pkpm v4.2钢结构设计应用指南

准发布,编号为GB50017-2017（以下简称新钢标）201871PKPM2018711PKPMV4.2本书第1、8、9章作者为、；第2、6章作者为吴海楠；第3、7章作者为刘孝国、第4章作者为肖川、；第5章作者为禄，以上均为参与V4.2新钢标版本产品设计、研发、测试的成员。目录第1 材 引 第2 钢构件板件的宽厚比控 引 《钢结构设计标准》GB50017-2017规 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的相关规 《民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015的相关规 小 第3 钢结构一阶和二阶弹性分 结 第4 钢结构弹性直接分析设计方 引 小 第5 钢构件验 等效弯矩系数βmx变 小 第6 钢柱计算长度系 小 第7 钢结构抗震性能化设 第8 钢结构节点设计和施工 第9 钢结构工具箱相关改 第1章材料引015钢材强度指厚度分级按照GB/T700-2006《碳素结构钢》、GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》和GB/T19879-2005《建筑结构用钢板》确定。Q235钢材取消了60~100的厚度分组，Q345新增了一个63~80的分组，同时对Q345及以上钢材的分组厚度值进行了修改。在5%以内，考虑到实际设计时施工不确定性和长细比控制等因素，对设计影响并不大。1.2-Q235Q345Q390Q420Q460—（Q420Q4601.2-2标准还单独增加结构用无缝材料的强度指标，见新标准表4.4.3。但是鉴于这种而对于其他各处未使用k的地方，则按照新标准表4.4.1中的fy按厚度进行取值，例如新标准D.0.5中计算正则化长细比。k2k程序对应修Q235GJ和Q390GJ~Q460GJfyQ460Q345GJ1.3-1PM SATWE前处理中可进行构件的修1.3-3SATWE前处理中，当选择设计规范为GB50017-2003时，材料强度可选择是否执行新标准，当不勾选时，即按旧规范执行。当选择规范为GB50017-2017时，则强制执行新标准材料强GB50017-2017图1.3- 材料强度变化对设计的设计内力：N=2000kN;M=2000kN*m波动（差异在10。主要原因还是构件的厚度正好介于新旧规范两个厚度分组之间，导致一个向上取为290，另一个向下取为265。但总的来说，在Q345这个情况比较特殊的钢材上，从新结果来看，一般很少因为强度设计值的调整而导致设计不满足范要求的情况，因Q235和Q345的强度调整并不明显（甚至厚度较大时Q345新标准强1.4-2第2构件板件的宽厚比引也是基于各自的要求去控制的，它们分别是《钢结构设计标准》GB50017-2017，《建筑抗震《钢结构设计标准》GB50017-2017规划分为5S1级-S5级，如下表：2.2-2.2-S1S2S3S4级压弯翼缘构件（框腹板))))架柱w壁板（板—间翼缘径厚圆钢管截比—面受弯翼缘构件（梁工字形截腹板面w壁板（板—间翼缘 ,其中为钢材牌号屈服2.2-面壁板肢件宽厚比（缘分TT形λλkk)))λ27.3.2规定：当受压构件的压力小于稳定承载力 第7.3.1条相关算得后乘以放大系数α＝ 《钢结构设计规范》GB50017-2003的相关规2.3-(16α0+0.5λ+24）εk轴心受压构受弯构件（梁《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的相关规2.4-8.3.2，如下：2.4-柱板梁99承载力目标，在满足按1倍作用、1.5倍作用、2倍作用的承载力目标时，对应A、B、C三类去控制构件板件的宽厚比，如下表：2.4-ABC柱梁9《民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-2015的相关规2.5-计柱工字形截面翼缘梁工字形截面和箱99箱形截面翼缘在工字形截面和箱72-72-80-11085-12085-ρ为梁的轴压Nb/Af，其他钢号乘以ε《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015的相关大于15√(235⁄fy)，腹板高厚比不应大于250。压翼缘板自由外伸宽度bt13√(235⁄f_y程序实构件则按照《钢结构设计标准》中的S4级要求控制，如果不满足S4级的要求，则按照新材为Q345。2.7-22.7-2.7- ，X向截面模量:： 2.7-5 行，如:当能满足当前多遇作用组合下的构件的强度和稳定要求时，根据抗震规范9.2.14条文说明要求，按照1.3.2表中A类要求控制板件宽厚比，当满足1.5倍多遇作用组合下的构件承载力要求时，按抗震规范9.2.14条文说明B类控制板件宽厚比；22.7-7修正的板件宽厚比时，可视作C类截面，εσ为应力修正因子， 弹性承载力“性能设计中选择“2倍力作用”的同时，宽厚比等级设置为S5级，然后计算，满足要求时，程序会考虑S4级经修正后的板件宽厚比限值，如下图所示：抗规8.1.3注2：多、钢结构房屋，当构件的承载力满足2倍作用组合下的内力2.7-图于构件验算的非抗震组合，程序对于梁柱按照新钢标S4级要求控制，对于受压支撑构接按照宽厚比等级为S4级确定其板件的宽厚比限值。图2.7-112.7-122.7-1326Q345。 2.7-14目标梁柱位置计算限 宽厚比等规控制S1（一级S2（二级S3（三级S4（四级旧钢高厚宽厚新钢高厚宽厚抗高厚-宽厚-高钢高厚宽厚新钢标S3级要严。上要严于新钢标S2级要求。计算限 宽厚比等规控制S1（一级S2（二级S3（三级S4（四级旧钢高厚宽厚新钢高厚宽厚抗高厚-宽厚-高钢高厚宽厚限值与S1-S3级之间较为匹配。体不超过S3级的要求。2.7-计算限 宽厚规抗--同，二级与S2级相同，其他等级限值互有上下。第3结构一阶和二阶弹性钢结构一阶弹性设计方 或采用直接分析；当时，应增大结构的侧移刚度或采用直接分析，二阶效应系 故可采用一阶分析法来计算框架内力，当然也就不再考虑假想水平力Hn。 备，将P-Δ效应20%作为刚重比控制的限值。述悬臂柱模型，在倒三角q荷载下，其基底弯矩为： 图3.1-1倒三角荷载作用下的悬臂柱计算简由图3.1-1所示的计算简图来分析，P-Δ效应引起的附加弯矩为： 减50%， PP313E构各层的二阶效应系数所示结果及提示。如果判断在一阶分析时需要考虑P-△效应，程序.1-4E一阶弹性设计方法考虑P，SATWE程P图3.1- 析以构件为研究对象，考虑构件的缺陷（初弯曲δ0，残余应力）进行稳定计算，而结构二阶弹性设计方过在每层柱顶施加假想水平力Hni（概念荷载）等效考虑。3.2-15.4.1，P5.2.1取为1.0或者其他认可的值。3.2-1柱顶施加假想水平力Hni等效考虑。合。但是采用仅考虑P-△效应的二阶弹性分析与设计方法只考虑了结构层面上的二阶效应系数来考虑，此时的构件计算长度系数应取为1.0。在软件中增加了如图3.2-2所示的对应3.2-2个方向的整体缺陷的倾角1.0。当然计算长度系数也可荷载工况1和整体缺陷工况2。整体缺陷荷载属性归入永久荷载中，各种组合情况下的分项系数均取1.0，重力荷载代表值和质量源系数取0，如图3.2-3所示。上图中“”的含义是整体缺陷工况参与组合后总是使得组合后内力的绝对值增加。3.2-53.2-6图3.2-7二阶效应内力放的放大系算例分二阶弹性分析法进行计算（二阶弹性设计柱计算长度系数取10），并进行对比。标热轧HM截面，主梁和次梁均选用工字钢。3.3-12，对两模型的计算结果进行对比。3.3-1层层质质量(模型(模(模(模型321位移计算的刚度比两模型有微小差异，如表3.3-2所示：3.3-2层(模(模(模(模(模(模3213.3-3振型周类方向(模(模(模(模(模(模型1TT2TT3TT4TT5TT振型周类方向(模(模(模(模(模(模型6TT7TT8TT9TTTTTTTTTTTTTT层X方向最大层间位移(模(模321层Y方向最大层间位移(模(模3213.3-层X方向最大层间位移(模(模321层Y方向最大层间位移(模(模321设计方法，柱在Y方向的长细比为86.30超出了抗规三级抗震等级82.53的限值（该钢柱的10*qrt（235/345）=2.53结

