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1、一、多高层钢结构的特点及分析控制,多层钢结构的建模特点多层钢结构的分析模型高层钢结构的建模特点高层钢结构的设计控制总结-设计技术要点,1。多层钢结构的建模特点,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
2、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,2。多层钢结构的分析模型,结构分析应满足相应的设计规范、规程。结构分析一般可以选择：弹性楼板、P-效应、总刚模型计算结构的振型、振型数应取得足够多满足有效质量系数，等等。结构的振型分析，可以观察到结构的薄弱部位，应尽量减少结构的面外振动、局部振动。,采用面外加强的方式，减少局部振动和薄弱部位。当梁的高差较小（在梁高范围内）时，应简化成同一标高，这样可避免短柱的应力突变，造成设计超限。当结构为抗震控制，应尽量减少结构的刚度突变，减少薄弱层。,板厚为0，
3、产生大量的空旷结构,振型数要多取,3。高层钢结构的建模特点,高层钢结构往往带有，型钢构件、钢管构件、钢板剪力墙等等特殊的结构形式，设计时，应分别满足相应的设计规范、规程。对一些特殊工程，还应作模型试验。高层钢结构的建模，与高层混凝土结构的要求基本上符合，尽量避免错层、楼板不连续、平立面不规则、扭转不规则。,高层钢结构往往采用大量的支撑，超高层钢结构大量采用支撑转换层、刚性层。建模时应尽量避免越层支撑。在高层混凝土结构的顶部加有钢塔时，建模要根据这类结构合理分析的需要。如：整体建模分析、分开建模分析等等。更要考虑等效质量、荷载的合理作用。应特别注意混合结构的建模方法。如剪立墙与钢梁的连接。,高层
4、钢结构支撑为主要抗侧力结构,4。高层钢结构的设计控制,在分析高层钢结构时， P-效应一般总是要考虑的，其它的设计选择应根据相应的规范、规程而定。梁柱节点域的变形问题：目前程序没有考虑梁柱节点域的剪切变形，这也是一个复杂问题。如考虑节点域变形，而梁柱采用节点以外的长度，与不考虑节点变形，而梁柱采用形心长度。这两种分析模型，对结构影响变化有多大，目前研究较少。节点剪切变形与节点域的加固程度有关，所以也不容易合理地估计。总之，只要对节点域加固，一般可以不考虑节点域的剪切变形。,偏心支撑：在高层钢结构中设置偏心支撑，可以提高结构的整体延性，避免支撑附近构件内力突变，通过耗能梁吸收地震作用，从而达到抗震
5、的目的。,强柱弱梁的要求：根据抗震规范对钢柱作“强柱弱梁”的验算。但是可以有三个放松条件。所以用户可以对验算结果酌情参考、调整。长细比验算：当结构设计是抗震设计控制，则长度系数可以取1.0。,层间位移：抗震规范规定，当地震力作用下的位移应小于1/300，当为高层钢结构时，可以放松到1/250。同时还应考虑舒适度的要求，控制顶点的加速度值。有侧移无侧移：1。当楼层最大杆间位移小于1/1000时，可以按无侧移设计；2。当楼层最大杆间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数可以按1.0设计；3。当楼层最大杆间位移大于1/300时，应按有侧移设计。,考虑P-效应,高层钢结构参数选择,支撑体系
6、结构可以选择“框剪结构”,0.25Qo的调整,5。总结设计技术要点,（1）在软件编制中按照建筑结构荷载规范、建筑抗震设计规范、钢结构设计规范及高层民用建筑钢结构技术规程对钢构件进行截面相应的截面强度、整体稳定、局部稳定等的验算。,（2）按高层民用建筑钢结构技术规程计算地震力和地震参数，可对钢柱进行0.25Qo的基底剪力调整。（3）在抗震规范的第八章中，对钢柱、钢梁和钢支撑以强制条文的方式，规定了杆件的宽厚比、高厚比和长细比，所以当遇到不满足强制性条文的规定时，软件将严格报错，以提示用户注意。,钢结构的整体分析,钢结构的整体分析与混凝土结构一样，不但要满足抗震规范的相应条文，如：最小基底剪力、薄
7、弱层、层刚度比、位移比、周期比、最大位移角等等控制，还应该根据钢结构变形较大的特点，考虑偶然偏心、双向地震、二阶变形效应，如：P-效应。对重要的结构还应考虑弹塑性变形分析，如：弹塑性动力时程分析、弹塑性静力推覆分析。,当钢结构是由空间杆件组成，带有大量的空洞、交错结构、空间斜交结构，空间弧形构件、支架、塔架、桁架、屋架等等，在分析时会产生大量的独立的“弹性节点”，这就要求在建模、分析时注意：复杂构件连接应尽量选择空间整体建模，如SPASCAD；整体分析时振型数应取得足够的多，应以“有效质量系数”大于90%为满足依据。,钢的弹性模量比混凝土大的多，对钢结构可以按“一次性加载”计算恒载。钢结构允许
