多高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分析控制教學(xué)課件PPT

1、一、多高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及分析控制多層鋼結(jié)構(gòu)的建模特點(diǎn)多層鋼結(jié)構(gòu)的分析模型高層鋼結(jié)構(gòu)的建模特點(diǎn)高層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)控制總結(jié)-設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)1。多層鋼結(jié)構(gòu)的建模特點(diǎn)結(jié)構(gòu)方案的隨意性：結(jié)構(gòu)沒(méi)有明顯的樓層概念，它只根據(jù)需要而設(shè)置鋼梁、支撐、樓板等。建模時(shí)，采用大量的特殊手段：如層間梁、修改節(jié)點(diǎn)高度、錯(cuò)層梁、坡梁、斜柱、樓板開(kāi)大洞，等等。建筑設(shè)計(jì)只滿足功能的需要：不考慮結(jié)構(gòu)的求，如 層、層剛度、薄弱層、位移比、側(cè)移剛度，等等的概念。所以結(jié)構(gòu)布置大多為空曠的、不規(guī)則的、剛度不均勻的空間結(jié)構(gòu)。給分析帶來(lái)一定的難度。結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)：由于結(jié)構(gòu)存在較多的不規(guī)則、不連續(xù)性，多層鋼結(jié)構(gòu)大多都會(huì)產(chǎn)生多處局部振動(dòng)，造成多處薄弱部位

2、。給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)難度。水平支撐加變截面柱變截面梁柱多層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房空間塔圍結(jié)構(gòu)普通多層鋼結(jié)構(gòu)普通多層鋼結(jié)構(gòu)特殊工業(yè)鋼結(jié)構(gòu)2。多層鋼結(jié)構(gòu)的分析模型結(jié)構(gòu)分析應(yīng)滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程。結(jié)構(gòu)分析一般可以選擇：彈性樓板、P-效應(yīng)、總剛模型計(jì)算結(jié)構(gòu)的振型、振型數(shù)應(yīng)取得足夠多滿足有效質(zhì)量系數(shù)，等等。結(jié)構(gòu)的振型分析，可以觀察到結(jié)構(gòu)的薄弱部位，應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)的面外振動(dòng)、局部振動(dòng)。采用面外加強(qiáng)的方式，減少局部振動(dòng)和薄弱部位。當(dāng)梁的高差較?。ㄔ诹焊叻秶鷥?nèi)）時(shí)，應(yīng)簡(jiǎn)化成同一標(biāo)高，這樣可避免短柱的應(yīng)力突變，造成設(shè)計(jì)超限。當(dāng)結(jié)構(gòu)為抗震控制，應(yīng)盡量減少結(jié)構(gòu)的剛度突變，減少薄弱層。板厚為0，產(chǎn)生大量的空曠結(jié)構(gòu)振型數(shù)要多取

3、3。高層鋼結(jié)構(gòu)的建模特點(diǎn)高層鋼結(jié)構(gòu)往往帶有，型鋼構(gòu)件、鋼管構(gòu)件、鋼板剪力墻等等特殊的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)分別滿足相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程。對(duì)一些特殊工程，還應(yīng)作模型試驗(yàn)。高層鋼結(jié)構(gòu)的建模，與高層混凝土結(jié)構(gòu)的要求基本上符合，盡量避免錯(cuò)層、樓板不連續(xù)、平立面不規(guī)則、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則。高層鋼結(jié)構(gòu)往往采用大量的支撐，超高層鋼結(jié)構(gòu)大量采用支撐轉(zhuǎn)換層、剛性層。建模時(shí)應(yīng)盡量避免越層支撐。在高層混凝土結(jié)構(gòu)的頂部加有鋼塔時(shí)，建模要根據(jù)這類結(jié)構(gòu)合理分析的需要。如：整體建模分析、分開(kāi)建模分析等等。更要考慮等效質(zhì)量、荷載的合理作用。應(yīng)特別注意混合結(jié)構(gòu)的建模方法。如剪立墻與鋼梁的連接。高層鋼結(jié)構(gòu)支撐為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)4。高層鋼結(jié)構(gòu)

