KPM—STS讲义第二章.ppt

2008 版本 钢结构CAD软件STS 中国建筑科学研究院 建筑工程软件研究所 1 一、STS平面分析程序 新规范版相关修改 门规 CECS 102:2002 新规程修改 (2003.6) 薄钢规范 GB 50018 新规范修改 (2003.6) 普钢规范 GB 50017 新规范修改 (2003.12) 抗震规范 GB 50011 相关修改 2 门规 CECS 102:2002 有关修改注意问题 1、结构类型与抗震设计 2、活荷载与风荷载取值 3、柱顶位移与钢梁挠度控制 5、变截面杆件高厚比控制 4、斜梁平面内稳定验算 6、檩条计算修改与设计方法的选取 3 结构类型与抗震设计 建筑抗震设计规范GB50011关于单层钢结构厂 房的规定不适用于单层轻型钢结构厂房 (注意结构类型选取差异) 规程提出抗震构造措施有：构件之间应尽量采用螺栓 连接；斜梁下翼缘与刚架柱的连接宜采用加腋的方式加强 ；该处附近翼缘受压区的宽厚比应适当减小；柱脚的抗剪 、抗拔承载力应适当提高，柱脚底板应设置抗剪键，锚栓 应采取提高抗拔力的构造措施；支撑的连接应按屈服承载 力的1.2倍设计等等。 地震反应谱计算时阻尼比取0.05； 规程增列当由抗震控制结构设计时，尚应采取抗震构造措施 ； 4 活荷载与风荷载取值 1、将屋面活荷载由0.3kN/m2提高到0.5 kN/m2。对于受荷载水平投影面积大于 60m2的构件可取不小于0.3 kN/m2 ； 5 2、附录A风载计算 ； MBMA风荷载的适用范围是：房屋高度不大于 18米，房屋高宽比不大于1 ,屋面坡度不大于10度 明确风荷载采用美国MBMA的规定 ； 与荷载规范公式比较 与荷载规范取值计算结果比较 6 刚架风载荷载规范与门规的比较 以一坡度为1/10，双坡封闭式厂房为例： 荷载规范：门规： 柱脚铰接l/h0.66mm），屋面与檩条有 可靠连接（自攻螺钉等紧固件），设置单层拉条靠近上 翼缘，选择按门规附录E计算； 2、刚度较弱的屋面（塑料瓦材料等）、非可靠连接 的压型钢板（扣合式等），应选择6.3.7-2式或冷弯规范 计算，拉条的约束作用应根据实际拉条设置情况选择。 建议这时应设置双层拉条、交叉拉条或型钢拉条，拉条 同时约束上下翼缘。 檩条计算修改与设计方法选取 12 薄钢规范GB50018 的有关修改注意问题 1、有效截面的计算 旧规范 新规范 13 2、补充了单轴对称截面，弯矩作用于非对称平面 内时的压弯构件稳定性计算公式； 3、新增了薄壁型钢墙梁的设计规定与构造要求； 挠度限值：檩条：1/200 门规： 1/150 墙梁：1/150 1/100 且限制墙梁竖向挠度不得大于10mm 双力矩的考虑 4、冷弯薄壁型钢门式刚架的计算； 14 普钢规范GB 50017 的有关修改注意问题 1、结构或构件的变形控制 2、塑性发展系数的考虑与翼缘宽厚比控制 3、焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用 4、轴心构件截面分类的修改与稳定系数的查取 5、单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算 6、计算长度的确定 15 结构或构件的变形控制 3.5.1条 对结构或构件变形的规定，正文中仅为原则 性规定，并强调当有实践经验或有特殊要求时可作适 当调整。有关变形的具体数值规定改放在附录A 1) 受弯构件的挠度容许值改为考虑两种情况： VT恒载活荷载作用下的挠度容许值， 主要是观感要求； VQ活荷载作用下的挠度容许值，主要是 使用要求。 16 2) 附录A.2 风载标准值作用下，框架柱顶水平位 移与层间相对位移限值： 无桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/150 有桥式吊车的单层框架的柱顶位移 H/400 多层框架的柱顶位移 H/500 多层框架的层间相对位移 H/400 （注:对轻型框架结构，柱顶水平位移和层间位移均可适当 放宽） 17 塑性发展系数的考虑与翼缘宽厚比控制 1、截面塑性发展系数 x 、 y的考虑； “需要计算疲劳”的梁直接承受动力荷载的梁 1) 不考虑截面塑性发展（ x=y=1.0 ）的范围 2) H形、工形截面翼缘宽厚比对塑性发展利用的限制 应取 x =1.0 2、宽厚比的控制 ； 1) 钢结构设计规范要求 2) 抗震规范要求 18 抗震规范宽厚比控制 19 焊接组合工形截面腹板屈曲后强度利用 承受静力荷载或间接承受动力荷载的组合梁宜 考虑腹板屈曲后强度。 