STS门刚二维设计补充用户手册.docx

窗体顶端窗体底2005 版 STS 门钢二维设计补充用户手册对于轻钢厂房(包括门式刚架和单层轻钢屋面厂房)一般均采用 STS 中“门式刚架二维设计”模 块进行设计；对于多层厂房的轻钢屋面部分也应采用“门式刚架二维设计”模块来计算，同时可以 复核下部混凝土部分的梁柱配筋。程序启动界面如下：对于同一个建筑结构，当采用不同的规范进行控制验算时，所得计算结果也会有所不同。实 际设计中，用户应根据单体建筑的结构形式，来具体确定合理的验算规范及控制参数。 软件遵循的主要设计规范.1. 建筑结构荷载规范GB50009-20012. 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:20023. 冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-20024. 钢结构设计规范GB50017-20035. 建筑抗震设计规范GB50011-20016. 上海市轻型钢结构设计规程DBJ08-68-977. 混凝土结构设计规范GB50010-2002设计控制标准.STS 软件在设计时需要用户手工指定结构的设计控制参数， 用于显示计算结果时是否提示超 限信息，这些参数的确定需要用户根据工程实际情况，选择相应的规范控制值。 在轻钢结构的材料强度指标、强度控制标准、稳定控制指标方面几本相关规范基本相同，主 要的不同点在于变截面（即楔形断面）构件的计算上面，如门规对于变截面构件有详细的验 算公式，而钢规中是没有的。建议在进行轻钢结构的设计时，验算规范均选择门规 ，而 对于控制指标可手工指定。 鉴于几本规范中对相同控制参数的限值有所不同，故在实际设计中，可按照轻钢结构技术 措施 （院标）执行。结构类型参数.【结构类型】程序分为单层钢结构厂房门式刚架轻型房屋钢结构不超过 12 层的钢结 、 、 构及超过 12 层的钢结构四种，见下图。用户根据建筑结构的实际情况来选择合适的结构 类型，程序将按相应规范采取不同的计算与控制。一般来说，对于多层的钢结构应该使用三维的 计算更合适一点。本参数主要对【阻尼比】的取值有影响。【设计规范】程序分为钢规门规上海轻钢及冷弯薄壁四种。除了结构构件的变形控制不同外， 钢规和门规的主要不同是对梁、柱腹板的高厚比要求不同。对于轻钢结 构，采用门规控制较经济，即考虑利用腹板屈曲后的强度。根据抗规9.2.1 条的规定，如果在 STS 软件中选择采用门规计算门式刚架，则抗 规规定的构造要求不再适用。当选择了“单层钢结构厂房”并采用门规计算时，软件按两本 规范要求同时控制，超限信息在 Stscpj.out 文件中给出。对于混凝土构件，程序会自动选用砼规范进行设计。【受压构件的容许长细比】一般钢结构根据 钢规 5.3.8 选用 150 或 200；轻钢结构根据 表 门 规 3.5.2-1 选用 180 或 220。 表 轻钢结构中的屋面刚性系杆及柱间交叉支撑的压杆长细比按 1/200 控制；而其它用以减少构件平面外计算长度的支撑构件长细比按 1/220 控制。【受拉构件的容许长细比】一般钢结构根据 钢规 5.3.9 选用 200 或 350；轻钢结构根据 表 门 规表 3.5.2-2 选用 300 或 400。【柱顶位移的限值】 一般钢结构根据 钢规 附录 A.2.1 条选用； 轻钢结构根据 门规 3.4.2-1 表 选用。【钢梁的挠跨比限值】一般钢结构根据钢规附录的表 A.1.1 选用；轻钢结构根据门规表 3.4.2-2 选用。