鋼結構的特點及分析控制1。鋼結構的特點2。分析模型3。鋼結構的設計控制4?；旌辖Y構的設計控制5?？偨Y1.1。一般鋼結構的特點結構方案的隨意性：結構沒有明顯的樓層概念，它只根據(jù)需要而設置鋼梁、支撐、樓板等。建模時，采用大量的特殊手段：如層間梁、修改節(jié)點高度、錯層梁、坡梁、斜柱、樓板開大洞，等等。建筑設計只滿足功能的需要：不考慮結構的要求，如層、層剛度、薄弱層、位移比、側移剛度，等等的概念。所以結構布置大多為空曠的、不規(guī)則的、剛度不均勻的空間結構。給分析帶來一定的難度。結構薄弱點：由于結構存在較多的不規(guī)則、不連續(xù)性，多層鋼結構大多都會產(chǎn)生多處局部振動，造成多處薄弱部位。給結構設計帶來難度。水平支撐加變截面柱變截面梁柱多層鋼結構工業(yè)廠房空間塔圍結構普通多層鋼結構普通多層鋼結構特殊工業(yè)鋼結構1.2。高高層層鋼鋼結結構構的的建建模模特特點點高層層鋼鋼結結構構往往往往帶帶有有，，型型鋼鋼構構件件、、鋼鋼管管構構件件、、鋼鋼板板剪剪力力墻墻等等等等特特殊殊的的結結構構形形式式，，設設計計時時，，應應分分別別滿滿足足相相應應的的設設計計規(guī)規(guī)范范、、規(guī)規(guī)程程。。對對一一些些特特殊殊工工程程，，還還應應作作模型型試試驗驗。高層層鋼鋼結結構構的的建建模模，，與與高高層層混混凝凝土土結結構構的的要要求求基基本本上上符符合合，，盡盡量量避免免錯錯層層、、樓樓板板不不連連續(xù)續(xù)、、平平立立面面不不規(guī)規(guī)則則、、扭扭轉轉不不規(guī)規(guī)則則。高層層鋼鋼結結構構往往往往采采用用大大量量的的支支撐撐，，超超高高層層鋼鋼結結構構大大量量采采用用支支撐撐轉轉換換層層、、剛剛性性層層。。建建模模時時應應盡盡量量避免免越越層層支支撐撐。在高高層層混混凝凝土土結結構構的的頂頂部部加加有有鋼鋼塔塔時時，，建建模模要要根根據(jù)據(jù)這這類類結結構構合合理理分分析析的的需需要要。。如如：：整整體體建建模模分分析析、、分分開開建建模模分分析析等等等等。。更更要要考考慮慮等等效效質質量量、、荷荷載載的的合合理理作作用用。。應特別注意混合結構的建建模方法。如如剪立墻與鋼鋼梁的連接。。高層鋼結構——支撐為主要抗抗側力結構2.1。鋼結構的局局部振動結構分析應滿滿足相應的設設計規(guī)范、規(guī)規(guī)程。結構分析一般般可以選擇：：彈性樓板、P-Δ效應、總剛模模型計算結構構的振型、振振型數(shù)應取得得足夠多滿足足有效質量系系數(shù)，等等。結構的振型分分析，可以觀觀察到結構的的薄弱部位，，應盡量減少少結構的面外外振動、局部部振動。采用面外加強強的方式，減減少局部振動動和薄弱部位位。當梁的高差較較?。ㄔ诹焊吒叻秶鷥龋r時，應簡化成成同一標高，，這樣可避免免短柱的應力力突變，造成成設計超限。。當結構為抗震震控制，應盡盡量減少結構構的剛度突變變，減少薄弱弱層。板厚為0，產(chǎn)生大量的的空曠結構振型數(shù)要多取取振型需要取到到60個才能能滿足要求振型需要取到到60個才能能滿足要求局部振動的處處理當局部振型靠靠前，說明在在此處形成薄薄弱部位的可可能性越大。。當?shù)?振型就是局部部振動時，可可以肯定該部部位是薄弱部部位，在地震震作用下，將將首當其沖遭遭到破壞。