钢结构特点与分析控制.ppt

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。 高层钢结构——支撑为主要抗侧力结构 2.1。钢结构的局部振动 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-Δ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，产生大量的空旷结构 振型数要多取 局部振动的处理 当局部振型靠前，说明在此处形成薄弱部位的可能性越大。当第1振型就是局部振动时，可以肯定该部位是薄弱部位，在地震作用下，将首当其冲遭到破坏。 局部振动产生的薄弱部位，往往是局部的刚度失却。如：楼板开洞太多；只有平面内支撑，没有平面外支撑；或两个方向的刚度差异太大造成。等等。 改善结构的刚度，使之均衡，以避免局部振动。如：增加平面外的刚度等。 建模的不当或计算模型的不合理，也会造成局部振动。 通过增大振型数、保证有效质量系数等，产生局部振动的结构虽然是可以分析的，但是在设计时，还是应该尽量避免。 2.2。钢结构的非线性分析 在钢结构分析时，应考虑P-Δ效应，即简化的几何非线性。 当结构受力特殊时，还应考虑材料非线性，即弹塑性分析。 钢结构由于其材料的一致性、各向同性性、均匀性等，其材料非线性性能是比较容易模拟的，分析结果的真实性较高。所以，一些特殊钢结构工程（如：体育场馆、重要的构筑物等）都应考虑弹塑性分析。 非线性分析也可以找到结构的薄弱部位。可以确定结构在大震下的承载能力。是目前普遍采用的方法。 P-Δ效应的计算选择 软件采用的计算方法 软件采用等效几何刚度的有限元法 来考虑P-Δ效应。 P-Δ效应是一种简化的几何非线性计算方法。一般结构还是属于小变形，所以P-Δ效应是可以满足设计需要的。 当需要考虑材料非线性时，应采用弹塑性分析，即弹塑性静力分析（PUSH）或弹塑性动力分析（EPDA）。以得到结构大震下的承载能力。 2.3。钢结构分析模型的简化 屋架的模型简化。 平板网架的模型简化。 网壳的模型简化。 柱脚连接刚度的简化。 一般上面两种柱脚连接，都按刚接处理。但是，实际情况却有出入。因为高强螺栓不能完全约束柱脚的位移，计算时按刚接处理，柱底约束偏刚，结构位移计算偏小，柱底内力偏大、柱顶内力偏小。 梁腹板高强螺栓连接刚度的简化。 梁柱刚接的连接方式：翼缘焊接、腹板用高强螺栓连接。在计算时按刚接处理是合理的。 柱梁铰接的连接方式：腹板用高强螺栓连接。这种连接实际上腹板还是有承载能力的（约是刚接的40%），按铰接处理梁的跨中弯矩将偏大，梁支座处截面（腹板）没有进行强度验算，存在隐患。 3。钢结构的设计控制 在分析高层钢结构时， P-Δ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。