第4结构弹性直接分析设计引根据GB50017-2017第5章规定，直接分析可以分为考虑材料进入塑性的弹塑性直接分析弹性直接分析除不考虑材料非线性的因素外，需要考虑几何非线性（P-ΔP-理论上，几何非线性分析需要先对荷载进行组合再进行迭代计算。SATWE、PMSAP中考P-Δ效应采用的是无需迭代的直接几何刚度法，这种方法的好处是很容易与结构动力反缺陷采用GB50017-2017第5章规定的最大值。弹性直接分析设计方法相关参数设4.2-1选择“弹性直接分析设计方法”时默认考虑结构缺陷，包括整体缺陷和局部缺陷，此结构整体初始缺陷，程序自动增加整体缺陷荷载工况1和整体缺陷工况2。整体缺陷荷载属图4.2-2工况信息中的“整体缺陷4.2-3上图中“”的含义是整体缺陷工况参与组合后总是使得组合后内力的绝对值增加。4.2-构件设梁除了按GB50017-2017的式5.5.7-1进行强度验算外，当无足够侧向支撑时仍然需要进行整体稳定应力验算（5.5.7-2），因为梁的失稳验算属于弯扭失稳验算。算例分4.4-1PMSAP0P-Δ效应计方法进行分析，不考虑结构P-Δ效应，进行计算。4.4-214.4-4构件信息4.4-1层质量((((214.4-2振型周((((123层X向最大层间位移Y向最大层间位移((((层X向最大层间位移Y向最大层间位移((((21层X向最大层间位移Y向最大层间位移((((21XY123456789 1011 10111213141516稳定应力比强度比 10111213141516稳定应力比4.4-8B和Y向结构整体缺陷倾角为1/250。模型中采用的焊接工字型型截面，材料强度为Q345按照7.2.1-1，X向为a类截面，Y向为b类截面，按照表5.2.2选择构件2轴初始缺陷为1/400，钢构件3轴初始缺陷为1/350。4.4-6层质量((((43214.4-7振型周类方向((((((1XX2TT3XX--4.4-8层X向最大层间位移Y向最大层间位移((((4321层X向最大层间位移Y向最大层间位移((((4321XY1234567891 910111213141516 910111213141516稳定应力比强度比 9101112131415161718192021稳定应力比4.4-13Y小GB50017-2017增加了钢结构设计的弹性直接分析设计方法，V42版的PKPM增加了这种分系数的。强度验