局部振動產(chǎn)生生的薄弱部位位，往往是局局部的剛度失失卻。如：樓樓板開洞太多多；只有平面面內支撐，沒沒有平面外支支撐；或兩個個方向的剛度度差異太大造造成。等等。。改善結構的剛剛度，使之均均衡，以避免免局部振動。。如：增加平平面外的剛度度等。建模的不當或或計算模型的的不合理，也也會造成局部部振動。通過增大振型型數(shù)、保證有有效質量系數(shù)數(shù)等，產(chǎn)生局局部振動的結結構雖然是可可以分析的，，但是在設計計時，還是應應該盡量避免免。2.2。鋼結構的非非線性分析在鋼結構分析時時，應考慮P-Δ效應，即簡化化的幾何非線線性。當結構受力特特殊時，還應應考慮材料非非線性，即彈彈塑性分析。。鋼結構由于其其材料的一致致性、各向同同性性、均勻勻性等，其材材料非線性性性能是比較容容易模擬的，，分析結果的的真實性較高高。所以，一一些特殊鋼結結構工程（如如：體育場館館、重要的構構筑物等）都都應考慮彈塑塑性分析。非線性分析也也可以找到結結構的薄弱部部位?？梢源_確定結構在大大震下的承載載能力。是目目前普遍采用用的方法。P-Δ效應的計算選選擇軟件采用的計計算方法軟件采用等效幾何剛度度的有限元法法來考慮P-Δ效應。P-Δ效應是一種簡簡化的幾何非非線性計算方方法。一般結結構還是屬于小變形，所以P-Δ效應是可以滿滿足設計需要要的。當需要考慮材材料非線性時時，應采用彈塑性分析，即彈塑性靜靜力分析（PUSH）或彈塑性動力力分析（EPDA）。以得到結構大大震下的承載載能力。不考慮P-Δ效應不考慮P-Δ效應考慮P-Δ效應考慮P-Δ效應9層鋼框架模模型荷載因子-位位移曲線，PUSH與ABAQUS的比較位移時程曲線線，EPDA與ABAQUS的比較400gal2.3。鋼結構構分析模模型的簡簡化屋架的模模型簡化化。剛性桿或或采用剛剛性樓板板假定柱頂鉸接接屋蓋計算算模型簡簡化平板網(wǎng)架架的模型型簡化。定義超大大房間按按剛性樓樓板假定定分析網(wǎng)架荷載載按集中中力作用用到四周周網(wǎng)殼的模模型簡化化。網(wǎng)殼荷載載按集中中力作用用到四周周超大房間間按板厚厚為0考考慮注意網(wǎng)殼殼傳給四四周的水水平推力力柱腳連接接剛度的的簡化。一般上面面兩種柱柱腳連接接，都按按剛接處處理。但但是，實實際情況況卻有出出入。因因為高強強螺栓不不能完全全約束柱柱腳的位位移，計計算時按按剛接處處理，柱柱底約束束偏剛，，結構位移移計算偏偏小，柱柱底內力力偏大、、柱頂內內力偏小小。箱形剛接柱腳腳連接H形剛接柱柱腳連接接梁腹板高高強螺栓栓連接剛剛度的簡簡化。梁柱剛接接的連接接方式：翼緣焊焊接、腹腹板用高高強螺栓栓連接。。在計算算時按剛剛接處理理是合理理的。柱梁鉸接接的連接接方式：腹板用用高強螺螺栓連接接。這種種連接實實際上腹腹板還是是有承載載能力的的（約是是剛接的的40%），按鉸鉸接處理理梁的跨跨中彎矩矩將偏大大，梁支支座處截截面（腹腹板）沒沒有進行行強度驗驗算，存存在隱患患。梁柱剛接梁柱鉸接主次梁的連連接同梁柱柱的鉸接類類似，也有有剛度模擬擬問題。嚴格地說，，鋼結構的的鉸接是一一種半剛接接，如何合合理的模擬擬這種半剛剛接，是需需要研究的的課題。3。鋼結構的的設計控制制在分析高層層鋼結構時時，P-Δ效應一般總是要要考慮的，，其它的設設計選擇應應根據(jù)相應應的規(guī)范、、規(guī)程而定定。梁柱節(jié)點域域的變形問問題：目前程序沒沒有考慮梁梁柱節(jié)點域域的剪切變變形，這也也是一個復復雜問題。。