PKPM钢和砼混合结构设计讲解5

钢结构的特点及分析控制1。钢结构的特点2。分析模型3。钢结构的设计控制4。混合结构的设计控制5。总结1.1。一般钢结构的特点结构方案的随意性：结构没有明显的楼层概念，它只根据需要而设置钢梁、支撑、楼板等。建模时，采用大量的特殊手段：如层间梁、修改节点高度、错层梁、坡梁、斜柱、楼板开大洞，等等。建筑设计只满足功能的需要：不考虑结构的要求，如层、层刚度、薄弱层、位移比、侧移刚度，等等的概念。所以结构布置大多为空旷的、不规则的、刚度不均匀的空间结构。给分析带来一定的难度。结构薄弱点：由于结构存在较多的不规则、不连续性，多层钢结构大多都会产生多处局部振动，造成多处薄弱部位。给结构设计带来难度。水平支撑加变截面柱变截面梁柱多层钢结构工业厂房空间塔围结构普通多层钢结构普通多层钢结构特殊工业钢结构1.2。高高层层钢钢结结构构的的建建模模特特点点高层层钢钢结结构构往往往往带带有有，，型型钢钢构构件件、、钢钢管管构构件件、、钢钢板板剪剪力力墙墙等等等等特特殊殊的的结结构构形形式式，，设设计计时时，，应应分分别别满满足足相相应应的的设设计计规规范范、、规规程程。。对对一一些些特特殊殊工工程程，，还还应应作作模型型试试验验。高层层钢钢结结构构的的建建模模，，与与高高层层混混凝凝土土结结构构的的要要求求基基本本上上符符合合，，尽尽量量避免免错错层层、、楼楼板板不不连连续续、、平平立立面面不不规规则则、、扭扭转转不不规规则则。高层层钢钢结结构构往往往往采采用用大大量量的的支支撑撑，，超超高高层层钢钢结结构构大大量量采采用用支支撑撑转转换换层层、、刚刚性性层层。。建建模模时时应应尽尽量量避免免越越层层支支撑撑。在高高层层混混凝凝土土结结构构的的顶顶部部加加有有钢钢塔塔时时，，建建模模要要根根据据这这类类结结构构合合理理分分析析的的需需要要。。如如：：整整体体建建模模分分析析、、分分开开建建模模分分析析等等等等。。更更要要考考虑虑等等效效质质量量、、荷荷载载的的合合理理作作用用。。应特别别注注意意混合合结结构构的的建建模模方方法法。。如如剪剪立立墙墙与与钢钢梁梁的的连连接接。。高层层钢钢结结构构———支撑撑为为主主要要抗抗侧侧力力结结构构2.1。钢钢结结构构的的局局部部振振动动结构构分分析析应应满满足足相相应应的的设设计计规规范范、、规规程程。。结构构分分析析一一般般可可以以选选择择：：弹性性楼楼板板、、P-ΔΔ效应应、、总总刚刚模模型型计计算算结结构构的的振振型型、、振振型型数数应应取取得得足足够够多多满满足足有有效效质质量量系系数数，，等等等。。结构构的的振振型型分分析析，，可可以以观观察察到到结结构构的的薄薄弱弱部部位位，，应应尽尽量量减减少少结结构构的的面面外外振振动动、、局局部部振振动动。。采用用面面外外加加强强的的方方式式，，减减少少局局部部振振动动和和薄薄弱弱部部位位。。当梁梁的的高高差差较较小小（（在在梁梁高高范范围围内内））时时，，应应简简化化成成同同一一标标高高，，这这样样可可避避免免短短柱柱的的应应力力突突变变，，造造成成设设计计超超限限。。当结结构构为为抗抗震震控控制制，，应应尽尽量量减减少少结结构构的的刚刚度度突突变变，，减减少少薄薄弱弱层层。。