注意：门规中对屋面斜梁(无吊顶)的挠跨比限值是 1/180，但其 3.4.2 条第三款规定，“由于柱顶 和构件挠度产生的屋面坡度改变值，不应大于坡度设计值的 1/3”。实际设计中，一般均由 1/3 限 值控制。从经济角度出发，建议屋面斜梁的挠跨比按上海轻钢中的 1/200 控制。【VT/梁跨度限值】及【VQ/梁跨度限值】当选用钢规来验算时，程序要求填写钢梁在永久 和可变荷载、及可变荷载分别作用下的挠度限值。一般钢结构根据钢规附录的表 A.1.1 选用。 前者主要是观感要求；后者主要是使用要求。【单层厂房排架柱计算长度折减系数】该项只有在选择钢规验算时才需要填写，用户可以根 据钢规表 5.3.4 填写。 单层厂房框架柱内力分析，多数是以一个平面受荷面积为一个计算单元，而忽略了厂房的空 间整体作用。单层厂房阶形柱主要承受吊车荷载，一个柱达到最大竖直荷载时，相对的另一个柱 竖直荷载较小。荷载大的柱要丧失稳定，必然受到荷载小的柱的支承作用，从而较按独立柱求得 的计算长度要小，故将柱的计算长度进行折减。【多台吊车组合时的吊车荷载折减系数】该项用户可以根据荷规表 5.2.2 填写。【钢梁还要按压弯构件验算平面内稳定性】 该项只有在设计规范选取 门规 验算时才需要选取。 如果选取该项，程序对门式刚架钢梁的平面内稳定按压弯构件验算，否则不进行其平面内稳定性 验算。 门规6.1.6 条 1 款规定，“实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外 应按压弯构件计算稳定”。当屋面坡度较大时，轴力对稳定性的影响在刚架平面内外都不容忽视。 当屋面坡度较小（i12 层时取 0.02。【附加重量的质点数】正常使用阶段不考虑这部分荷载，仅在地震作用计算时需要计入这部分附 加质量到质点上，如部分墙板的重量。【地震作用效应增大系数】根据抗规5.2.3 条 1 款，“短边可按 1.15 采用，长边可按 1.05 采 用”。排架结构一般是取结构横向一榀(即短边)来计算的，故一般填 1.15。【地震力计算方式】一般选取“振型分解法”即可。荷载分项及组合系数.【荷载分项及组合系数】本页中荷载系数应根据荷载规范中对应条文填写，一般不需修改。 当结构楼面活荷载标准值大于 4 kN/ 时， 活载分项系数应填写 1.3， 而对于其它不大于 4 kN/m 2 的楼层活荷载应乘以 1.4/1.3 的系数放大后取用。【考虑活荷载最不利布置】一般多跨结构时勾选，单跨结构不勾选。构件验算规范.点取参数输入菜单，输入设计参数后，显示程序缺省的构件验算规范，可以点取构件验算 菜单修改构件的验算规范。 对于框架顶层为门式刚架的结构，或带变截面斜梁的排架结构，整体需要考虑按钢规进 行验算，但对于变截面梁柱构件、斜梁等轴力影响较大的梁杆件，可以选取门规进行构件的 中强度、稳定的验算。局部带夹层的门式刚架结构形式，整体按门规进行设计，但对于夹层 梁柱，有时需按钢规进行校核。其它结构类型一般不需要修改，默认按参数输入中的验算规范进行验算。修改构件验算规范后，该构件的强度和稳定性将按指定的规范计算。风荷载输入与修改.荷载正负规定：无论左风、右风、吸力或压力，水平荷载一律规定向右为正，竖向荷载一律 规定向下为正，顺时针方向的弯矩为正，反之为负。如，输入右风荷载时，应输入负值。【风载计算规范】当结构的跨高比 L/H2.3(柱脚铰接)和 L/H3.0(柱脚刚接)时， 应按荷载规范 取用；而其它情况应按门规取用。详见门规A.0.1 的条文说明。在民用建筑技术措施 (结构篇)2003 版中是以高跨比为 4 来区分的。【迎风宽度】对于中间跨，取柱距；对于端跨，取柱距的一半。