如考慮節(jié)節(jié)點域變形形，而梁柱柱采用節(jié)點點以外的長長度，與不不考慮節(jié)點點變形，而而梁柱采用用形心長度度。這兩種種分析模型型，對結構構影響變化化有多大，，目前研究究較少。節(jié)節(jié)點剪切變變形與節(jié)點點域的加固固程度有關關，所以也也不容易合合理地估計計?？傊?，，只要對節(jié)節(jié)點域加固固，一般可可以不考慮慮節(jié)點域的的剪切變形形。偏心支撐：：在高層鋼結結構中設置置偏心支撐撐，可以提提高結構的的整體延性性，避免支支撐附近構構件內力突突變，通過過耗能梁吸吸收地震作作用，從而而達到抗震震的目的。。強柱弱梁的的要求：根據(jù)《抗震規(guī)范》對鋼柱作““強柱弱梁梁”的驗算算。但是可可以有三個個放松條件件。所以用用戶可以對對驗算結果果酌情參考考、調整。。長細比驗算算：當結構設計計是抗震設設計控制，，則長度系系數(shù)可以取取1.0。層間位移：：抗震規(guī)范規(guī)規(guī)定，當?shù)氐卣鹆ψ饔糜孟碌奈灰埔茟∮?/300，當為高層層鋼結構時時，可以放放松到1/250。同時還應應考慮舒適度的要要求，控制制頂點的加加速度值。。。有側移無側側移：1。當樓層最大大桿間位移移小于1/1000時，可以按按無側移設設計；2。當樓層最大大桿間位移移大于1/1000但小于1/300時，柱長度度系數(shù)可以以按1.0設計；3。當樓層最大大桿間位移移大于1/300時，應按有有側移設計計。結構有側移移無側移的的判定有側移、無側移實際上與荷荷載作用有有關。荷載組合基基本按以下下四類：（（1）恒+活；（2）恒+活+風；（3）恒+活+地震；（4）恒+活+風+地震。其中，2、3、4類組合有可可能是有側側移的，而而第1類組合一般般認為是無無側移。從抗震規(guī)范范第8.2.3條（包含第第3.6.3條）中的要要求，并參參考相應的的（第3.6.3條）條文說說明，在某某種荷載組組合作用下下，可以通通過結構的整體體穩(wěn)定系數(shù)數(shù)來判定，公公式如下：：結構整體穩(wěn)穩(wěn)定系數(shù)P──第i層以上的全全部重力荷荷載設計值值V──由水平荷載載在第i層產(chǎn)生的樓樓層剪力設設計值Δ──由樓層剪力力引起的第第i層質心處的的一階彈性性層間位移移H──第i層的樓層高高度上述公式適用于剛性性樓板假定定情況。也可可以推廣到到一般情況況。在不同的荷荷載組合作作用下，水水平荷載在在第i層產(chǎn)生的樓樓層剪力是是不同的，，計算的樓樓層穩(wěn)定系系數(shù)也各有有差異。當樓層穩(wěn)定定系數(shù)不超超過0.05時，則可以以把該樓層層看作是無側移的。根據(jù)這種方方法，軟件件將進一步步的改進。?？梢詫γ恳灰唤M荷載組組合時，判判斷有無側側移的情況況，取用不不同的長度度系數(shù)。考慮P-Δ效應高層鋼結構構參數(shù)選擇擇支撐體系結結構可以選選擇“框剪剪結構”0.25Qo的調整中心支撐和和偏心支撐撐中心支撐可可以提供較較大的剛度度，但是會會造成柱內力的突突變，尤其高層層鋼結構支支撐軸力很很大，柱將將承擔很大大的剪力。。所以中心心支撐多用用于多層鋼鋼結構。偏心支撐及及其產(chǎn)生的的耗能梁結結構體系，，可以提供供較大的延性性，在大震下下耗能梁首首先進入塑塑性，以吸吸收地震能能量，從而而減少震害害。