4、的設(shè)計(jì)控制在分析高層鋼結(jié)構(gòu)時(shí)， P-效應(yīng)一般總是要考慮的，其它的設(shè)計(jì)選擇應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程而定。梁柱節(jié)點(diǎn)域的變形問(wèn)題：目前程序沒(méi)有考慮梁柱節(jié)點(diǎn)域的剪切變形，這也是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題。如考慮節(jié)點(diǎn)域變形，而梁柱采用節(jié)點(diǎn)以外的長(zhǎng)度，與不考慮節(jié)點(diǎn)變形，而梁柱采用形心長(zhǎng)度。這兩種分析模型，對(duì)結(jié)構(gòu)影響變化有多大，目前研究較少。節(jié)點(diǎn)剪切變形與節(jié)點(diǎn)域的加固程度有關(guān)，所以也不容易合理地估計(jì)?？傊?，只要對(duì)節(jié)點(diǎn)域加固，一般可以不考慮節(jié)點(diǎn)域的剪切變形。偏心支撐：在高層鋼結(jié)構(gòu)中設(shè)置偏心支撐，可以提高結(jié)構(gòu)的整體延性，避免支撐附近構(gòu)件內(nèi)力突變，通過(guò)耗能梁吸收地震作用，從而達(dá)到抗震的目的。強(qiáng)柱弱梁的要求：根據(jù)抗震規(guī)范對(duì)鋼柱作“

5、強(qiáng)柱弱梁”的驗(yàn)算。但是可以有三個(gè)放松條件。所以用戶可以對(duì)驗(yàn)算結(jié)果酌情參考、調(diào)整。長(zhǎng)細(xì)比驗(yàn)算：當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是抗震設(shè)計(jì)控制，則長(zhǎng)度系數(shù)可以取1.0。層間位移：抗震規(guī)范規(guī)定，當(dāng)?shù)卣鹆ψ饔孟碌奈灰茟?yīng)小于1/300，當(dāng)為高層鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，可以放松到1/250。同時(shí)還應(yīng)考慮舒適度的要求，控制頂點(diǎn)的加速度值。有側(cè)移無(wú)側(cè)移：1。當(dāng)樓層最大桿間位移小于1/1000時(shí)，可以按無(wú)側(cè)移設(shè)計(jì)；2。當(dāng)樓層最大桿間位移大于1/1000但小于1/300時(shí)，柱長(zhǎng)度系數(shù)可以按1.0設(shè)計(jì)；3。當(dāng)樓層最大桿間位移大于1/300時(shí)，應(yīng)按有側(cè)移設(shè)計(jì)?？紤]P-效應(yīng)高層鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇支撐體系結(jié)構(gòu)可以選擇“框剪結(jié)構(gòu)”0.25Qo的調(diào)整5?？偨Y(jié)設(shè)計(jì)技

6、術(shù)要點(diǎn)（1）在軟件編制中按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行截面相應(yīng)的截面強(qiáng)度、整體穩(wěn)定、局部穩(wěn)定等的驗(yàn)算。（2）按高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程計(jì)算地震力和地震參數(shù)，可對(duì)鋼柱進(jìn)行0.25Qo的基底剪力調(diào)整。（3）在抗震規(guī)范的第八章中，對(duì)鋼柱、鋼梁和鋼支撐以強(qiáng)制條文的方式，規(guī)定了桿件的寬厚比、高厚比和長(zhǎng)細(xì)比，所以當(dāng)遇到不滿足強(qiáng)制性條文的規(guī)定時(shí)，軟件將嚴(yán)格報(bào)錯(cuò)，以提示用戶注意。鋼結(jié)構(gòu)的整體分析鋼結(jié)構(gòu)的整體分析與混凝土結(jié)構(gòu)一樣，不但要滿足抗震規(guī)范的相應(yīng)條文，如：最小基底剪力、薄弱層、層剛度比、位移比、周期比、最大位移角等等控制，還應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)