【调整系数】当风载按荷规取用时，应填 1.0；当风载按门规取用时，应填 1.05，且风 载不考虑阵风系数。详见门规A.0.1 的条文说明。【柱底标高】因风压高度变化系数 s 是指离地面 h 处的调整值，故此处应填入室内外高差。风载修改】当结构的体型系数程序可自动判别时，一般不需修改。当程序出现如下提示时，用 户应对构件上的风载手工修改。注意：桁架上作用的风荷载需要等效为节点荷载来输入，不能采用自动布置。吊车荷载数据.【吊车荷载值】吊车荷载是指吊车在运行轨迹中最大轮压和最小轮压对柱牛腿产生的作用，并不 是 起 重 机 厂 提 供 的 吊 车 资 料 。 用 户 可 以 利 用 STS 软 件 提 供 的 导 入 功 能 “” ， 在下面窗口中填入吊车资料后， 很方便的计算出吊车荷载的大小， 并直接导入吊车荷载库中进行布置。用户也可以在主体结构计算前，先用“STS 工具箱”模块计算 吊车梁，然后将吊车梁计算书中的吊车荷载结果填入该处，可免去对吊车资料的重复输入。一般 建议采用后者。注意：吊车桥架重用于地震作用计算时的集中质点质量。 吊车横向水平荷载 Tmax 应为总值，程序在计算时会自动对每边取一半。 根据抗规5.1.3 条的规定：对于硬钩吊车，应计入吊车悬吊物重力，而程序在自动 形成的振动质点的重量中只计入了恒载、活载和吊车桥架重，并未计入吊车吊重。用户可在“补充 数据”中用填写附加质点重量的方法输入硬钩吊车竖向荷载，或者在输入吊车桥架重中包括 30% 硬钩吊车吊重，这样在附加质点重量里就可以不包括硬钩吊车吊重。【考虑空间工作和扭转影响的效应调整系数】根据实际情况，按照抗规中附表 H.2.3-1 填写。【吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数】根据实际情况，按照抗规中附表 H.3.1 填写。其它问题.【杆件布置】杆件当作柱输入和当作梁输入，其内力计算结果是一样的。应力验算时，区别在于： 当作柱输入时，砼构件在配筋时当作偏拉偏压构件，钢结构按钢规计算时，当压弯构件作强 度和稳定性计算，强度验算时验算两端截面。当作梁输入时，砼构件配筋按受弯构件计算，钢结 构按钢规计算时，按纯弯构件作上下翼缘的正应力和剪应力计算和挠度计算，应力分别验算 跨中 13 个截面。注意：钢桁架中，杆件一般都是压弯或轴心拉压杆件，所有构件应当作两端铰接的柱输入。【设单拉杆】单拉杆是只能受拉，不能受压的柔性杆件，如屋面交叉水平支撑。定义单拉杆后前， 应使用“取消节点”命令来取消交叉点的节点；定义单拉杆后，杆件变为紫红色。需注意的是，当 杆件编号发生改变后，应重新检查单拉杆的定义。详见 07 年PKPM 新天地第 4 期中“如何采 用 STS 软件进行单拉杆件的设计”一文。【梁铰、柱铰及节点铰】计算砼柱钢梁的单层排架厂房时候，在 sts 三维建模后，抽取一榀框架 到 pk 中去计算，想要把梁柱节点改为铰接。上面有设置节点铰，设置粱铰、设置柱铰。应该选 择哪个？分别有什么不同？回复关于铰接节点的设置问题，sts 说明书里没有给出具体解释。下面用一个计算实例来探 讨这个问题。建立一个单跨，柱脚刚接的刚架。节点按四种形式，刚接，梁铰，柱铰和节点铰来比较。结 果表明： 铰接节点设置对于内力分布和梁的稳定性没有什么影响， 而对柱子的计算长度影响较大， 柱子的计算长度系数分别为： 刚接节点，x=1.27； 梁铰节点，x=2.03； 柱铰节点，x=1.70； 节点铰接，x=1.70。 其中按梁铰节点设置，柱计算长度是按钢规中有侧移框架计算的；而柱铰和节点铰的计 算长度系数相同，柱计算长度系数有所折减，折减系数为 0.85 左右。