第5章钢构件验标表8.1.1：5.1- （b）工字梁截面特校核：翼缘宽厚比小于S3级，故γx=1.05；

M

108882.151.050.85 图5.1-3工字梁截面及特性5.1-4SATWE-17版新钢标验算结果校核：翼缘宽厚比大于S3级，故γx=1.0；

M

146283.621.00.85小于S3级限值37，组合弯矩设计值-410.56kN·m，净截面系数0.85。 图5.1-5箱形梁截面及特性5.1-6SATWE-17版新钢标验算结果校核：翼缘宽厚比小于S3级，故γx=1.05；

M

113852.891.050.85大于S3级限值37，组合弯矩设计值-436.84kN·m，净截面系数0.85。 图5.1-7 5.1-8SATWE-17版新钢标验算结果校核：翼缘宽厚比大于S3级，故γx=1.0；

M

186578.111.00.85 《钢结构设计标准》GB50017-20177.1.1、7.1.2

uN0.7fu其中，An=ξ·A，ξ

N A0.7N fA0.7fu

F1/fN

A0.7fu组合轴拉力设计值2145.12kN，净截面系数0.85。（a）H形支撑截面尺寸 图5.1-9 H形支撑截面及特性图5.1- SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结NN

0.85

FN2145.12 F N A0.7f

2145.12410 0.850.00780.7与03版规范一致。 为12，小于S3级限值13，组合内力设计值为：N=-675kN，Mx=270kN·m，My=540kN·m，净截面系数0.85。（a）H形柱截面尺寸 图5.1-11 H形柱截面及特性（a）V41-03版钢规验算结果 图5.1-12 SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果N MxMyF1A x

y

0.85 1.20.850.85。 图5.1-13 （a）V41-03版钢规验算结果 图5.1-14 SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果 MyF

x

y 0.85 1.150.85 1.150.85MM2M F1 m2702 27020.85 1.150.85稳定验自由长度l1与其宽度b1之比”控制是否验算整体稳定。（即“受压翼缘的自由长度l1与其宽度b1之比”小03规范表4.2.1）也会按式（6.2.2）验于S4级限值124，L1/b1=4/0.3=13.33>13，组合弯矩设计值-245.84kN·m。 图5.2-1工字梁截面及特性5.2-2SATWE-03174320Ah

b W b

x 62.890.01562.890.0151

01

4.4

'1.070.2821.070.282

F2

M

57845.750.962F2/f57845.75/215000于S4级限值124，L1/b1=4/0.4=10<13，组合弯矩设计值-247.43kN·m。 图5.2-3工字梁截面及特性5.2-4SATWE-0317F2

