，或者者不考虑楼板板的存在和作作用，这样可可以比较安全全地求出水平平刹车力对上上下梁的影响响。当吊车柱之间间设有交叉支支撑时，必须须考虑支撑的的作用，在吊吊车柱的设计计中，可适当当减少吊车柱柱在支撑布置置方向的长度度系数。注意：当这种种结构产生了了多个“弹性性节点”后，，地震振型数数就要增加。。振型分析也也应该采用““总刚模型””。吊车荷载的计计算吊车荷载的作作用点就是与与吊车轨道平平行的柱列各各节点，它是是根据吊车轨轨迹由程序自自动求出。（1）程序沿吊车车轨迹自动对对每跨加载吊吊车作用。（2）求出每组吊吊车的加载作作用节点。（3）对每对节点点作用4组外力，分别别为：A、左点最大轮压压、右点最小小轮压；B、右点最大轮压压、左点最小小轮压；C、左、右点正横横向水平刹车车力；D、左、右点正纵纵向水平刹车车力。（4）对每组吊车车的每次加载载，求每根杆杆件的内力。。（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吊车荷载作用下下梁的预组合目目标为：（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N预组合方式（1）吊车柱预组合分分别有“只考虑虑轮压的预组合合力”和“考虑虑轮压加刹车的的预组合力”。。预组合1——是吊车的“轮压+刹车”内力组合；预组合2——是吊车的“轮压”内力组合。（2）梁预组合也按照照“只考虑轮压压的预组合力””和“考虑轮压压加刹车的预组组合力”这两种种情况搜索出梁梁的包络内力，，即为：预组合1——轮压+刹车包络内力；预组合2——轮压包络内力。吊车荷载结构的的设计注意事项项（1）地震分析时，没没有计入吊车的的桥架重和吊重重。（2）没有考虑吊车梁梁的作用。（3）吊车柱的配筋，，没有考虑排架架的长度系数。。因为吊车的桥架重和吊重是移动荷载，所所以很难确定质质量的位置，在在地震分析中这这部分的质量没没有计入，则计计算地震作用局局部算小了，可可以通过地震作作用放大来弥补这个问题题。对于吊车梁，当当排架中间有框框架梁，则应输输入该框架梁，，否则应把吊车车梁按两端铰接接梁定义、输入入。在用TAT、SATWE分析时，排架柱柱之间必须要有有梁才能正确分分析。（1）对于重型吊车、、排架结构应用用PK计算。（2）TAT、SATWE适用于中、轻型型的吊车分析，，特别是多层结结构中带吊车的的结构形式。排架柱的计算长长度可以人工修修正，因此在用用软件设计中要要注意以下几点点：（3）吊车分析以每对对轴线为准，程程序自动搜索每每对轴线上的吊吊车柱，并成对对作用。（4）TAT、SATWE只计算吊车柱，，并生成柱的预预组合力。（5）吊车柱的配筋考考虑了刹车+轮压、轮压的不不同组合。（6）吊车柱的长度系系数应由用户自自行修正