8、变形大，分析应考虑P-效应。考虑P-效应后，水平位移增大约5%10%。一般当杆间位移大于1/250时应该考虑P-效应。钢柱的“有侧移”、或“无侧移”选择，可以按以下原则考虑：（A）当楼层最大杆间位移小于1/1000时，可以按无侧移设计；（B）当楼层最大杆间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数可以按1.0设计；（C）当楼层最大杆间位移大于1/300时，应按有侧移设计。,目前软件没有考虑钢梁柱节点的剪切变形，可以通过加强钢柱的节点域，如在节点中间夹焊缀板等方法，来提高节点域的刚度，减少节点域的剪切变形。这一点对H型钢的柱节点尤其重要，在高层钢结构设计中也是要重点关注的。,钢结构的位移
9、控制,（1）抗震规范规定，当地震力作用下的位移应小于1/300，当结构为高层钢结构时，可以放松到1/250。同时还应考虑舒适度的要求，控制顶点的加速度值。（2）同样钢结构也应该有偶然偏心、双向地震，并且位移控制也要考虑偶然偏心和双向地震。,钢构件的设计控制,（1）当为转换层结构时，对转换构件也要在“特殊构件”中按“转换梁”、“框支柱”定义，软件在计算时将考虑规范的要求，对转换梁、框支柱进行地震内力放大。,（2）对于按支撑输入的斜柱，应在“特殊构件”定义中把其两端的连接属性改为两端刚接，这样斜柱将按支撑和柱设计验算取大值。同样当钢梁产生轴力时，钢梁也应按钢柱的方式验算强度、稳定，与受弯构件的验算
10、比较取大值控制。而且对两端铰接梁还要按照水平支撑的要求，按支撑方式验算。（3）对于混合结构，其中的钢结构部分应按要求进行分析演算，对混凝土部分则应参照有关相应的规范进行设计验算。,二、温度、吊车、特殊风、以及其它特殊荷载的定义、设计和作用分析,6。温度荷载的定义及分析7。吊车荷载的定义及分析8。特殊风荷载定义及分析9。特殊支座的定义及分析10。总结,6。温度荷载的定义及分析,温度荷载即温度场对结构的影响，有以下几方面问题。温度的时效问题：冬天和夏天的温度产生的温差将非常大，（如冬天-20、夏天+30，温差50），如果以这个温差作为温度场（温度荷载），计算结构的温度效应将非常大。由于这个温差产生
11、是在一年的时间内发生，结构的反应也是缓慢、变化的。一般情况下结构的温度效应可以考虑瞬间温差（指一天的时间内）。,温度的环境问题：考虑温差对结构的影响，要考虑结构的工作环境，如涂料、内外装修、保温隔热等的影响，要分别考虑施工阶段、使用阶段的结构反应。如果只考虑使用阶段，则施工阶段应考虑相应的保证、保护措施。,7。吊车荷载的定义及分析,带吊车结构的分析，主要是合理考虑吊车的作用问题。吊车作为移动荷载，分析时应考虑移动的效应。吊车结构分析主要分为：（1）吊车梁的分析：（2）吊车移动对整体结构的分析。TAT、SATWE软件是分析第（2）项的内容。STS中可以分析钢吊车梁。,程序分析吊车荷载的说明,在T
12、AT和SATWE的吊车荷载计算中，没有考虑吊车荷载对吊车梁的影响，即没有按照影响线的方式考虑吊车梁，吊车梁应采用其它软件专门分析。软件要求根据吊车的形式，如对各种轨道、轮压点的吊车，给出最大轮压反力（或作用）及最小轮压反力（及作用），不论该吊车运行轨道上有几部吊车，均按这个方式给出。,在一对轨道内的吊车荷载称为第1组吊车荷载（不论该对轨道内有几部吊车），第二对吊车轨道则可以定义第2组吊车荷载等等。吊车水平刹车力作用在上层的柱中间。,吊车结构的计算模型,由于吊车荷载作用在吊车柱的牛腿上，所以在牛腿处应该设置一个标准楼层，并且在沿吊车运行轨迹方向应定义框架梁，如吊车柱在吊车运行轨迹方向没有框架梁，
13、也应把吊车梁作为两端铰接梁输入，吊车荷载的移动顺序是通过轨迹上的梁所确定的，这是吊车运行轨迹方向必须布置梁的原因。,在吊车荷载作用的有牛腿的楼层应一般没有楼板，所以应考虑该层的节点为“弹性节点”即不受刚性楼板假定的制约。即使是多层工业厂房，在吊车柱的外边有楼板，也要按“弹性楼板”考虑，或者不考虑楼板的存在和作用，这样可以比较安全地求出水平刹车力对上下梁的影响。,当吊车柱之间设有交叉支撑时，必须考虑支撑的作用，在吊车柱的设计中，可适当减少吊车柱在支撑布置方向的长度系数。注意：当这种结构产生了多个“弹性节点”后，地震振型数就要增加。振型分析也应该采用“总刚模型”。,吊车荷载的计算,吊车荷载的作用点