其多用用于高層鋼鋼結構。耗能梁的設設置和設計計耗能梁應設設置在柱端端部受力集集中部位，，另一端與與偏心支撐撐相連。耗能梁可以以理解為偏偏心支撐結結構的“保險絲”，在大震震作用下通通過耗能梁梁的非彈性性變形來消消耗地震能能量，而使使偏心支撐不不屈曲（保證其承承載能力）），以保證證結構在大大震下的穩(wěn)穩(wěn)定性。為使偏心支支撐能夠承承擔耗能梁梁段的端部部彎矩，支支撐與梁應應設計成剛剛接。耗能梁與偏偏心支撐結結合的結構構體系具有有：（1）彈性階段的的剛度接近近中心支撐撐體系；（2）彈塑性階段段的延性和和消能能力力接近于延延性框架體體系。偏心支撐結結構體系的的設計原則則：強柱、強支支撐、弱耗耗能梁。偏心支撐結結構體系的的種類梁、支撐連連接處按剛剛接設計4。混合結構構的設計控控制混合結構主主要是指：：（1）型鋼混凝土土、鋼組合合結構；（2）圓鋼管混凝凝土結構；（3）矩形鋼管混混凝土結構構；（4）鋼與混凝土土組合梁結結構。型鋼混凝土土、鋼組合合結構：型鋼混凝土土結構中，，常常伴有有鋼結構，，以保證構構件連接的的順暢。這這種體系具具有型鋼混混凝土結構構的剛度和和鋼結構的的延性。結結構一般按按區(qū)域布置置，下部為為型鋼混凝凝土結構，，上部為鋼鋼結構。上上下部應按按各自的結結構性能要要求來控制制。當上部鋼結結構占據(jù)較較多層，結結構整體分分析宜按鋼鋼結構，地地震分析時時，結構阻阻尼比宜按按0.03（可以比純純鋼結構略略大些）。。圓鋼管混凝凝土結構：：圓鋼管能有有效約束其其中的混凝凝土，使混凝土受受到三向約約束，混凝凝土的抗壓壓強度和變變形能力顯顯著提高（矩形鋼管管則不具備備這個效能能）。圓鋼管混凝凝土一般用用在大軸壓壓力（或伴伴有大彎矩矩）的柱（（大跨度柱柱）中，可可以起到很很好的效果果。矩形鋼管混混凝土結構構：矩形鋼管對對管內混凝凝土的約束束作用遠不不如圓形鋼鋼管，但是是它與空的的箱形鋼管管比，承載載力大大提提高，而且且容易與其其它構件連連接。鋼管混凝土土結構可以以按“鋼結結構”來設設計控制。。材料的阻阻尼比可以以比純鋼結結構略大。。鋼與混凝土土組合梁結結構：組合梁結構構在分析時時，需要分分施工階段和使用階段。施工階段時時，樓面只只有鋼梁，，并要承擔擔混凝土板板的荷載；；使用階段時時，可以考考慮混凝土土板與鋼梁梁的共同工工作。混合結構構構件設計時時，需遵循循以下設計計規(guī)程：型鋼混凝土土結構設計計，需遵循循《型鋼混凝土土組合結構構技術規(guī)程程》JGJ138-2001圓鋼管混凝凝土結構設設計，需遵遵循《鋼管混凝土土結構設計計與施工規(guī)規(guī)程》CECS28:90矩形鋼管混混凝土結構構設計，需需遵循《矩形鋼管混混凝土結構構技術規(guī)程程》CECS159:2004鋼與混凝土土組合梁設設計，需遵遵循《鋼結構設計計規(guī)范》GB50017-20035?？偨Y——設計技術要要點（1）在軟件編編制中按照照《建筑結構荷荷載規(guī)范》、《建筑抗震設設計規(guī)范》、《鋼結構設計計規(guī)范》及《高層層民民用用建建筑筑鋼鋼結結構構技技術術規(guī)規(guī)程程》對鋼鋼構構件件進進行行截截面面相相應應的的截截面面強強度度、、整整體體穩(wěn)穩(wěn)定定、、局局部部穩(wěn)穩(wěn)定定等等的的驗驗算算。。