YJK钢结构设计-上部结构

YJK钢结构设计上部结构专题2017-4北京盈建科软件股份有限公司(BeijingYJKBuildingSoftwareCo.,Ltd.)内容大纲钢构件截面布置及材料定义开口型、闭口型两种组合楼盖的应用高钢规JGJ99-2015相关菜单的选择钢结构重力二阶效应分析组合梁验算支持完全抗剪和部分抗剪连接计算钢构件的优化选截面设计空间属性的定义及执行的规范单拉杆在钢结构中的应用2程序执行新门式刚架规范(GB51022-2015)新门刚规范柱长系数的计算抗风柱，纵向系杆及吊车荷载的分析牛腿、吊车梁的设计门刚风荷载定义3多、高层钢结构轴线网格布置钢结构建模时，除了截面材质和截面类型与钢筋混凝土构件有所区别以外，建模方法和钢筋混凝土结构基本相同。•网格三种输入方式导入CAD；正交轴网和圆弧轴网；正交、圆弧轴网和画点画线配合使用；•形成网点形成网点（建模时如果对模型有过修改尤其是对网格的删除修改、增加等最好形成网点，可以避免后面不知名的错误）•修改旋转复制等修改命令是针对节点、网格、构件以及荷载等一起的旋转、复制等；4可处理钢结构设计所需的截面类型5下拉框选择截面视图选择截面梁、柱、支撑布置6JGJ99-2015高钢规GB50011-2010抗震规范《高钢规》JGJ99-2015第7.4.1条调整梁柱局部稳定计算，规定了梁柱板件宽厚比限值，非抗震设计时的限值与四级抗震一致，比钢结构规范严格；另外增加了抗震设计时圆管截面的径厚比限值；7JGJ99-2015高钢规GB50011-2010抗震规范8JGJ99-2015高钢规GB50011-2010抗震规范按照7.5.2条调整中心支撑最大长细比，规定中心支撑拉杆非抗震设计时的最大长细比180，比钢结构规范限值300严格；按照7.5.3条调整中心支撑局部稳定，规定了中心支撑的板件宽厚比限值，非抗震设计时的限值与四级抗震一致，比钢结构规范严格；9当勾选时梁、柱、支撑的高厚比、宽厚比与长细比限值程序按《高钢规》控制。不勾选时抗震按《抗震规范》控制，非抗震按《钢结构规范》控制。JGJ99-2015高钢规程序执行规范选项小结：1.对于钢结构梁、柱、支撑的截面的选择可以通过下拉框或视图框内的类型如工字形、箱型、圆管、十字工及钢管混凝土、型钢混凝土截面、型钢库截面、薄壁型钢、实腹式及格构式等组合截面定义。2.梁、柱、支撑布置时要考虑此结构是否为高层建筑，如果属于高层钢结构，此时勾选构件信息中的执行《高钢规》JGJ99-2015规定的宽厚比、高厚比和长细比限值执行，超过限值时在设计结果-配筋简图上程序给予显红超限提示；如果属于多层钢结构可以不勾选执行《高钢规》JGJ99-2015，此时宽厚比、高厚比和长细比限值按《抗规》和《钢结构规范》执行，超过限值时程序给予显红超限提示；10钢构件材料强度11高钢规JGJ99-2015程序按照4.2节要求调整钢材材料强度指标，与钢结构规范相比，对各种型号钢材细化了厚度分组；增加了Q345GJ钢材；而且该取值规则用于所有钢结构构件，还包括型钢混凝土、劲性混凝土、钢管混凝土中的钢的材料取值；钢构件材料强度的修改：1.构件布置-本层信息和材料中修改；2.楼层组装中-各层信息；3.前处理-特殊构件定义中-材料强度；前处理-楼层属性中-材料表。（注：目前版本钢结构施工图材料接的是建模材料信息，建议钢构件材料强度在建模信息中定义和修改）12优先级最高压型钢板组合楼盖•按模式分为“组合型”和“非组合型”压型钢板.1.非组合型，压型钢板作为永久模板，不考虑钢板和混凝土的共同作用，仅对压型钢板进行施工阶段验算；在建模-布置压型钢板的同时，软件自动进行施工阶段验算，并以不同的颜色显示压型钢板线。2.组合型，还需在使用阶段考虑混凝土和压型钢板的共同作用，按照组合楼盖进行使用阶段验算。对于组合型压型钢板验算，程序将在板施工图中完成，按照组合楼盖进行使用阶段的承载力和变形验算包括剪力、扰度以及自振频率的计算。