M

44394.801.0F2/f44394.80/215000次梁3截面高度小于主梁高度一半。5.2-5主、次梁示意图计算框架梁正则化长细比时l取值如下：lmin{L/2，L1,左}；l右=min{L/2，L1,右}；L1,左,右15.2-6L=8m，作下翼缘稳定验算，图面也不显示梁端下翼缘稳定应力比，如图5.2-7所示。 图5.2-6主、次梁截面尺寸（a）钢梁验算结果-（b）钢梁验算结果-构件图5.2- SATWE-17版新钢标正则化长细比结一半，因此

400 96011 400 960

l 2 l 5.436h2 w15.43612.919602 2 5.43612.919602 1 w 1 3.46bt3ht3 1 w 1 h212bt1.78ht 1 w3.464002039602037.2712.913.34.527206000960212400201.78960

n,p 图5.2-8主、次梁截面尺寸（a）钢梁验算结果-（b）钢梁验算结果-构件5.2-9SATWE-17f17（6.2.7-3）~（6.2.7-6）计算，得λn,b=0.474>0.45，需验算框架梁端下fe

3.14 F4Mx

dF4/f97917.5/305000Q345、Q390、Q420、03170317标准工字xbbbaybcbb轧制xbbbaybbbatw=12mm，tf=19mm，b/h=1>0.8，f=295N/mm2，轴压力设计值N=-1479.03kN。 图5.2-10标准工字钢支撑截面及特性图5.2- 本算例中，标准工字钢支撑，b/h=1>0.8，支撑长细比：λx=37.18，λy=63.6。03版钢规：FN x

0.878F2/f97995.60/295000FN Ay 0.707AyFN x

0.929F2/f92615.87/295000FN Ay 0.707Ay压弯构件（柱）稳矩系数βmx的规定发生变化。等效弯矩系数无侧等效弯矩系数无侧031 0.650.35M 117 10.36 0.60.4M 1注：17版新钢标，有侧移情况，当N<<Ncr算例1：焊接H形柱，截面尺寸如下图所示，H=4m，Q235，f=205N/mm2，翼缘宽厚比12，38μx=μy=0.73，长细比λx=8.94，λy=26.9，组合（a）H形柱截面尺寸 （b）H形柱截面特性图5.3-1焊接H形柱截面及特性 （a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-2SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果5Hxb，ycλx=8.94，λy=26.9φφ非闭口构件，η根据附录B.1计算得φbx=1.0，φby=1.0； 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 y 0.650.35M2x0.650.35405MM

675 0.650.35M2x0.650.35405MM

675 0.650.35My20.650.35270

270 0.650.35My20.650.35270

270 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.994

0.441.05 10.8675/

0.3F2/f97810.01/205000FNtxMx

myM y

10.8N/N 0.44

0.3

1.2 10.8675/x8.9=6.9 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 y 0.60.4M2x0.60.4405MM

675 0.650.35Mx20.650.35405MM

675 0.60.4M2y0.60.4270

270 0.650.35My20.650.35270

270 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.994

0.361.05 10.8675/

0.3F2/f92359.58/205000FNtxMx

myM

10.8N/N bx

1.0 1.00.

1.2 10.8675/算例2：焊接H形柱，截面尺寸如下图所示，H=4m，Q235，f=205N/mm2，翼缘宽厚比12，38μx=μy=0.73，长细比λx=8.94，λy=26.9，组合（a）H形柱截面尺寸 （b）H形柱截面特性图5.3-3焊接H形柱截面及特性（a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-4SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果5Hxb，ycλx=8.94，λy=26.9φφ非闭口构件，η根据附录B.1计算得φbx=1.0，φby=1.0； 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 yM 0.650.35M2MM0.650.35M2M 0.650.35M2