14、就是与吊车轨道平行的柱列各节点，它是根据吊车轨迹由程序自动求出。（1）程序沿吊车轨迹自动对每跨加载吊车作用。（2）求出每组吊车的加载作用节点。,（3）对每对节点作用4组外力，分别为：A、左点最大轮压、右点最小轮压；B、右点最大轮压、左点最小轮压；C、左、右点正横向水平刹车力；D、左、右点正纵向水平刹车力。（4）对每组吊车的每次加载，求每根杆件的内力。（5）分别按轮压力和刹车力，求每根柱的预组合力，预组合力的目标为：最大轴力、最大弯矩等。,吊车内力的预组合目标,吊车柱预组合目标共14项：（1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-Mxmax（5）+Mymax（6）-Mymax（7）
15、Nmax+Mxmax（8）Nmax-Mxmax（9）Nmax+Mymax（10）Nmax-Mymax（11）Nmin+Mxmax（12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+Mymax（14）Nmin-Mymax吊车荷载作用下梁的预组合目标为：（1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N,预组合方式,（1）吊车柱预组合分别有“只考虑轮压的预组合力”和“考虑轮压加刹车的预组合力”。预组合1 是吊车的“轮压+刹车”内力组合；预组合2 是吊车的“轮压”内力组合。,（2）梁预组合也按照“只考虑轮压的预组合力”和“考虑轮压加刹车的预组合力”这两种情况搜索出梁的包络内力，即为：预组合1 轮
16、压+刹车包络内力；预组合2 轮压包络内力。,吊车荷载结构的设计注意事项,（1）地震分析时，没有计入吊车的桥架重和吊重。（2）没有考虑吊车梁的作用。（3）吊车柱的配筋，没有考虑排架的长度系数。,因为吊车的桥架重和吊重是移动荷载，所以很难确定质量的位置，在地震分析中这部分的质量没有计入，则计算地震作用局部算小了，可以通过地震作用放大来弥补这个问题。对于吊车梁，当排架中间有框架梁，则应输入该框架梁，否则应把吊车梁按两端铰接梁定义、输入。在用TAT、SATWE分析时，排架柱之间必须要有梁才能正确分析。,（1）对于重型吊车、排架结构应用PK计算。（2）TAT、SATWE适用于中、轻型的吊车分析，特别是多
17、层结构中带吊车的结构形式。,排架柱的计算长度可以人工修正，因此在用软件设计中要注意以下几点：,（3）吊车分析以每对轴线为准，程序自动搜索每对轴线上的吊车柱，并成对作用。（4）TAT、SATWE只计算吊车柱，并生成柱的预组合力。（5）吊车柱的配筋考虑了刹车+轮压、轮压的不同组合。（6）吊车柱的长度系数应由用户自行修正。,吊车荷载定义,吊车布置平面,吊车轨迹上必须有梁,吊车计算选择,吊车内力的图形输出选择菜单,柱预组合内力,柱预组合内力显示选择,梁吊车包络选择,各层吊车内力文本输出,吊车预组合内力的文本输出,8。特殊风荷载定义及分析,特殊风荷载主要用于多层钢结构。尤其在施工阶段时，风对结构可能产生
18、的吸力。对一些特殊的结构，如有大悬挑结构的广告牌、候车站、收费站、雨蓬，等等，在使用阶段风也会是向上、向下作用。特殊风定义于梁上、节点上，并用正、负荷载表示压力或吸力。节点上的特殊风可以是三个方向（XYZ）作用组成。,特殊风荷载定义,9。特殊支座的定义及分析,特殊支座是特指：（1）支座位移（如：沉降、转动等）对结构的影响。（2）地基变形大，导致上部结构内力重分布。（3）特殊要求的设计，隔震材料、指定方向的铰接等。特殊支座目前应用得较少，主要是应用面较窄，应用对象较少。多用于旧工程的改造、加固的复核验算。,特殊支座定义,10。总结,正确理解特殊荷载：（1）温度场的确定及稳定，软件的处理方式。（2）吊车荷载的正确定义，软件的局限性。（3）特殊风荷载的目的，软件的操作方式。（4）特殊支座的用途和定义方式。,特殊荷载的设计、组合控制：（1）需要人工指定组合分项系数。（2）可以对温度作用的结果适当折减。（3）可以对带吊车结构的地震作用适当放大。（4）特殊支座产生的荷载只作用于竖向荷载工况，对水平荷载作用不起作用。,自定义组合选择,工况选择,