7、變形較大的特點(diǎn)，考慮偶然偏心、雙向地震、二階變形效應(yīng)，如：P-效應(yīng)。對(duì)重要的結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮彈塑性變形分析，如：彈塑性動(dòng)力時(shí)程分析、彈塑性靜力推覆分析。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)是由空間桿件組成，帶有大量的空洞、交錯(cuò)結(jié)構(gòu)、空間斜交結(jié)構(gòu)，空間弧形構(gòu)件、支架、塔架、桁架、屋架等等，在分析時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的獨(dú)立的“彈性節(jié)點(diǎn)”，這就要求在建模、分析時(shí)注意：復(fù)雜構(gòu)件連接應(yīng)盡量選擇空間整體建模，如SPASCAD；整體分析時(shí)振型數(shù)應(yīng)取得足夠的多，應(yīng)以“有效質(zhì)量系數(shù)”大于90%為滿足依據(jù)。鋼的彈性模量比混凝土大的多，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)可以按“一次性加載”計(jì)算恒載。鋼結(jié)構(gòu)允許變形大，分析應(yīng)考慮P-效應(yīng)?？紤]P-效應(yīng)后，水平位移增大約5%10%。一

8、般當(dāng)桿間位移大于1/250時(shí)應(yīng)該考慮P-效應(yīng)。鋼柱的“有側(cè)移”、或“無(wú)側(cè)移”選擇，可以按以下原則考慮：（A）當(dāng)樓層最大桿間位移小于1/1000時(shí)，可以按無(wú)側(cè)移設(shè)計(jì)；（B）當(dāng)樓層最大桿間位移大于1/1000但小于1/300時(shí)，柱長(zhǎng)度系數(shù)可以按1.0設(shè)計(jì)；（C）當(dāng)樓層最大桿間位移大于1/300時(shí)，應(yīng)按有側(cè)移設(shè)計(jì)。目前軟件沒(méi)有考慮鋼梁柱節(jié)點(diǎn)的剪切變形，可以通過(guò)加強(qiáng)鋼柱的節(jié)點(diǎn)域，如在節(jié)點(diǎn)中間夾焊綴板等方法，來(lái)提高節(jié)點(diǎn)域的剛度，減少節(jié)點(diǎn)域的剪切變形。這一點(diǎn)對(duì)H型鋼的柱節(jié)點(diǎn)尤其重要，在高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也是要重點(diǎn)關(guān)注的。鋼結(jié)構(gòu)的位移控制（1）抗震規(guī)范規(guī)定，當(dāng)?shù)卣鹆ψ饔孟碌奈灰茟?yīng)小于1/300，當(dāng)結(jié)構(gòu)為高層鋼

9、結(jié)構(gòu)時(shí)，可以放松到1/250。同時(shí)還應(yīng)考慮舒適度的要求，控制頂點(diǎn)的加速度值。（2）同樣鋼結(jié)構(gòu)也應(yīng)該有偶然偏心、雙向地震，并且位移控制也要考慮偶然偏心和雙向地震。鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)控制（1）當(dāng)為轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)轉(zhuǎn)換構(gòu)件也要在“特殊構(gòu)件”中按“轉(zhuǎn)換梁”、“框支柱”定義，軟件在計(jì)算時(shí)將考慮規(guī)范的要求，對(duì)轉(zhuǎn)換梁、框支柱進(jìn)行地震內(nèi)力放大。（2）對(duì)于按支撐輸入的斜柱，應(yīng)在“特殊構(gòu)件”定義中把其兩端的連接屬性改為兩端剛接，這樣斜柱將按支撐和柱設(shè)計(jì)驗(yàn)算取大值。同樣當(dāng)鋼梁產(chǎn)生軸力時(shí)，鋼梁也應(yīng)按鋼柱的方式驗(yàn)算強(qiáng)度、穩(wěn)定，與受彎構(gòu)件的驗(yàn)算比較取大值控制。而且對(duì)兩端鉸接梁還要按照水平支撐的要求，按支撐方式驗(yàn)算。（3）對(duì)于混

10、合結(jié)構(gòu)，其中的鋼結(jié)構(gòu)部分應(yīng)按要求進(jìn)行分析演算，對(duì)混凝土部分則應(yīng)參照有關(guān)相應(yīng)的規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。二、溫度、吊車、特殊風(fēng)、以及其它特殊荷載的定義、設(shè)計(jì)和作用分析6。溫度荷載的定義及分析7。吊車荷載的定義及分析8。特殊風(fēng)荷載定義及分析9。特殊支座的定義及分析10?？偨Y(jié)6。溫度荷載的定義及分析溫度荷載即溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，有以下幾方面問(wèn)題。溫度的時(shí)效問(wèn)題：冬天和夏天的溫度產(chǎn)生的溫差將非常大，（如冬天-20、夏天+30，溫差50），如果以這個(gè)溫差作為溫度場(chǎng)（溫度荷載），計(jì)算結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)將非常大。由于這個(gè)溫差產(chǎn)生是在一年的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，結(jié)構(gòu)的反應(yīng)也是緩慢、變化的。一般情況下結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)可以考慮瞬間溫差（