0.650.351350.650.351350.650.35135 0.650.35My20.650.35135M FN mx W10.8N/N x

tyM0.733

0.994

1.05 10.8675/

FNtxMx

myM y

10.8N/N 0.9210.03521.0 0.733

1.2 10.8675/x8.9=6.9 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 yM 0.60.4M2M

0.60.4135 0.650.35Mx20.650.35135M M 0.60.4M2M

0.60.41350.650.35My20.650.35135M FN mx W10.8N/N x

tyM0.695

0.994

1.05 10.8675/

FNtxMx

myM yy yW10.8N/Ny 0.733

0.733

1.2 10.8675/1238，有侧移，计算长度系数μx=μy=2.03，长细比λx=24.84，λy=74.71，（a）H形柱截面尺寸 （b）H形柱截面特性图5.3-5焊接H形柱截面及特性（a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-6SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果03版规范中，有侧移βmx、βmy1.0，而依据17版新钢标式（8.2.1-10）计算的等效弯矩系数βmx较03版规范会偏小，具体过程如下。 3.142206106xNEx1.12 1.1 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 ymx 0.650.35M2x0.650.35405my

M

6750.650.35My20.650.35270

270 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.954

1.05 10.8675

1.0 1.00.FNtxMx

myM y

10.8N/N

0.612

1.2 10.8675 3.142206106xNEx1.12 1.1 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 y2

3.142206106xNcrx

2.03 1- 10.36

cr 0.650.35Mx20.650.35405MM

675Ncr,

2y

3.142206106 2.03

1- 10.36

cr, 0.650.35My20.650.35270

270 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.954

0.9981.05 10.8675

0.3FNtxMx

myM y

10.8N/N

0.612

1.2 10.8675640，S390，有侧移，计算长度系数μx=μy=2.03，长细比λx=λy=29.48， 图5.3-7圆柱截面及特性 （a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-8SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果17版新钢标则按式（8.2.4-3）计算等效弯矩系数。最终结果显示，圆柱按照17版圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=29.48，因此φx=φy=0.938；闭口构件，η=0.7；γx=1.0，γ圆截面，φbx=φ 3.142206106xNEx1.12 1.1 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 ymxM0.650.35M2M

0.650.35148.5my0.650.35My20.650.35121.5M FN mx W10.8N/N x

tyM

0.760.938

1.0 10.8607.5

F2/f98125.31/205000

myMF3

x W10.8N/N

0.938

1.15 10.8607.5圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=29.48，因此φ=0.938；径厚比40<90，γm=1.15；2NE

3.1422061060.049009NN1 MNNMxM1 148.5N10.35N N

M2yM1

121.5xy0.9810.9824MmaxM2M2，M2M2 580.52391.52，148.52 3.142206106 2NEx1.12 1.1 FFN3

'2 mW10.8N/N 0.938

1.15 10.8607.5F2/fF3/f76461.01/20500040，S390，有侧移，计算长度系数μx=μy=2.03，长细比λx=λy=29.48， 图5.3-9圆柱截面及特性（a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-10SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果17版新钢标则按式（8.2.4-3）计算等效弯矩系数。最终结果显示，圆柱按照17版圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=29.48，因此φx=φy=0.938；闭口构件，η=0.7；γx=1.0，γ圆截面，φbx=φ 3.142206106xNEx1.12 1.1 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 ymx 0.650.35M2x0.650.35391.5my

M

0.650.35My20.650.35283.5

526.5 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.938

1.0 10.8675

0.70.462526.51.00.F2/f95463.35/205000FNtxMx

myM y

10.8N/N 0.70.414580.5

0.938

1.15 10.8675圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=29.48，因此φ=0.938；径厚比40<90，γm=1.15；2NE

3.142206106 10.35 M2MxM

391.51 10.35 M2

580.5

yM M

283.51 xy0.95500.9587MmaxM2M2，M2M2

526.5

max580.52526.52，391.52283.52 2 3.142206106 1.1 FFN ' mW10.8N/N 0.938

1.15 10.8675F2/fF3/f81940.29/20500040，S390，无侧移，计算长度系数μx=μy=0.73，长细比λx=λy=10.61， 图5.3-11圆柱截面及特性 （a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.3-12SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果17版新钢标则按式（8.2.4-3）计算等效弯矩系数。最终结果显示，圆柱按照17版圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=10.61，因此φx=φy=0.9914； 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 y 0.650.35M2x0.650.35391.5MM

0.650.35M2x0.650.35391.5MM

0.650.35My20.650.35283.5

526.5 0.650.35My20.650.35283.5

526.5 FN mx W10.8N/N x

tyM 0.9914

0.4141.0 10.8675/

0.70.462526.51.00.F2/f57929.51/205000

myMF3

x W10.8N/N bx 0.9914

0.70.414580.51.00.