13•按板型分为“开口型”和“闭口型”压型钢板。按照图集要求，组合楼板中压型钢板的选型要求：对非组合型的压型钢板选材不要求采用特殊波槽、压痕的板型。对组合型压型钢板选材宜采用带有特殊波槽、压痕的开口扳、缩口板及闭口板。《高钢规》JGJ99-20154.1.8条，钢结构楼盖采用压型钢板组合楼板时，宜采用闭口型压型钢板，其材质和材料性能应符合现行国家标准《建筑用压型钢板》GB/T12775的相关规定。14程序压型钢板组合楼盖布置界面15类型选择常见的标准板库及自定义库的选择读取楼层组装的各层信息中板厚，自动计算最大跨度YJK软件依据最新标准《组合楼板设计与施工规范》(CECS273：2010)进行压型钢板组合楼盖施工阶段及使用阶段的承载力、变形验算。在施工阶段，压型钢板按沿顺肋方向单向板考虑，按其有效截面特性验算承载力及变形。布置压型钢板的同时，软件自动进行施工阶段验算，并以不同的颜色显示压型钢板线，红色：承载力超限，黄色：挠度超限，蓝色：满足。16当压型钢板为组合型时，按照组合楼盖进行使用阶段的承载力和变形验算包括剪力、扰度以及自振频率的计算，在板施工图中输出相应结果。17在板施工图中通过“扰度”和“计算书”菜单查看压型钢板计算书注意：对于压型钢板组合楼盖，建模中输入的板厚为压型钢板肋顶混凝土厚度，软件仅在施工阶段软件自动考虑肋间混凝土及压型钢板重量，故用户需将肋间混凝土及压型钢板重量作为恒载输入.压型重量取含镀锌层板重，肋间混凝土的换算高度可按下式确定:18压型钢板肋顶混凝土厚度为修改板厚中的混凝土自重需将肋间混凝土及压型钢板重量作为恒载输入小结：压型钢板操作流程，1.生成楼板，修改肋顶以上混凝土厚度；2.布置压型钢板，根据布置时左下角命令栏结果提示调整板库；3.修改荷载输入中的恒载数值将肋间混凝土及压型钢板重量作为恒载输入。4.到板施工图中绘制压型钢板模板图，如果是组合型在板施工图中查看使用阶段验算计算书。参数相关信息的设置按照《高钢规》JGJ99-2015第6.1.7条要求验算刚重比，1.钢框架结构的条件为：①结构体系为框架、异形柱框架、竖向框排架；②结构材料为钢；2.非框架结构按高钢规执行的条件为：①结构类型为钢框架-中心支撑、钢框架-偏心支撑；②如果不满足①,且不是框架结构，当材料选择钢砼混合时，同时勾选高钢规按高钢规验算；20按照《高钢规》JGJ99-2015第7.3.4条对筒体结构、框筒结构、筒中筒结构中的钢柱验算柱轴压比；21按照7.1.6条对钢转换梁的地震作用产生的内力乘以增大系数1.5，按7.3.10条对钢转换柱的地震作用产生的内力也乘以增大系数1.5；22按照《高钢规》JGJ99-2015第3.8节考虑钢构件的性能设计计算；根据性能水准按照第3.8.3-1~3.8.3-5公式程序自动确定材料强度值，结果在构件信息中输出。2324总结：第1性能水准材料取设计值；第2性能水准关键构件及普通竖向构件材料取设计值，耗能构件材料取标准值；第3、4、5性能水准材料取标准值。关键构件、竖向构件及耗能构件程序自动读取前处理默认类型，同时可以进行交互修改。钢结构可按屈曲分析模态考虑整体缺陷2526ETABS2015也新提供了以最大位移控制的屈曲模态作为结构模型初始状态的计算•《钢规》报批稿要求考虑P-△效应的二阶弹性分析时应该同时考虑初始几何缺陷和残余应力影响，并且计算构件稳定时，计算长度系数可取1或其他认可的值。考虑P-△效应时，一般要同时考虑整体结构的初始缺陷，此时计算长度系数可以设置为1。•《钢规》报批稿规定二阶效应系数θ=ΣN∗△uΣH∗h（规则框架结构），θ=1ηcr（一般结构），θ0.1时宜采用二阶弹性分析。对于钢框架结构，软件在wmass.out中输出二阶效应系数，供用户判断是否需要考虑重力二阶效应。对于其他类型，用户需要进行屈曲分析，并取第1阶屈曲因子计算二阶效应系数（可取ηcr=第1阶屈曲因子）。•钢结构构件在制作、安装过程中会存在材料不均匀、残余应力、安装偏差等初始缺陷。