11、指一天的時(shí)間內(nèi)）。溫度的環(huán)境問(wèn)題：考慮溫差對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，要考慮結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境，如涂料、內(nèi)外裝修、保溫隔熱等的影響，要分別考慮施工階段、使用階段的結(jié)構(gòu)反應(yīng)。如果只考慮使用階段，則施工階段應(yīng)考慮相應(yīng)的保證、保護(hù)措施。7。吊車荷載的定義及分析帶吊車結(jié)構(gòu)的分析，主要是合理考慮吊車的作用問(wèn)題。吊車作為移動(dòng)荷載，分析時(shí)應(yīng)考慮移動(dòng)的效應(yīng)。吊車結(jié)構(gòu)分析主要分為：（1）吊車梁的分析：（2）吊車移動(dòng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的分析。TAT、SATWE軟件是分析第（2）項(xiàng)的內(nèi)容。STS中可以分析鋼吊車梁。程序分析吊車荷載的說(shuō)明在TAT和SATWE的吊車荷載計(jì)算中，沒(méi)有考慮吊車荷載對(duì)吊車梁的影響，即沒(méi)有按照影響線的方式考慮吊車梁，吊

12、車梁應(yīng)采用其它軟件專門分析。軟件要求根據(jù)吊車的形式，如對(duì)各種軌道、輪壓點(diǎn)的吊車，給出最大輪壓反力（或作用）及最小輪壓反力（及作用），不論該吊車運(yùn)行軌道上有幾部吊車，均按這個(gè)方式給出。在一對(duì)軌道內(nèi)的吊車荷載稱為第1組吊車荷載（不論該對(duì)軌道內(nèi)有幾部吊車），第二對(duì)吊車軌道則可以定義第2組吊車荷載等等。吊車水平剎車力作用在上層的柱中間。吊車結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型由于吊車荷載作用在吊車柱的牛腿上，所以在牛腿處應(yīng)該設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樓層，并且在沿吊車運(yùn)行軌跡方向應(yīng)定義框架梁，如吊車柱在吊車運(yùn)行軌跡方向沒(méi)有框架梁，也應(yīng)把吊車梁作為兩端鉸接梁輸入，吊車荷載的移動(dòng)順序是通過(guò)軌跡上的梁所確定的，這是吊車運(yùn)行軌跡方向必須布置梁的

13、原因。在吊車荷載作用的有牛腿的樓層應(yīng)一般沒(méi)有樓板，所以應(yīng)考慮該層的節(jié)點(diǎn)為“彈性節(jié)點(diǎn)”即不受剛性樓板假定的制約。即使是多層工業(yè)廠房，在吊車柱的外邊有樓板，也要按“彈性樓板”考慮，或者不考慮樓板的存在和作用，這樣可以比較安全地求出水平剎車力對(duì)上下梁的影響。當(dāng)?shù)踯囍g設(shè)有交叉支撐時(shí)，必須考慮支撐的作用，在吊車柱的設(shè)計(jì)中，可適當(dāng)減少吊車柱在支撐布置方向的長(zhǎng)度系數(shù)。注意：當(dāng)這種結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了多個(gè)“彈性節(jié)點(diǎn)”后，地震振型數(shù)就要增加。振型分析也應(yīng)該采用“總剛模型”。吊車荷載的計(jì)算吊車荷載的作用點(diǎn)就是與吊車軌道平行的柱列各節(jié)點(diǎn)，它是根據(jù)吊車軌跡由程序自動(dòng)求出。（1）程序沿吊車軌跡自動(dòng)對(duì)每跨加載吊車作用。（2）求

14、出每組吊車的加載作用節(jié)點(diǎn)。（3）對(duì)每對(duì)節(jié)點(diǎn)作用4組外力，分別為：A、左點(diǎn)最大輪壓、右點(diǎn)最小輪壓；B、右點(diǎn)最大輪壓、左點(diǎn)最小輪壓；C、左、右點(diǎn)正橫向水平剎車力；D、左、右點(diǎn)正縱向水平剎車力。（4）對(duì)每組吊車的每次加載，求每根桿件的內(nèi)力。（5）分別按輪壓力和剎車力，求每根柱的預(yù)組合力，預(yù)組合力的目標(biāo)為：最大軸力、最大彎矩等。吊車內(nèi)力的預(yù)組合目標(biāo)吊車柱預(yù)組合目標(biāo)共14項(xiàng)：（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+Mx