0.4621.15 10.8675/圆柱，x轴b类，y轴b类，长细比λx=λy=10.61，因此φ=0.9914；径厚比40<90，γm=1.15；2NE

3.1422061060.04900910.35 M2MxM

1 10.35 M2

580.5

yM M

283.51 xy0.98380.9851MmaxM2M2，M2M2

526.5

max580.52526.52，391.52283.52 2 3.142206106NEx1.12 FFN3

'2 mW10.8N/N

0.96921.15 10.8675/F2/fF3/f84730.70/205000有效截面验工字型截箱型截腹板高厚比计算有效截面特按式（8.4.2-验算强度、稳按式（8.4.2-双向压弯做相处 fFNMxNexMyNeyf x yF/f mxMx tyMyNey A W10.8N/N' W x byF/f txMxNex myMy A W W10.8N/N' bx y 效截面也不尽相同，如图5.4-2所示。 有效截面面积nnAnennAinxcnnnAinycn Ay2

i Ax2

i算例1：焊接H形柱，截面尺寸如下图所示，H=4m，Q235，f=205N/mm2，翼缘宽厚比9.75，96，有侧移，计算长度系数μx=μy=2.03，长细比λx=19.23，λy=89.08，净截面系数0.85，组合内力设计值为：N=-675kN，Mx=472.5kN·m，My=270kN·m。（a）H形柱截面尺寸 （b）H形柱截面特性图5.4-3焊接H形柱截面及特性 （a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.4-4SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果SATWE-03根据附录B.1计算得φbx=0.84，φby=1.0；N MxMyF1A x

y

0.85 1.050.85 1.20.85 3.142206106xNEx1.12 x 2 3.142206106yNEy1.12 ymxM0.650.35M2M

0.650.35472.5my0.650.35My20.650.35270M FN mx W10.8N/N x

tyM

0.9723

1.05 10.8675

FNtxMx

myM y

10.8N/N

0.523

0.84

1.2 10.8675/maxNM675 max

h0/tw9645251.3241661k

2 2

h/ 11.040.75n,

k110.19 n,p n,p hehe01.324he10.4hehe20.6he相对xcnnAinyc n

ex488.75500eyAe对xc轴惯性矩： Ax2

i Ay2

i /511.25 Wely Mx MyNeyF1/f

/

341883.03/205000 mxMx tyMyNey F2/fA W10.8N/N' /f333707.88/205000x x by txMx myMy F3/fA

W10.8N/N /f341551.00/205000 y bx y Ey78.67，有侧移，计算长度系数μx=μy=2.03，长细比λx=37.31，λy=46.44，净截面系数0.85，组合内力设计值为：N=-1020kN，Mx=-380kN·m，My=-190kN·m。 图5.4-7箱形柱截面及特性（a）V41-03版钢规验算结果 （b）V42-17版新钢标验算结果图5.4-8SATWE-03版钢规和17版新钢标验算结果λ=71y=4F F

M x

WyW

0.85 1.00.85 1.00.85 3.142206106xNEx1.12 1.1 x 2 3.142206106yNEy1.12 1.1 ymxM0.650.35M2M

0.650.35-380-my 0.650.35My20.650.35-190M - FN mx W10.8N/N x

tyM 0.9088

1.00.01628710.81020/

F2/f53884.92/215000FNtxMx

myM y

10.8N/N

0.8722

1.00.01576910.81020/F3/f51360.718/215000腹板的应力分布不均匀系数α0：NMxMy1020 max Aexcycex559.9417600ey35.25460WelxWely M MyNey F1/f

/

83650.42/215000 mxMx tyMyNeyF2/

A

W10.8N/N'

/f68317.77/215000x x by txMx myMy F3/

A

W10.8N/N /f65484.87/215000 y bx y Ey大于S3级限值13，腹板高厚比133.75，大于S4级限值124，需考虑有效截面，净截面系数 图5.4-9工字梁截面及特性图5.4-