规范提出的计算公式与欧洲规范EC3相同，即基 本计算式： 屈曲后强度的利用 20 轴心构件截面分类的修改 轴心压杆的整体稳定： 式中 为整体稳定系数，按 新增厚板d类截面, 考虑厚度方向残余应力的影响 分 a,b,c,d类查 表 焊接工形截面，绕Y轴截面分类的选取：人工指定 21 单轴对称截面计及扭转效应换算长细比计算 (T,L,C等) 原规范视为弯曲失稳归入 b曲线，或降低为c曲线。 新规范截面类别的划分只 考虑截面形式和残余应力 的影响，将弯扭屈曲按弹 性方法用换算长细比（代 替ly）等效为弯曲屈曲： 22 绕X轴弯矩设计值 Mx (kN.m)：671.3 轴力设计值 N (kN)：1374.000 柱平面内计算长度：16.65m 柱平面外计算长度：9.4m 平面外长细比y：77.479 按新规范换算长细比yz：102.502 0.7040.539 平面外稳定应力增： 14.9% 206.4237.160 按有效截面计算应力： 23 b/t0.58loy/b时 b/t0.58loy/b时 1）等边单角钢 2）等边双角钢 3）不等边双角钢，长边相并 4）不等边双角钢，短边相并 统计分析：（算例：18msjwj） 所有压杆平面外稳定应力增大：2%14% 平均增大：6% 对单角钢和双角钢形截面新规范建议了yz的近似计算式 24 计算长度的确定 按一阶弹性分析计算内力时，计算长度系数 m1.0， 按有侧移框架柱的表查得 强支撑框架支撑结构（支撑桁架、剪力墙等）的 侧移刚度满足 （1）无支撑纯框架 （2）有支撑框架 按无侧移框架柱的表查得 弱支撑框架Sb不满足上式时，柱的稳定系数为 建议：按有侧移框架柱的表查得 25 （3）附录D线刚度比计算柱的计算长度 新增横梁远端支撑情况调整 柱与基础刚接时，K2 旧规范的取无穷大改为 10 铰接情况，对平板支座，可取 K2=0.1 考虑横梁轴力对横梁线刚度的折减 26 5.3.6 条新增附有摇摆柱的无支撑和弱支撑框架柱的计算长度 系数应乘以增大系数h： 各框架柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和 各摇摆柱轴心压力设计值与柱子高度比值之和 摇摆柱的计算长度系数m=1.0 （4）“摇摆柱” 计算长度的调整 27 振型参与质量系数的计算 抗震规范相关修改 最小剪重比控制与调整 近似考虑空间扭转地震作用效应增大系数 规则框架层间位移校核与薄弱层内力调整 强柱弱梁验算 竖向地震作用计算 28 二、桁架、支架、框排架， 工具箱 29 桁架、支架、框排架、 工具箱 桁架结构设计 支架结构设计 框排架结构设计 工具箱 重型工业厂房设计软件 30 支座杆的模拟 杆件输入类型：柱； 平面内、外计算长度的选取； 平面内计算长度系数一般保持-1即可； 平面外计算长度，上下弦杆需要根据水平支撑距离确定。 桁架结构设计 31 两端铰接的设置（支架也适用）； GB50017-8.4.5：分析桁架杆件内力时，可将节点视为铰接。对用节 点板连接的桁架，当杆件为H形、箱形等刚度较大的截面，且在桁架平面 内杆件截面高度与其几何长度（节点中心间的距离）之比大于1/10（对弦 杆）或大于1/15（对腹杆）时，应考虑节点刚性所引起的次弯矩。钢管桁 架可参考GB50017-10.1.4，分别为1/12与1/24。 杆件截面的选择原则； 风荷载输入，桁架风载自动布置 设计参数的正确选取：结构类型、设计控制参数、 柱的轴向变形、无侧移、考虑活荷最不利布置 复杂桁架计算建模常见的问题，注意的事项： 1) 较大节间荷载情况; 2) 带桁架整体建模计算情况，柱顶铰固接区别。 32 平面桁架二维计算 计算结果的查看顺序与主要内容 1) 合理性查看：确保所建计算模型的正确性：节 点位移图（恒+活）、单项弯矩图、轴力图、 包络图； 2) 验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度） 、计算结果文件 33 目的： 寻找满足设计要求，同时结构重量 最轻 的杆件截面 平面桁架截面优化 杆件分组：分组的意义、默认分组与用户自定义 分组 适用范围：均由两端铰接杆件组成的钢 桁架，截面 类型不再限制 34 钢桁架施工图 杆件截面：单角钢、双角钢、单槽钢、双槽钢截面 2 结构类型： 1 适用范围： 3 节点形式： 4 操作要点 梯形 三角形 平行弦（托架） 最多有5根构件相连，允许有一次再分腹杆。 