高层建筑钢结构第四章结__构分析建筑资料

1、2021年5月5日星期三 v组合梁的考虑方法 弹性分析时考虑混凝土楼板与钢梁共同工作 弹塑性分析时忽略楼板与钢梁的共同工作 v次构件的考虑方法 忽略次构件的影响 忽略非结构构件的影响 必要时考虑一定的受力蒙皮作用 2021年5月5日星期三 v分析模型的使用原则 结构布置规则，不计入扭转时平面模型 具有多种抗侧体系，不计入扭转时 空间协同工作原理平面抗侧力结构 布置不规则结构空间模型 v分析模型中需要考虑的因素 梁柱的弯曲变形、轴向变形、宜计入剪切变形 节点域的剪切变形 支撑的轴向变形 2021年5月5日星期三 v支撑在整体分析中的要求 支撑两端常做成刚性连接 但可按两端铰接计算内力 偏心支撑中

2、的耗能梁段分析时应取为单独单元 v嵌入式墙板的分析原则 可按相同水平力作用下侧移相同的原则，将其折算成等效支撑或等效剪切板计算。 2021年5月5日星期三 分析模型应视设计阶段而定： 初步设计阶段简化模型，计算快速 中间和最终设计阶段精确模型，结果准确 2021年5月5日星期三 1) 结构分析模型的发展 2021年5月5日星期三 v框架结构平面简化模型 竖向荷载作用下可采用分层法计算内力（弯矩） 2) 简化模型 2021年5月5日星期三 水平荷载作用下可采用反弯点法或D值法求内力和位移 2021年5月5日星期三 v剪力墙和均匀开洞剪力墙的简化模型 不开洞剪力墙可简化为悬臂柱 墙体均匀开洞时，可

3、简化为带刚域的框架计算 2021年5月5日星期三 2021年5月5日星期三 v平面布置规则的框架-支撑(剪力墙)结构，在水平荷载作用下的简化协同分析模型 2021年5月5日星期三 当抗侧力体系种类较多，且对称布置 时，可采用平面抗侧力结构的协同分 析模型。 2021年5月5日星期三 v平面杆系模型 体系复杂，平面和竖向不规则的结构，宜采用三维空间分析模型，通常采用杆系模型进行有限元分 析。 3) 精确分析模型 2021年5月5日星期三 2021年5月5日星期三 v空间杆系模型中的空间梁元和薄壁杆件单元模型 2021年5月5日星期三 单元坐标轴和理想模型 Coordinate Axis and

4、Ideal Model of a Element (a) 单元坐标轴 (a) Coordinate Axis y x z y x z k I J 塑性铰 (b) 单元理想模型 (b) Ideal Model I 弹性杆 J 节点 节点 v基于塑性铰理论的梁单元模型 2021年5月5日星期三 v沿截面和杆长的积分单元模型 2021年5月5日星期三 平面梁、柱单元的双分量杆件模型的骨架曲线 4) 弹塑性动力分析中单元的骨架曲线 2021年5月5日星期三 节点域的骨架曲线 2021年5月5日星期三 钢支撑杆件的滞回模型 2021年5月5日星期三 2021年5月5日星期三 2021年5月5日星期三 内

5、藏钢板支撑剪力墙骨架曲线 Vy V uy K1 K2=0.1K1 u 0 2021年5月5日星期三 带竖缝混凝土剪力墙骨架曲线 墙板有效宽度 a).带竖缝剪力墙板与框架的连接 ee 柱 l ee b).简化分析模型 梁 l 梁 柱 2 1 2 1 (b)等效偏心交叉支撑的应力-应变曲线(a)带竖缝混凝土剪力墙板的Vu曲线 0 uu V V V uu 0 E=tg =0.2*E K = tg2 = 0.2*K K=tg1 E=tg1 2021年5月5日星期三 1) 简化分析方法 v钢框架结构 （竖向荷载：分层法；水平荷载：D值法） 略 2021年5月5日星期三 v钢框架支撑结构和钢框架剪力墙结构

6、 在水平荷载作用下可近似地简化为平面抗侧力体系。 将所有框架合并为总框架 将所有支撑合并为总支撑 将所有剪力墙合并为总剪力墙 2021年5月5日星期三 进行简化分析时，总支撑可视为一根竖向弯曲杆件，其等效惯性矩Ieq为： m j n i ijijeq aAI 11 2 其中： 折减系数，对中心支撑可取0.80.9； Aij第j榀竖向支撑第i根柱的截面面积； aij第i根柱至第j榀竖向支撑的柱截面形心轴的距离； n每一榀竖向支撑的柱子数； m水平荷载作用方向竖向支撑的榀数。 2021年5月5日星期三 m j n i ijijeq aAI 11 2 2021年5月5日星期三 2) 精确方法 采用有