M

35992.721.00.85WelxWely

M

37403.421.00.85F2

M

31792.911.0F2/f31792.91/2150005.4-11 体承载能力。17版新钢标较03版规范对受压构件有效截面的规定更详细。取有效截面验算强度和稳定性，有效截面系数ρ按照7.3.4条计算。（a）H形支撑截面尺寸 （b）H形支撑截面特性图5.4-12 H形支撑截面及特性

NN

0.85

FN x

0.9638FN Ay 0.4962Ay翼缘宽厚比18.25<（10+0.1*93.64）=19.36；hw/tw79.25 hw/tw79.25n, 56.2 110.19110.19 n,p

n,

1.41

长细比λ29k0.13tw/hwAe300820.6613865016NF1

0.850.008154F2

x

0.9638

F3

y

0.4962

F3/f461137.71/2150001程序按照17版新钢标的规定取塑性发展系数。相较03版钢规，17版新钢标中，受力构件的强度验算发生变化：受按照毛截面屈服和净截面断裂双控。以受拉支撑为例，校核了V42-17版新钢标程序计算。以焊接H形和圆截面柱为例，对比并校核了03版钢规和V42-17版新钢标程序的弯矩设计值减小，而焊接H形截面则一致。相较03版钢规，17版新钢标中，对梁上无板情况，不再依据“受压翼缘的自由长度l1与于13，对比并校核了03版钢规和V42-17版新钢标程序整体稳定验算结果，表明程序处理相较03版钢规，17版新钢标中，新增框架梁下翼缘稳定验算。V42-17版新钢标程序对同时满足三个条件（0.45）的345MPa弯矩系数βtxH03V42-170317S4级后，需用有效截面代替实际截面验算杆件承载力，V42-17虑有效截面并进行承载力以焊接H形和箱形柱为例，对比并校核了03版钢规和V42-17版相较03版钢规，17版新钢标中，受弯构件板件宽厚比大于S4级时，需用有效截面验算相较03版钢规，17版新钢标中，受压构件板件宽厚比超过规定限值时可取有效截面验算H03版钢规和V42-17版新钢标程序计算结果，后者考虑有效截面后增大。第6章钢柱计算长度钢柱计算长度系数规范的相关修改及程序实（）（新钢标为支撑结构层侧移刚度，即施加于结构上的水平力与其产生的层间位移角的比值。iV4.2版本SATWE依据新钢标中规定的强支撑判断原则，对于有支撑框架按照功能如下图，在参数定义—设计信息1中勾选“自动考虑有无侧移”。图6.1-1“自动考虑有6.1-2（，其中为按照有侧移框架计算长度得到的受压稳定系6.1-36.1-支撑 支撑=--- 柱=138.2-6.1-=支撑/=支撑/ X6.1-5实腹钢梁刚接时的阶形柱的计算长度系数确定方式：即按照8.3.3-2计算得到，然后8.3.3不应小于柱上端与桁架型横梁刚接计算得到的.8.23，是按照新钢标上柱计算长度系数的两倍还多，旧版方式很可6.1-6.1-6STS下图结构中的下柱和上柱采用450*250*6*10的H形截面柱，下柱高度6米，上柱采用高3450*250*6*10H9.04按照规范8.3.2条6.1-7所6.1- ） ） 6.1-参 6.1-增大，在截面由HW400*400变为HW400*408时，其腹板厚度和翼缘长度均变大了，为什么回转 相较于柱上、下端并与之刚接的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值K1、K2,通过规范附都与K1、K2呈反比关系，而在不改变梁截面的情况下，增大柱截面而不改变梁截面的情况下会使K1、K2这两个参数变小（最底层柱K2不变，进而柱的计算长度系数始终是呈增大的趋6.1-K1K1K2都增大的方式减小柱的计算长度系数，进而减其长细比限值有所降低。抗规8.1.3注2：多、钢结构房屋，当构件的承载力满足2倍地刚度就与参数K1,K2的确定没有影响了，K1,K2不变，计算长度系数自然不会发生变化。小第7结构抗震性能化新钢标性能设计基本思计规范》GB50011GB50191性能设计的关键7.2-17.2-27.2-37.2-4件性能系数最小值，宜比规则结构增加15%~50%。7.2-5应符合图7.2-6规定的要求执行。7.2-6H形和箱形截面柱节点域受剪正则化宽厚比λns性等级。