板厚厚为为0，产产生生大大量量的的空空旷旷结结构构振型型数数要要多多取取振型型需需要要取取到到60个个才才能能满满足足要要求求振型型需需要要取取到到60个个才才能能满满足足要要求求局部部振振动动的的处处理理当局局部部振振型型靠靠前前，，说说明明在在此此处处形形成成薄薄弱弱部部位位的的可可能能性性越越大大。。当当第第1振型就是是局部振振动时，，可以肯肯定该部部位是薄薄弱部位位，在地地震作用用下，将将首当其其冲遭到到破坏。。局部振动动产生的的薄弱部部位，往往往是局局部的刚刚度失却却。如：：楼板开开洞太多多；只有有平面内内支撑，，没有平平面外支支撑；或或两个方方向的刚刚度差异异太大造造成。等等等。改善结构构的刚度度，使之之均衡，，以避免免局部振振动。如如：增加加平面外外的刚度度等。建模的不不当或计计算模型型的不合合理，也也会造成成局部振振动。通过增大大振型数数、保证证有效质质量系数数等，产产生局部部振动的的结构虽虽然是可可以分析析的，但但是在设设计时，，还是应应该尽量量避免。。2.2。钢结构构的非线线性分析析在钢结构分分析时，，应考虑虑P-Δ效应，即即简化的的几何非非线性。。当结构受受力特殊殊时，还还应考虑虑材料非非线性，，即弹塑塑性分析析。钢结构由由于其材材料的一一致性、、各向同同性性、、均匀性性等，其其材料非非线性性性能是比比较容易易模拟的的，分析析结果的的真实性性较高。。所以，，一些特特殊钢结结构工程程（如：：体育场场馆、重重要的构构筑物等等）都应应考虑弹弹塑性分分析。非线性分分析也可可以找到到结构的的薄弱部部位。可可以确定定结构在在大震下下的承载载能力。。是目前前普遍采采用的方方法。P-Δ效应的计计算选择择软件采用用的计算算方法软件采用用等效几何何刚度的的有限元元法来考虑P-Δ效应。P-Δ效应是一一种简化化的几何何非线性性计算方方法。一一般结构构还是属于小变变形，所以P-Δ效应是可可以满足足设计需需要的。。当需要考考虑材料料非线性性时，应应采用弹塑塑性性分分析析，即即弹弹塑塑性性静静力力分分析析（（PUSH）或弹弹塑塑性性动动力力分分析析（（EPDA）。。以得得到到结结构构大大震震下下的的承承载载能能力力。。不考考虑虑P-ΔΔ效应应不考考虑虑P-ΔΔ效应应考虑虑P-ΔΔ效应应考虑虑P-ΔΔ效应应9层层钢钢框框架架模模型型荷载载因因子子-位位移移曲曲线线，，PUSH与ABAQUS的比比较较位移移时时程程曲曲线线，，EPDA与ABAQUS的比比较较400gal2.3。钢钢结结构构分分析析模模型型的的简简化化屋架架的的模模型型简简化化。刚性性杆杆或或采采用用刚刚性性楼楼板板假假定定柱顶顶铰铰接接屋盖盖计计算算模模型型简简化化平板板网网架架的的模模型型简简化化。定义义超超大大房房间间按按刚刚性性楼楼板板假假定定分分析析网架架荷荷载载按按集集中中力力作作用用到到四四周周网壳壳的的模模型型简简化化。网壳壳荷荷载载按按集集中中力力作作用用到到四四周周超大大房房间间按按板板厚厚为为0考考虑虑注意意网网壳壳传传给给四四周周的的水水平平推推力力柱脚脚连连接接刚刚度度的的简简化化。一般般上上面面两两种种柱柱脚脚连连接接，，都都按按刚刚接接处处理理。。但但是是，，实实际际情情况况却却有有出出入入。。