钢结构分析课件

1、高层建筑钢结构设计第4章 结构分析一般原则和基本假定分析模型分析方法结构的整体稳定性与P - 效应第四章 结构分析4.1 一般原则和基本假定计算总则非抗震结构弹性分析 抗震结构小震验算计算内力和位移弹性分析内力位移大震验算弹塑性分析变形验算对于某些高层中震可修，通过构造要求保证组合梁的考虑方法可靠连接弹性分析时考虑混凝土楼板与钢梁共同工作 压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩可取：两侧楼板时，1.5Ib 一侧楼板时，1.2Ib钢梁弹塑性分析时不考虑楼板与钢梁的共同工作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分析模型结构布置规则，不计扭转时平面结构模型具有多种抗侧

2、体系，不计入扭转时 空间协同工作原理布置不规则结构，体型复杂平面抗侧力结构 空间结构模型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。4.2 分析模型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1)结构分析模型的发展平面框架分析协同工作分析三维空间分析平面规则各片框架相似 一般不用于高层平面规则框架、剪

3、力墙 框架剪力墙任意体型梁、柱、剪力墙 组成结构体系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)简化模型简化模型水平荷载作用下可采用反弯点法或 D 值法 求内力和位移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，可简化为带刚域的框架计算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总框架总支撑总剪力墙体系复杂，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。平面杆系模型3) 精确分析模型建立合理的计算模型(一)楼板(二)楼板与梁的共同工作 (三)梁、柱、墙(四)梁柱节点(五)

4、柱间支撑与耗能梁段 (六)装配嵌入式剪力墙空间杆系模型中的空间梁元和薄壁杆件单元模型空间杆件薄壁杆件基于塑性铰理论的梁单元模型沿截面和杆长的积分单元模型平面梁、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节点域的骨架曲线剪力与剪切变形的关系钢支撑杆件的滞回模型支撑杆件的滞回性能 45 125支撑的 maison 模型内藏钢板支撑剪力墙骨架曲线VyVuyK1K2=0.1K1u0带竖缝混凝土剪力墙骨架曲线墙板有效宽度ee210uuVVVuuK = tg2= 0.2*KK =tg1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

5、有剪力墙合并为总剪力墙1)简化分析方法钢框架结构（竖向荷载：分层法；水平荷载： D 值法）钢框架支撑结构和钢框架剪力墙结构4.3 分析方法进行简化分析时，总支撑可视为一根竖向弯曲杆件，其等效惯 性矩 Ieq 为：mnijeqAa2ijIj 1i 1其中：折减系数，对中心支撑可取 0.8 0.9 ；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。2mneqijijA aI j 1 i12)精确方法采用有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

6、序：以设计为主的程序： TBSA,TAT,ETABS ，MTS， 3 D3S ，STS, SETWE 等；以内力计算为主的程序：ANSYS ， ABAQUS, SAP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。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采用弹性时程分析的房屋高度范围烈度、场地类别房屋高度范围 (m)8 度、场地和 7 度8

7、 度、类场地9 度1008060采用弹塑性时程分析的房屋范围应进行弹塑性变 形验算的：甲类建筑和 9 度抗震设防的乙类建筑；高 度超过 150 m 的钢结构高层建筑。宜进行弹塑性变 形验算的：7 度, 类乙类建筑的钢结构房屋；符合 上表所列高度范围且竖向不规则的建筑； 高度不大于 150 m 的其它高层钢结构。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6 度7 度8 度9 度多遇地震 罕遇地震1835(55)220(310)70(110)400(510)140620加速度单位 cm/ s2 ，也称 gal 。4.4 结构的整体稳定性与 P- 效应二阶效应 (P- 效

8、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 ， 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 P ，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) 。2)一阶分析与二阶分析一阶分析线弹性计算方法不同荷载可独立计算满足叠加原理二阶分析非线性迭代方法所有荷载同时计算不满足叠加原理二阶效应的影响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

9、设计承载力， 引起结构倒塌。4) 整体稳定性的判断 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压比满足：80 1NpmNm m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。一阶分析计算得到的各层层间相对侧移满足：hu 0.12 Fh Fv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。 当不满足上述要求时，需要进行整体稳定性验算对于 u/ h 1/1000 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

10、 u/h1/1000 的有支撑结构，应按能 反映 P- 效应的方法验算结构整体稳定性。1、了解高层钢结构的发展和发展趋势2、高层钢结构体系第一章3、高层钢结构优点，经济性和适用性4、防火保护方法、防锈方法总结阶段1、高层钢结构选择钢材原则，适宜的钢材品种2、高层建筑钢结构的钢材，不宜采用哪种第二章3、如何选用1）、抗拉强度，屈服强度，伸长率，2）、可焊性保证3）、冷弯性能，冲击韧性要求4）、硫，磷含量限值4、防锈方法4、抗震高层钢结构钢材的性能要求 A钢材的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.2B钢材应有明显的屈服平台，且伸长率应大于 20C钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性5、