《钢规》讨论稿要求考虑P-△效应的二阶弹性分析应考虑结构整体的初始缺陷。规定钢结构在计算中要考虑初始缺陷的影响。初始缺陷的位移模式可取第1阶屈曲分析的变形方式，最大缺陷代表值可取H/250（H为建筑总高度）。2728Wmass中输出屈曲因子和二阶效应系数29•是否考虑P-△效应对计算结果有影响，但影响不应太大。•考虑P-△效应的模型自振周期比普通模型大，并且风载、地震作用下的水平位移均有一定程度的增大（5%以内），说明结构整体刚度有所减弱。30•对比3层角柱和中柱的内力，考虑P-△效应时，构件在水平荷载下的内力均有所增大。下图中左侧为普通模型结果，右侧为考虑P-△效应的模型结果。31323334小结：•随着高层结构（尤其是高层钢结构）的普及，越来越多的工程需要考虑重力二阶效应。YJK按照《钢规》报批稿的要求，使用第1阶屈曲模态在计算中考虑结构整体的初始缺陷，此时计算长度系数可以设为1。•对于钢框架结构，软件在wmass.out中输出二阶效应系数，供用户判断是否需要考虑重力二阶效应。对于其他类型的钢结构，用户需要通过计算第1阶屈曲因子判断是否考虑重力二阶效应。需要注意的是，设计完善的建筑不应有明显的P-△效应，如果考虑P-△效应前后，结构在同一个侧向荷载工况的位移相差超过5%，则基本可以判定结构刚度过柔，建议考虑重新设计。35组合梁支持完全抗剪和部分抗剪连接36完全抗剪连接是指在一个剪跨区段的全部抗剪连接件个数n的抗剪能力≥由于极限平衡条件确定的交界面的剪力。部分抗剪连接则在一个剪跨区段的剪力件个数n1n。•程序设置菜单37先指定组合梁再定义抗剪连接件信息程序结果输出38根据规范要求，组合梁验算包括组合梁承载力验算、抗剪栓钉验算、施工阶段钢梁抗弯抗剪强度验算和组合梁局部稳定的验算。施工阶段验算读取施工荷载配筋简图中：R1:组合梁负弯矩区段弯矩与组合梁承载力的比值；R2:组合梁正弯矩区段弯矩与组合梁承载力的比值；R3:梁最大作用剪力与抗剪承载力的比值。执行规范相关公式40完全抗剪连接正弯矩区段验算41完全/部分抗剪连接负弯矩区段验算部分抗剪连接正弯矩区段验算42栓钉承载力验算•压型钢板捕设方向自动读取建模楼板布置的方向43程序读取楼板布置中压型钢板捕设方向自动对栓钉抗剪承载力设计值进行折减。钢构件的优化选截面设计•在“设计结果”的“设计工具”菜单下，增加了钢构件优化设计功能，建议该功能与钢构件应力比分布图配合使用。44优化设计菜单•钢构件应力比分布图这个功能可以直观地显示模型中所有指定类别、截面构件的应力比分布情况。这样设计人员可以查看到该截面的利用率，进而进行设计优化。45下面的数字如B1-32表示为1层构件编号为32左侧为应力比分布图46•截面优化构件类别选择47网架例题以网架例题说明优化操作流程如下：建模中对所有的网架上弦杆件按预估的较大圆管截面160*144输入，但是同时在建模中定义了直径从150-70的一批圆管备选截面。48对网架上弦杆布置初始截面160*144截面定义时定义一批可供优化选择的截面结构计算完成后，在设计结果的设计工具菜单下用“结构应力比分布图”查看网架上弦杆件的应力比，操作时选择支撑类别，选择160*144的圆管截面，从应力比分布图可见该上弦杆件的应力比分布在1.1—0.1的范围，很大一批杆件应力比很小，具有很大的优化空间。49使用设计工具下的“截面优化”菜单进行上弦杆件的优化。在弹出的截面优化设置对话框上，选择支撑类型，指定圆管截面160*144为优化对象，点对话框中间的“将建模截面作为备选”后，在右侧的备选截面列表中排列出建模中事先定义的一批优化备选截面。对话框下是优化选项，如设置最大应力比为0.9等。最后点取右下的“开始优化”项启动优化计算。50优化计算完成后屏幕上弹出提示：“优化设计完成，是否建模数据？”，如果选择“是”，经优化选择的新的截面将写入建模数据，将改变原有网架上弦杆件的截面定义，同时自动切换到“模型荷载输入”菜单。51改变