因因为为高高强强螺螺栓栓不不能能完完全全约约束束柱柱脚脚的的位位移移，，计计算算时时按按刚刚接接处处理理，，柱柱底底约约束束偏偏刚刚，，结构构位位移移计计算算偏偏小小，，柱柱底底内内力力偏偏大大、、柱柱顶顶内内力力偏偏小小。箱形形刚接接柱柱脚脚连连接接H形刚刚接接柱柱脚脚连连接接梁腹腹板板高高强强螺螺栓栓连连接接刚刚度度的的简简化化。梁柱柱刚刚接接的的连连接接方方式式：翼翼缘缘焊焊接接、、腹腹板板用用高高强强螺螺栓栓连连接接。。在在计计算算时时按按刚刚接接处处理理是是合合理理的的。。柱梁梁铰铰接接的的连连接接方方式式：腹腹板板用用高高强强螺螺栓栓连连接接。。这这种种连连接接实实际际上上腹腹板板还还是是有有承承载载能能力力的的（（约约是是刚刚接接的的40%），，按按铰铰接接处处理理梁梁的的跨跨中中弯弯矩矩将将偏偏大大，，梁梁支支座座处处截截面面（（腹腹板板））没没有有进进行行强强度度验验算算，，存存在在隐隐患患。。梁柱柱刚接接梁柱柱铰接接主次次梁梁的的连连接接同同梁梁柱柱的的铰铰接接类类似似，，也也有有刚刚度度模模拟拟问问题题。。严格格地地说说，，钢钢结结构构的的铰铰接接是是一一种种半半刚刚接接，，如如何何合合理理的的模模拟拟这这种种半半刚刚接接，，是是需需要要研研究究的的课课题题。。3。钢钢结结构构的的设设计计控控制制在分分析析高高层层钢钢结结构构时时，，P-ΔΔ效应应一般般总总是是要要考考虑虑的的，，其其它它的的设设计计选选择择应应根根据据相相应应的的规规范范、、规规程程而而定定。。梁柱柱节节点点域域的的变变形形问问题题：：目前前程程序序没没有有考考虑虑梁梁柱柱节节点点域域的的剪剪切切变变形形，，这这也也是是一一个个复复杂杂问问题题。。如如考考虑虑节节点点域域变变形形，，而而梁梁柱柱采采用用节节点点以以外外的的长长度度，，与与不不考考虑虑节节点点变变形形，，而而梁梁柱柱采采用用形形心心长长度度。。这这两两种种分分析析模模型型，，对对结结构构影影响响变变化化有有多多大大，，目目前前研研究究较较少少。。节节点点剪剪切切变变形形与与节节点点域域的的加加固固程程度度有有关关，，所所以以也也不不容容易易合合理理地地估估计计。。总总之之，，只只要要对对节节点点域域加加固固，，一一般般可可以以不不考考虑虑节节点点域域的的剪剪切切变变形形。。偏心支撑：在高层钢结构构中设置偏心心支撑，可以以提高结构的的整体延性，，避免支撑附附近构件内力力突变，通过过耗能梁吸收收地震作用，，从而达到抗抗震的目的。。强柱弱梁的要要求：根据《抗震规范》对钢柱作“强强柱弱梁”的的验算。但是是可以有三个个放松条件。。所以用户可可以对验算结结果酌情参考考、调整。长细比验算：：当结构设计是是抗震设计控控制，则长度度系数可以取取1.0。层间位移：抗震规范规定定，当地震力力作用下的位位移应小于1/300，当为高层钢钢结构时，可可以放松到1/250。同时还应考考虑舒适度的要求求，控制顶点点的加速度值值。。有侧移无侧移移：1。当楼层最大杆杆间位移小于于1/1000时，可以按无无侧移设计；；2。当楼层最大杆杆间位移大于于1/1000但小于1/300时，柱长度系系数可以按1.0设计；3。当楼层最大杆杆间位移大于于1/300时，应按有侧侧移设计。结构有侧移无无侧移的判定定有侧移、无侧移实际上与荷载载作用有关。。