11、熔嘴电渣焊用于焊接隐蔽焊缝6、采用焊接连接的钢结构，当钢板厚度大于（40mm）且承受沿板厚方向的拉力时，受拉板件板厚方向应附加板厚方向断面收缩率的要 求7、应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、工 作环境、钢板的厚度等因素综合考虑，选用合 适的钢材牌号和质量等级。8、 宜用的钢号 (1)Q235等级B、C、D的碳素结构钢 (2)Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢9、不宜采用的钢号 (1)Q235A级钢不要求任何冲击试验值，不能用于高层钢结构 (2)Q345A级钢不保证冲击韧性要求，不宜用于高层钢结构10、 厚度方向的断面收缩率Z15Z25Z35断面收缩率级别越高，抗层状撕裂的性能

12、越 好，含硫量也越低。11、了解H型钢的种类13、熟悉连接材料12、了解国外的钢材4、在地震区采用框架支撑结构的高层钢结构 中心支撑的形式和类型。第三章1、高层建筑钢结构有哪几种主要的结构体 系？5、在罕遇地震下，钢框架偏心支撑结构主要 是利用偏心梁段的非弹性变形耗能。2、高层建筑钢结构主要结构体系的特点？3、框架结构体系的适用范围？6、通过设置伸臂桁架及腰桁架使外框架参与整体抗 弯作用，从而提高结构的 水平刚度。8、在水平荷载作用下，钢框架某层的水平位移主 要是由哪些因素引起的？9、框架-支撑结构体系中，竖向支撑布置7、腰桁架和帽桁架的作用10、P 效应2、支撑在整体分析中的要求3、结构分析

13、模型1、结构分析的计算总则第四章4、结构分析方法5、框架-支撑结构总支撑 等效惯性矩 Ieq6、不验算高层钢结构整体稳定的条件高层建筑钢结构设计第5章 构件设计第五章构件设计荷载效应组合及设计要求钢梁的设计特点钢柱的设计特点中心支撑杆件偏心支撑杆件其它抗侧力构件静力设计计算步骤1、荷载作用下构件的内力2、荷载组合下构件的承载力和稳定性多遇地震作用下结构弹性变形验算 构件承载力和稳定性罕遇地震作用下结构极限变形验算5.1荷载效应组合及设计要求1)荷载效应组合无地震作用时的组合 w w SwkS G SGk Q1SQ1k Q 2 SQ 2k有地震作用时的组合 Eh SEhk Ev SEvkS G

14、SGE w w Swk式中：S结构构件内力组合的设计值弯矩、轴力和剪力 G重力荷载分项系数，Q1、Q2、w楼面活荷载、雪荷载和风荷载等荷载分项系数 Eh、Ev水平、竖向地震作用分项系数SGk、SQ1k、SQ2k、Swk永久荷载、楼面活荷载、屋面雪荷载和风荷载等标准值引起的荷载效应式中：SGE由重力荷载代表值引起的效应，SEhk、Sevk分别为水平或竖向地震作用标准值引起的效应 w风荷载组合系数无地震作用的组合中取1.0 有地震作用的组合中取0.2当验算结构变形时，荷载分项系数均取1.02)承载力极限状态验算非抗震验算时SR/ 00结构重要性系数S 结构构件内力组合设计值R 结构构件承载力设计值

15、抗震验算时S R / RERE构件的承载力抗震调整系数梁柱为0.75，支撑0.80，节点板件、连接螺栓0.85、连接焊缝0.903)正常使用极限状态验算重力荷载作用下梁的挠度限值 主梁l/400,次梁l/250风荷载下的位移限值顶点质心侧移H/500 层间质心侧移hi/400第一阶段抗震验算最大层间质心侧移限值hi/300， 结构平面端部构件最大侧移，不得超过质心侧移的1.3倍。舒适度（风振加速度）限值建筑物顶部最大加速度a限值为公寓建筑a0.20m/s2 公共建筑a0.28m/s24)第二阶段抗震验算层间侧移hi/50层间侧移延性比不应超过结构形式/y钢框架3.5偏心支撑框架3.0中心支撑框

16、架2.5带混凝土剪力墙钢框架2.0层间侧移延性比是指结构在罕遇地震下的最大层间 侧移与该楼层进入弹塑性状态时层间侧移的比值。5.2钢梁的设计特点1)梁的强度非抗震验算：抗弯强度 抗剪强度梁端尚应验算抗震验算：设计强度应该除以抗震调整系数单向受弯一般双轴对称截面组合梁xMf xW nxV Sf vI x t ww nf vA V塑性发展系数2)梁的整体稳定抗震验算要考虑抗震调整系数梁端仅以腹板与柱(主梁)连接时，整体稳定系数上应乘以0.85的降低系数组合楼盖或现浇钢筋混凝土板与钢梁翼缘可靠连接时，不验算稳定Mxxfb W应力比值侧向支承点间的构件长细比y-1.0M10.5Wpxfy 60 40 M 1W px 235 ffy0.5 M1Wpxf1.0y 45 10 M 1W px 235 ffy抗震区侧向支撑的设置框架梁端部以及集中荷载作用点， 梁受压翼缘设侧向支承钢梁的容许侧向长细比 y3)梁板件的宽厚比限值一般钢梁板件的宽厚比限值bftfhotftwb1twtwtfhotfbfb1bo框架梁的板件宽厚比限值梁截面 形状板件所在 部位房屋 总层数非抗震，6度7度8度9度工字形箱 形翼缘悬伸 部分b1 tf 12层111110912层111099腹板h0tw 12层1 80-120 NbAf85-120 Nb Af80-110 Nb Af72-100