15、max（12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+Mymax（14）Nmin-Mymax吊車荷載作用下梁的預(yù)組合目標(biāo)為：（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N預(yù)組合方式（1）吊車柱預(yù)組合分別有“只考慮輪壓的預(yù)組合力”和“考慮輪壓加剎車的預(yù)組合力”。預(yù)組合1 是吊車的“輪壓+剎車”內(nèi)力組合；預(yù)組合2 是吊車的“輪壓”內(nèi)力組合。（2）梁預(yù)組合也按照“只考慮輪壓的預(yù)組合力”和“考慮輪壓加剎車的預(yù)組合力”這兩種情況搜索出梁的包絡(luò)內(nèi)力，即為：預(yù)組合1 輪壓+剎車包絡(luò)內(nèi)力；預(yù)組合2 輪壓包絡(luò)內(nèi)力。吊車荷載結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)（1）地震分析時(shí)，沒(méi)有計(jì)入吊車的橋架重和吊重。（2）沒(méi)有考慮

16、吊車梁的作用。（3）吊車柱的配筋，沒(méi)有考慮排架的長(zhǎng)度系數(shù)。因?yàn)榈踯嚨臉蚣苤睾偷踔厥且苿?dòng)荷載，所以很難確定質(zhì)量的位置，在地震分析中這部分的質(zhì)量沒(méi)有計(jì)入，則計(jì)算地震作用局部算小了，可以通過(guò)地震作用放大來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)問(wèn)題。對(duì)于吊車梁，當(dāng)排架中間有框架梁，則應(yīng)輸入該框架梁，否則應(yīng)把吊車梁按兩端鉸接梁定義、輸入。在用TAT、SATWE分析時(shí)，排架柱之間必須要有梁才能正確分析。（1）對(duì)于重型吊車、排架結(jié)構(gòu)應(yīng)用PK計(jì)算。（2）TAT、SATWE適用于中、輕型的吊車分析，特別是多層結(jié)構(gòu)中帶吊車的結(jié)構(gòu)形式。排架柱的計(jì)算長(zhǎng)度可以人工修正，因此在用軟件設(shè)計(jì)中要注意以下幾點(diǎn)：（3）吊車分析以每對(duì)軸線為準(zhǔn)，程序自動(dòng)搜索每對(duì)

17、軸線上的吊車柱，并成對(duì)作用。（4）TAT、SATWE只計(jì)算吊車柱，并生成柱的預(yù)組合力。（5）吊車柱的配筋考慮了剎車+輪壓、輪壓的不同組合。（6）吊車柱的長(zhǎng)度系數(shù)應(yīng)由用戶自行修正。吊車荷載定義吊車布置平面吊車軌跡上必須有梁吊車計(jì)算選擇吊車內(nèi)力的圖形輸出選擇菜單柱預(yù)組合內(nèi)力柱預(yù)組合內(nèi)力顯示選擇梁吊車包絡(luò)選擇各層吊車內(nèi)力文本輸出吊車預(yù)組合內(nèi)力的文本輸出8。特殊風(fēng)荷載定義及分析特殊風(fēng)荷載主要用于多層鋼結(jié)構(gòu)。尤其在施工階段時(shí)，風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的吸力。對(duì)一些特殊的結(jié)構(gòu)，如有大懸挑結(jié)構(gòu)的廣告牌、候車站、收費(fèi)站、雨蓬，等等，在使用階段風(fēng)也會(huì)是向上、向下作用。特殊風(fēng)定義于梁上、節(jié)點(diǎn)上，并用正、負(fù)荷載表示壓力或吸力。節(jié)點(diǎn)上的特殊風(fēng)可以是三個(gè)方向（XYZ）作用組成。特殊風(fēng)荷載定義9。特殊支座的定義及分析特殊支座是特指：（1）支座位移（如：沉降、轉(zhuǎn)動(dòng)等）對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。（2）地基變形大，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布。（3）特殊要求的