荷载组合基本本按以下四类类：（1）恒+活；（2）恒+活+风；（3）恒+活+地震；（4）恒+活+风+地震。其中，2、3、4类组合有可能能是有侧移的的，而第1类组合一般认认为是无侧移移。从抗震规范第第8.2.3条（包含第3.6.3条）中的要求求，并参考相相应的（第3.6.3条）条文说明明，在某种荷荷载组合作用用下，可以通通过结构的整体稳稳定系数来判定，公式式如下：结构整体稳定定系数P──第i层以上的全部部重力荷载设设计值V──由水平荷载在在第i层产生的楼层层剪力设计值值Δ──由楼层剪力引引起的第i层质心处的一一阶弹性层间间位移H──第i层的楼层高度度上述公式适用于刚性楼楼板假定情况。也可以以推广到一般般情况。在不同的荷载载组合作用下下，水平荷载载在第i层产生的楼层层剪力是不同同的，计算的的楼层稳定系系数也各有差差异。当楼层稳定系系数不超过0.05时，则可以把把该楼层看作作是无侧移的。根据这种方法法，软件将进进一步的改进进。可以对每一组组荷载组合时时，判断有无无侧移的情况况，取用不同同的长度系数数。考虑P-Δ效应高层钢结构参参数选择支撑体体系结结构可可以选选择““框剪剪结构构”0.25Qo的调整整中心支支撑和和偏心心支撑撑中心支支撑可可以提提供较较大的的刚度度，但但是会会造成成柱内力力的突突变，尤其其高层层钢结结构支支撑轴轴力很很大，，柱将将承担担很大大的剪剪力。。所以以中心心支撑撑多用用于多多层钢钢结构构。偏心支支撑及及其产产生的的耗能能梁结结构体体系，，可以以提供供较大的的延性性，在大大震下下耗能能梁首首先进进入塑塑性，，以吸吸收地地震能能量，，从而而减少少震害害。其其多用用于高高层钢钢结构构。耗能梁梁的设设置和和设计计耗能梁梁应设设置在在柱端端部受受力集集中部部位，，另一一端与与偏心心支撑撑相连连。耗能梁梁可以以理解解为偏偏心支支撑结结构的的“保险丝丝”，在在大震震作用用下通通过耗耗能梁梁的非非弹性性变形形来消消耗地地震能能量，，而使使偏心支支撑不不屈曲曲（保证证其承承载能能力）），以以保证证结构构在大大震下下的稳稳定性性。为使偏偏心支支撑能能够承承担耗耗能梁梁段的的端部部弯矩矩，支支撑与与梁应应设计计成刚刚接。。耗能梁梁与偏偏心支支撑结结合的的结构构体系系具有有：（（1）弹性阶阶段的的刚度度接近近中心心支撑撑体系系；（2）弹塑性性阶段段的延延性和和消能能能力力接近近于延延性框框架体体系。偏心支支撑结结构体体系的的设计计原则则：强柱、、强支支撑、、弱耗耗能梁梁。偏心支支撑结结构体体系的的种类类梁、支支撑连连接处处按刚刚接设设计4。混合合结构构的设设计控控制混合结结构主主要是是指：：（1）型钢混混凝土土、钢钢组合合结构构；（2）圆钢管管混凝凝土结结构；（3）矩形钢钢管混混凝土土结构构；（4）钢与混混凝土土组合合梁结结构。型钢混混凝土土、钢钢组合合结构构：型钢混混凝土土结构构中，，常常常伴有有钢结结构，，以保保证构构件连连接的的顺畅畅。这这种体体系具具有型型钢混混凝土土结构构的刚刚度和和钢结结构的的延性性。结结构一一般按按区域域布置置，下下部为为型钢钢混凝凝土结结构，，上部部为钢钢结构构。上上下部部应按按各自自的结结构性性能要要求来来控制制。