个人认为，按梁铰设置符合钢规要求，而且偏于安全；而按柱铰或节点铰设置，较符合 实际，但没有查到依据。实际设计中建议采用梁铰为宜。注意： 与节点相联的杆件在该端均为铰接时， 应把所有与该节点相联杆件在该端应都设置为铰接， 可以使用“节点铰”功能实现。另外，两端铰接构件不能采用变截面构件输入，因为两端铰接构件 也不必作成变截面。【关于柱偏心】在进行柱布置时，柱是否偏心布置有何不同？回复门式刚架柱偏心只与施工图时标注轴线有关，而与结构内力计算无关，但会影响施工图 时檩托的布置。建议用户在建模时，刚架跨度输入边柱中心间距，柱偏心输入 0，在施工图中手 工移动轴线标注，可解决檩托的正确布置问题。另外，在定义柱截面时，应注意 H 为柱在平面内沿跨度方向的截面尺寸，而 B 为柱平面外方向 的截面尺寸。柱偏心：是指柱截面（变截面柱为小端截面）形心，与轴线之间的偏心。以下图为例：柱偏心就 是绿色形心线与红色轴线之间的距离。另：吊车荷载的输入仍然是针对下柱截面形心而言。【构件平面内外计算长度】在采用 PK 计算排架结构时，构件平面内外的计算长度如何取值？回复构件平面内的计算长度系数默认为-1，即由程序自动计算。程序按门规中 6.1.3 条 进行计算。 门式刚架平面内计算长度的确定需要进行较复杂的计算，特别是中间存在摇摆柱时，摇摆柱 自身的稳定性依赖于刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱上的轴力将促使刚架失稳的作用，此时边 柱的计算长度会有一个较明显的放大。因此，建议对于门式刚架结构，平面内计算长度系数由程 序自动计算为宜。在刚架平面外，构件的计算长度应取有效侧向支承点间的距离，平面外的计算长度确定必须 由用户指定，默认情况下软件取构件长度作为计算值。一般对于梁构件，往往需要布置隅撑来减 小平面外的计算长度。构件平面外计算长度默认为构件的长度，用户一般应人工修改。对于柱平面外的计算长度根 据门规6.1.4 条 1 款中 y 参数的解释“计算长度取纵向支撑点间的距离”，即柱间支撑沿柱高 方向节点间距。当柱平面外沿厂房纵向设置通长系杆时，也可取沿柱高方向系杆的间距。用户可 按长细比不超过 220 的构造要求来选定该系杆的截面。对于梁平面外的计算长度根据门规6.1.6 条 2 款“应取侧向支承点间的距离”，一般取隅撑 的间距。屋面檩条的一般是间距 1.5m 布置，而隅撑一般是间隔两个檩间布置，故屋面钢梁平面 外的计算长度一般取 3m。实际设计中，用户应根据具体工程的隅撑间距来修改梁平面外的计算 长度。【超过 20T 门式刚架单厂设计建议】 1. 对于吊车吨位超过 20T 的单层钢结构厂房，已经超出了门规的适用范围，应该按照 钢规来进行设计与控制，如：长细比、局部稳定、挠度、柱顶位移等控制指标，其 中长细比、挠度、柱顶位移控制指标在参数输入中的设计控制参数中可以按照钢规 进行人为指定，局部稳定程序会根据指定的构件验算规范按对应规范自动进行控制。 2. 结构类型应选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用计算，程序会自动按照抗规第 9 章关于单层钢结构厂房的规定进行控制。3. 屋面斜梁建议采用门规验算，因为：坡屋面的斜梁会有一定的轴力，而钢规 中梁是按纯弯构件验算的；钢规中不能进行变截面梁的稳定计算。4.对于柱的计算长度系数，程序默认按照总参数中选定的验算规范进行确定（与单个构件 的验算规范无关） 如果总参数中选择的是 。 钢规 对有吊车的柱， ， 程序按 钢规 5.3.4 条阶形柱方式确定；对无吊车的柱，程序按钢规5.3.3 条线刚度比方法确定；如果总 参数中选