35 钢管桁架施工图 1、截面类型与适用范围 圆管，矩形管 直接焊接管桁架。 2、节点类型 l 相贯节点： T、Y型，X型，K、N型、 KT型 l 支座节点： 插接式、顶接式 l 拼接节点： 端板高强螺栓连接、端板 焊接连接、直接坡口对焊 3、 能够完成节点承载力校核、连接设计、施工图绘制。 36 1)合理性查看：节点位移图、单项内力图； 2)验算结果查看：应力图、节点位移图（挠度、柱顶位移） 、计算结果文件 立柱、腹杆截面的选用与布置 平面受力（摇摆支架） 钢支架的形式与适用范围 支架结构设计 计算长度的确定 平面外：左右立柱摇摆支架取整个立柱高度，悬 臂支架取立柱高度的2倍。交叉腹杆取斜杆总长。 平面内：一般按默认-1取。 腹杆设置单拉杆时的计算与适用情况 计算结果的查看 支座反力的合成与基础设计 悬臂支架平面外受力的补充人为考虑 37 钢支架施工图 1、钢支架的形式 2、杆件截面 立柱：工形、角钢；腹杆：角钢、槽钢及组合 3、节点形式 4、立柱与腹杆的连接形式 5、操作要点 38 排架的二维模型输入 吊车组合 实腹式组合截面柱与格构式组合截面柱定义与计算； 偏心的原则； 计算长度的确定与结果查看； 单层、双层吊车布置与计算，空车轮压的自动导算； 附加重量与节点恒荷输入的区别； 设计参数的正确选取：结构类型、设计控制参数、多 台吊车组合吊车荷载折减系数 、单层厂房阶形柱计算长 度折减系数 、地震作用效应增大系数 、有侧移、考虑活 荷最不利布置 抽柱排架 排架结构设计 39 排架二维计算结果查看 图形：应力图(强度、稳定、长细比)； 钢梁挠度图（恒+活，活）； 节点位移图（风载柱顶位移、重级工作制吊车吊 车梁顶面位置位移、振型图） 文本：超限信息、结果文件详细输出（重要） （格构柱单肢、缀材验算结果，局部稳定验算结果，基 于有效截面验算结果，梁考虑屈曲后强度验算结果 ） 荷载组合 基础计算 框排架截面优化 悬挂吊车 40 抽柱排架 41 抽柱排架建模 42 最大轮压与刹车力的计算 中列，抽柱列 43 边列（未抽柱列主排架柱） 44 边列（未抽柱列次排架柱） 45 重型工业厂房设计软件STPJ STPJ软件为一独立软件模块（单独一加密锁）， 可以独立完成重型工业厂房的建模、优化、计算、 复杂排架自动节点设计与施工图。 主要功能： 接力排架结构计算 进行肩梁、牛腿、人孔、柱脚、梁柱自动设计 绘制施工图（节点图、布置图、构件图） 46 排架节点设计与施工图截面类型 47 排架节点设计与施工图节点设计 48 排架节点设计与施工图施工图 49 肩梁设计 肩梁形式 突缘支座肩梁 平板支座肩梁 钢管柱肩梁 设计原理 参数说明 参数调整，单件修改 设计要点 吊车荷载影响，钢管柱肩梁设 计 “1”区 “2”区 50 柱脚设计分离式柱脚 设计原理 分肢独立设计，轴心受压/ 拉 不同的形式 轻、中、重型，钢管 参数说明 设计信息、板件归并 要点说明 锚栓垫板的设计 51 柱脚设计插入式柱脚 设计原理 分肢独立设计，轴心受压/ 拉，主要验算混凝土的强 度 参数说明 构造信息，抗震要求 52 柱脚设计整体式柱脚 设计原理 根据柱脚底板和锚栓的 受力情况做不同的设计 构造形式 带靴板，不带靴板 参数说明 要点说明 尺寸/锚栓的调整，优 化 53 人孔设计 设计原理 两端固结杆件，反弯点 在中心 主要验算单肢的稳定 参数说明 方形和圆形构造上的不 同 要点说明 折算长细比，局部构造 54 牛腿设计 牛腿样式 实腹型，槽钢型 构件验算 最不利点的验算，焊缝验算 参数说明 要点说明 竖向荷载作用点截面的剪应 力 55 梁柱连接设计 连接设计参数选择 框架、门架类型自 动判别与转换 框架、门架连接类 型选用 56 工具箱 檩条计算修改： 刚性檩条的考虑； 考虑拉条设置作用与风吸力验算方法； 连续檩条、连续墙梁计算： 搭接长度确定与程序优选：1）保证连续性条件构造要 求：10 %跨长；2）根据内力条件：由跨中弯矩控制檩 条截面；3）根据连接螺栓抗剪、承压条件； 截面选择与程序优选：从檩条库中选择，根据受力条件 ，边跨一般较中间跨截面厚12个级别； 搭接处刚度折减与弯矩调幅。 57 支撑计算与施工图 屋面支撑计算 设计剪力计算跨度：取横向柱间支撑的间距； 屋面分担山墙风荷载系数：0.5（抗风柱两端铰接）； 可以通过设计剪力计算工具获得刚性系杆或刚性檩条的设 计轴力； 柱间支撑计算 计算