当上部部钢结结构占占据较较多层层，结结构整整体分分析宜宜按钢钢结构构，地地震分分析时时，结结构阻阻尼比比宜按按0.03（可以以比纯纯钢结结构略略大些些）。。圆钢管管混凝凝土结结构：：圆钢管管能有有效约约束其其中的的混凝凝土，，使混凝凝土受受到三三向约约束，，混凝凝土的的抗压压强度度和变变形能能力显显著提提高（矩形形钢管管则不不具备备这个个效能能）。。圆钢管管混凝凝土一一般用用在大大轴压压力（（或伴伴有大大弯矩矩）的的柱（（大跨跨度柱柱）中中，可可以起起到很很好的的效果果。矩形钢钢管混混凝土土结构构：矩形钢钢管对对管内内混凝凝土的的约束束作用用远不不如圆圆形钢钢管，，但是是它与与空的的箱形形钢管管比，，承载载力大大大提提高，，而且且容易易与其其它构构件连连接。。钢管混混凝土土结构构可以以按““钢结结构””来设设计控控制。。材料料的阻阻尼比比可以以比纯纯钢结结构略略大。。钢与混混凝土土组合合梁结结构：：组合梁梁结构构在分分析时时，需需要分分施工阶阶段和使用阶阶段。施工阶阶段时时，楼楼面只只有钢钢梁，，并要要承担担混凝凝土板板的荷荷载；；使用阶阶段时时，可可以考考虑混混凝土土板与与钢梁梁的共共同工工作。。混合结结构构构件设设计时时，需需遵循循以下下设计计规程程：型钢混混凝土土结构构设计计，需需遵循循《型钢混混凝土土组合合结构构技术术规程程》JGJ138-2001圆钢管管混凝凝土结结构设设计，，需遵遵循《钢管混混凝土土结构构设计计与施施工规规程》CECS28:90矩形钢钢管混混凝土土结构构设计计，需需遵循循《矩形钢钢管混混凝土土结构构技术术规程程》CECS159:2004钢与混混凝土土组合合梁设设计，，需遵遵循《钢结构构设计计规范范》GB50017-20035。总结结——设计技技术要要点（1）在软软件编编制中中按照照《建筑结结构荷荷载规规范》、《建筑抗抗震设设计规规范》、《钢结构构设计计规范范》及《高层民民用建建筑钢钢结构构技术术规程程》对钢构构件进进行截截面相相应的的截面面强度度、整整体稳稳定、、局部部稳定定等的的验算算。（2）按《高层民民用建建筑钢钢结构构技术术规程程》计算地地震力力和地地震参参数，，可对对钢柱柱进行行0.25Qo的基底底剪力力调整整。（3）在抗抗震规规范的的第八八章中中，对对钢柱柱、钢钢梁和和钢支支撑以以强制制条文文的方方式，，规定定了杆杆件的的宽厚厚比、、高厚厚比和和长细细比，，所以以当遇遇到不不满足足强制制性条条文的的规定定时，，软件件将严严格报报错，，以提提示用用户注注意。。钢结构构的整整体分分析（1）钢结结构的的整体体分析析与混混凝土土结构构一样样，不不但要要满足足抗震震规范范的相相应条条文，，如：：最小基底剪剪力、薄弱弱层、层刚刚度比、位位移比、周周期比、最最大位移角角等等控制制，还应该根根据钢结构构变形较大大的特点，，考虑偶然偏心、、双向地震震、二阶变变形效应，如：P-Δ效应。对重要的的结构还应应考虑弹塑塑性变形分分析，如：：弹塑性动力力时程分析析、弹塑性性静力推覆覆分析。（2）当钢结构构是由空间间杆件组成成，带有大大量的空洞洞、交错结结构、空间间斜交结构构，空间弧弧形构件、、支架、塔塔架、桁架架、屋架等等等，在分分析时会产产生大量的的独立的““弹性节点点”，这就就要求在建建模、分析析时注意