对长细比、板件宽厚比限值控制按照图7.2-7执行。PKPM软件进行钢结构性能设计的流程及手工校核过多遇下承载力与变形验7.3-27.3-3根据确定的性能等级，程序会自动按照新钢标要求，即图7.2-417.1.5下程序默认的阻为2%，按照新钢标17.2.1条第四条所述，对于弹塑性分析的阻可5%。如果使用弹塑性分析软件进行了结构中震下。如图7.3-4所示为SAUSAGE软件计算的某框架结构在某条波中震下的能量图及系数可以在选择如图7.3-5所示的“钢结构设计标准的性能目标”菜单下，进行单个 7.3-6照对应的性能等级确定。βe的取值按照图7.3-8新钢标要求执行。调整系数均按照1.1ηy确定。1.1ηy。对框架结7.3-10图7.3-11标17.3.4确定对应的板件宽厚比等级，并在SATWE软件中选择“梁、柱及支撑构件的宽厚比7.3-12所示。图结果。软件输出的结果分别如图7.3-15、图7.3-16、图7.3-177.3-147.3-157.3-167.3-17稳定承载力及相关构造宽厚比、高厚比及长细比的结果及限值。柱构件详细包络信息如图7.3-187.3-19通过上述小震与中震的包络可以看到，SATWE程序已经完全按照新钢标对性能设计的要钢标17.2.3条进行验算。其中Ωi为钢结构构件的性能系数，注意：不是最小的性能系数，该系数需要考虑βe，Ωi=βe*Ωmin。7.3-2133该梁构件在中震下X正向正偏心调整前与调整后的弯矩分别如下图7.3-28及图下的效应最大，计算出的性能系数最不利，因此，取X向正偏心的内力结果。图7.3- 而该参数的取值与板件宽厚比等级是有关系的，如新钢标表17.2.2-2所示。7.3-31柱满足构件延性等级为V（4（5）过计算结果可以看到强柱弱梁的验算结果Px，Py。Np/Ac于箱型截面柱的塑性发展系数两个方向均为γx=γy=1.05。Np/Ac）=1.6341*1.05*（345000-Np/Ac）=1.6341*1.05*（345000-查表的基础上还需要放大1.1倍。γy=1.2。按照梁的受弯承载力计算计算两个方向的梁的受弯承载力如下Xηy*ΣWebfyb=1.1*1.1*2*345*1.05*1.0807=947.4kNYηy*ΣWebfyb=1.1*1.1*345*1.05*1.0807=473.7kN计算，如规范17.2.4-1计算，并按照图7.3-36的限值进行验算，判断是否满足规范求，如图7.3-36所示。梁构件对应的宽厚比等级为S2，输出的抗剪，受压计算结果信息如图7.3-37所示。按照钢标计算Nmax按照钢标校核中震下Ne2<Nmxa按照钢标计算Vmax梁右端VGb=1.0D+0.5L=1.0*42.5+0.5*20.32=52.66kN；梁另一边右端Vp为：Vp右=52.66+（419+419）/6=52.66+139.66=192.32kN；Q345，7.3-41按照新钢标计算该梁的γ，φ1则L=6/2=3m，按照正则化长细比的计算可以得到：γ=200*SQRT（200*12/8*(400-φ 计算正则化长细比λnb7.3-43λnbσ ]*206000=1705λnb=SQRT（fy/σcr）=SQRT(345/1705)=0.4490.45，手工校核结果与由于该梁的延性等级为IV级，如所示，因此按照图7.3-40的要求，其正则化长细比限值为0.55，软件输出的结果与规范要求结果一致。 1.35，综合考虑最小的性能系图131.0D+0.5L+1.0EXP，则对应的组合轴力值为：131.0D+0.5L+1.0EXP，但是弯矩组合要区分柱底和柱顶，则有：MX=1.0*16.81+0.5*8.09+1.0*65.37=86.225kN.m；MX底=1.0*8.74+0.5*4.2+1.0*129.29=140.13kN.m；MY顶=1.0*1.85+0.5*0.9+1.0*237.58=239.88kN.m；处考虑柱双向压弯σ=N/An+Mx/γxWnx+My/γyWyx进行计算。柱顶σ柱底σN=1145.445kN，MX=140.13kN.m，My=378.84kN.m，对应的最大应力为柱底应力429.98N/mm2，手工校核的组合及应力结果与软件输出结果一致。SATWE，Xλx=48.35，Y料，对应考虑材料修正的长细比两个