7、限元方法的二阶弹塑性分析，也称高等分析。 多借助于大型有限元分析与设计程序： 以设计为主的程序：TBSA、TAT、ETABS、SAP2000、Staad Pro、Midas、MTS、3D3S、 STS、SETWE等； 以内力计算为主的程序：ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等。 2021年5月5日星期三 v反应谱分析方法，由于所取振型有限，且只能适用于弹性动力分析，故对于特别不规则的建筑，尚 应采用直接动力法时程分析法进行补充验算。 分析时，应按建筑场地类别和设计地震分组，选用不少于二组的实际强震记录和一组人工模拟加速 度时程曲线。 v多遇地震下的弹性时程分析的房屋高度范围和罕遇地震下的

8、弹塑性时程分析的房屋范围如下： 3) 钢结构抗震时程分析的基本概念 2021年5月5日星期三 采用弹性时程分析的房屋高度范围 烈度、场地类别烈度、场地类别房屋高度范围房屋高度范围(m) 8度度、场地和场地和7度度 8度度、类场地类场地 9度度 100 80 60 2021年5月5日星期三 采用弹塑性时程分析的房屋范围 应应进行弹塑性进行弹塑性 变形验算的：变形验算的： 甲类建筑和甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑；度抗震设防的乙类建筑； 高度超过高度超过150m的钢结构高层建筑。的钢结构高层建筑。 宜宜进行弹塑性进行弹塑性 变形验算的：变形验算的： 7度度、类场地和类场地和8度乙类建筑的钢度乙类

9、建筑的钢 结构房屋；符合上表所列高度范围且结构房屋；符合上表所列高度范围且 竖向不规则的建筑；高度不大于竖向不规则的建筑；高度不大于150m 的其它高层钢结构。的其它高层钢结构。 2021年5月5日星期三 v时程分析时所用地震加速度时程曲线的最大加速度值(cm/s2) 地震影响地震影响6度度7度度8度度9度度 多遇地震多遇地震 罕遇地震罕遇地震 18 35(55) 220(310) 70(110) 400(510) 140 620 加速度单位cm/s2，也称gal。 2021年5月5日星期三 1) 二阶效应(的概念 结构在水平荷载作用下，产生侧移； 此时竖向荷载将对刚架产生一个附加的外弯矩P，

10、将继续增大侧移和内力； 竖向荷载作用于继续增大的侧移，将产生更小一阶的外弯矩P1，继续增大侧移和内力； 如此叠加，直至平衡(或整体失稳)，称为P-效应(二阶效应)。 2021年5月5日星期三 2) 一阶分析与二阶分析 2021年5月5日星期三 二阶效应的影响 30层以下的钢结构，不显著，可忽略 3) 二阶分析的影响 50层的钢结构，二阶内力和位移可达15以上 超高层的钢结构，影响更大，必须考虑 如果不考虑，可能造成构件实际负担的内力超过设计承载力，引起结构倒塌。 2021年5月5日星期三 4) 整体稳定性的判断 u当同时满足以下两个条件时，可不验算结构整体稳定 结构各楼层柱的平均长细比和平均轴

11、压比满足： 1 80 m pm m N N 其中： m楼层柱的平均长细比； Nm楼层柱的平均轴压力设计值； Npm楼层柱的平均全塑性轴压力， Npm=fyAm； Am楼层柱的平均截面面积。 2021年5月5日星期三 一阶分析计算得到的各层层间相对侧移满足： v h F F h u 12. 0 其中： h、u楼层高度与质心处层间位移； Fh、Fv计算楼层以上全部水平荷载之和与全部竖向荷载之和。 2021年5月5日星期三 u当不满足上述要求时，需要进行整体稳定性验算 对于u/h1/1000的有支撑结构，可按计算长度系数法验算； 对于无支撑结构及u/h1/1000的有支撑结构，应按能反映P-效应的方

12、法验算结构整体稳 定性。 2021年5月5日星期三 v支撑在整体分析中的要求 支撑两端常做成刚性连接 但可按两端铰接计算内力 偏心支撑中的耗能梁段分析时应取为单独单元 v嵌入式墙板的分析原则 可按相同水平力作用下侧移相同的原则，将其折算成等效支撑或等效剪切板计算。 2021年5月5日星期三 1) 结构分析模型的发展 2021年5月5日星期三 v平面布置规则的框架-支撑(剪力墙)结构，在水平荷载作用下的简化协同分析模型 2021年5月5日星期三 内藏钢板支撑剪力墙骨架曲线 Vy V uy K1 K2=0.1K1 u 0 2021年5月5日星期三 二阶效应的影响 30层以下的钢结构，不显著，可忽略 3) 二阶分析的影响