（2）按按《高層層民民用用建建筑筑鋼鋼結結構構技技術術規(guī)規(guī)程程》計算算地地震震力力和和地地震震參參數(shù)數(shù)，，可可對對鋼鋼柱柱進進行行0.25Qo的基基底底剪剪力力調調整整。。（3）在在抗抗震震規(guī)規(guī)范范的的第第八八章章中中，，對對鋼鋼柱柱、、鋼鋼梁梁和和鋼鋼支支撐撐以以強強制制條條文文的的方方式式，，規(guī)規(guī)定定了了桿桿件件的的寬寬厚厚比比、、高高厚厚比比和和長長細細比比，，所所以以當當遇遇到到不不滿滿足足強強制制性性條條文文的的規(guī)規(guī)定定時時，，軟軟件件將將嚴嚴格格報報錯錯，，以以提提示示用用戶戶注注意意。。鋼結結構構的的整整體體分分析析（1）鋼鋼結結構構的的整整體體分分析析與與混混凝凝土土結結構構一一樣樣，，不不但但要要滿滿足足抗抗震震規(guī)規(guī)范范的的相相應應條條文文，，如如：：最小小基基底底剪剪力力、、薄薄弱弱層層、、層層剛剛度度比比、、位位移移比比、、周周期期比比、、最最大大位位移移角角等等等等控控制制，還還應應該該根根據(jù)據(jù)鋼鋼結結構構變變形形較較大大的的特特點點，，考考慮慮偶然然偏偏心心、、雙雙向向地地震震、、二二階階變變形形效效應應，如如：：P-ΔΔ效應應。對對重重要要的的結結構構還還應應考考慮慮彈彈塑塑性性變變形形分分析析，，如如：：彈塑塑性性動動力力時時程程分分析析、、彈彈塑塑性性靜靜力力推推覆覆分分析析。（2）當當鋼鋼結結構構是是由由空空間間桿桿件件組組成成，，帶帶有有大大量量的的空空洞洞、、交交錯錯結結構構、、空空間間斜斜交交結結構構，，空空間間弧弧形形構構件件、、支支架架、、塔塔架架、、桁桁架架、、屋屋架架等等等等，，在在分分析析時時會會產(chǎn)產(chǎn)生生大大量量的的獨獨立立的的““彈彈性性節(jié)節(jié)點點””，，這這就就要要求求在在建建模模、、分分析析時時注注意意：：復復雜雜構構件件連連接接應應盡盡量量選選擇擇空空間間整整體體建建模模，，如如SPASCAD；整體體分分析析時時振振型型數(shù)數(shù)應應取取得得足足夠夠的的多多，，應應以以““有有效效質質量量系系數(shù)數(shù)””大大于于90%為滿滿足足依依據(jù)據(jù)。。（3）鋼鋼的的彈彈性性模模量量比比混混凝凝土土大大的的多多，，對對鋼鋼結結構構可可以以按按““一次次性性加加載載”計計算算恒恒載載。。鋼鋼結結構構允允許許變變形形大大，，分分析析應應考考慮慮P-ΔΔ效應應。?？伎紤]慮P-ΔΔ效應應后后，，水平平位位移移增增大大約約5%～10%。一一般般當當桿桿間間位位移移大大于于1/250時應應該該考考慮慮P-ΔΔ效應應。。（4）鋼鋼柱柱的的““有有側側移移””、、或或““無無側側移移””選選擇擇，，可可以以按按以以下下原原則則考考慮慮：：（A）當樓樓層層最最大大桿桿間間位位移移小小于于1/1000時，，可可以以按按無無側側移移設設計計；；（（B）當樓樓層層最最大大桿桿間間位位移移大大于于1/1000但小小于于1/300時，，柱柱長長度度系系數(shù)數(shù)可可以以按按1.0設計計；；（（C）當樓樓層層最最大大桿桿間間位位移移大大于于1/300時，，應應按按有有側側移移設設計計。（5）目目前前軟軟件件沒沒有有考考慮慮鋼鋼梁梁柱柱節(jié)節(jié)點點的的剪剪切切變變