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钢结构设计的常见问题及详解

发布日期:2019-10-28 11:08:06

今天小编给大家分享一些技术方面的问题【恒维钢结构】PKPM钢结构设计的常见问题及详解

1、钢梁拼接处用内力设计一般就能满足设计要求,为什么还要采用等强设计?


答:从概念上讲,拼接位置是构件的连续位置,如果按照内力进行拼接位置节点设计势必造成该位置承载力比连续部位要弱,该位置成为薄弱部位,在强风强震,及其他偶然情况下都很可能率先破坏,造成连续倒塌等安全隐患,所以该位置按等强设计是十分必要的。这里说的概念设计是从抵抗不利情况出发的,大家在设计时考虑的地震作用一般为多遇地震作用,也就是小震情况,而大家要通过概念设计以及相关构造保证在设防地震(中震)以及罕遇地震作用甚至是极罕遇地震下的结构安全,此时结构中很多构件出现塑性,在此情况,如果拼接节点是先于构件破坏的,那么整个结构成为机构,后果不堪设想。从规范角度来说,抗规8.2.8等条文也提到了等强连接设计以及强节点弱构件的相关验算,足见节点的重要性。

2、钢结构门式钢架设计自动生成的柱脚图中为什么没有抗剪键?

答:程序在抗剪验算考虑设置抗剪键的,当满足V≤μN,其中μ为摩擦系数,此时说明底板摩擦力就能抵抗剪力,不需要设置抗剪键,同时在节点计算书中会输出柱脚抗剪验算是否满足要求的结果。

3、门式刚架出图时,柱端板域内的斜加劲肋特别厚是什么原因?如何调整?

答:门式刚架规范10.2.7第5条规定了柱端转动刚度与梁线刚度的关系,即R≥25EIb/Lb,R为刚架梁柱节点转动刚度,以保证梁柱节点能够有足够的转动刚度。模型中梁线刚度比柱要大得多,造成验算结果不满足,并且节点转动刚度与梁线刚度的差值非常大,差值就是需要斜加劲肋所要提供的刚度,所以程序计算的柱节点域内斜加劲肋厚度就非常厚了,此时需要调整梁、柱截面尽量满足此条要求,可以减小该加劲肋厚度。

如果由于条件限制,不能对梁柱做较大的调整时,也要采取措施,增加由于梁柱之间未实现刚接时,对于梁跨中部位的影响,应适当增大强度、稳定以及梁挠度的富裕度,保证结构安全。
4、门式刚架中需要部分柱间进行抽柱,三维门式刚架建模时是直接将托梁在三维建模中程序会自动识别吗?可以考虑该托梁作为支座进的竖向变形,以及将被支承的这一榀的竖向、水平荷载都传给相邻榀吗?被托的这一榀是梁端直接支承在托梁上还是需要必带短柱呢?

答:如下图:门式刚架三维设计中的托梁是需要定义的,只有定义了之后程序才会对托梁上承托的竖向荷载、纵向山墙风荷载和吊车纵向刹车力,进行导算。需要注意的是门式三维模块是二维单榀模型的集合,程序并不会形成用于分析和计算完整的三维模型,而是和二维pk一样,生成若干单榀模型,以横向为主分析,同时生成纵向榀数据,横向榀和纵向榀的分析和计算是完全独立的,并不存在双向受力分析和设计过程,托梁两端与柱铰接,所以托梁的竖向荷载产生的竖向力传到横向榀,纵向山墙风荷载和吊车纵向刹车力只对纵向榀(主要是柱间支撑)有影响。v3系列后期版本可不建立短柱即可完成导算。具体导算情况可在显示设置中勾选显示导荷节点,选择需要显示的工况可以看到导荷结果。


5、门式刚架二维设计中,按照抗规9.2.14条“低延性、高弹性承载力”性能化设计控制宽厚比时此项无论不勾选(A类),还是勾选1.5倍(B类)。在计算结果的超限信息中,板件高厚比限值和宽厚比限值均与两项不符,是什么原因?

答:首先明确一下,不勾选并不是实行A类要求,而是实行框架的相关要求,按抗震烈度对应的钢框架抗震等级考虑。模型参数中设置的抗震等级为四级,在勾选高弹性低延性性能化设计时,考虑所选类别与抗震等级为四级时的钢框架要求取大值作为限值。所以会出现上面问题中描述的情况。
6、采用STS钢结构施工图进行梁柱铰接节点设计时,验算腹板螺栓受剪时,为何程序给出的螺栓所受最大剪力与结果相差较大?

答:如下图所示,当螺栓列数大于2列时,梁端剪力V和螺栓群中心会存在水平向的偏心距,从而产生附加弯矩,附加弯矩M=V*Xe。然后程序会根据此弯矩和剪力按照剪弯螺栓群进行计算,采用下列公式进行计算:

Nv=(M*x_max)/(Σx_i^2)+V/nbolt,当Nv>N_v^b时,程序则会调整螺栓直径或增加螺栓个数,再次计算,直到迭代计算满足要求后,输出最后的螺栓所受最大剪力Nv,所以此时,螺栓所受的最大剪力比纯剪状态要大。







7、根据抗震规范表8.1.3下的注2:当某个部位各构件的承载力满足2倍地震作用组合下的内力要求是,7~9度的构件抗震等级应允许按降低一度确定在SATWE中应该如何考虑?

答:该条要求在SATWE中需要人工修改参数来实行,首先在参数中将地震影响系数最大值αmax修改为原来的2倍,然后计算得到相应的结果,人工判断强度和稳定是否满足要求,对于满足要求的构件,返回特殊构件定义中将其抗震等级修改为降低一度之后的抗震等级,再按照原来的地震动参数进行计算即可。

8、有围护结构和无围护的门式刚架除了按照门规确定的风荷载体型系数不同外,能考虑围护结构挡风面积吗?

答:首先有无围护结构并不是封闭式和敞开式的具体的判断条件,还要根据开窗比例判断是否为部分封闭式结构,封闭式、部分封闭式和敞开式三种形式决定了风荷载体型系数(门规称为风荷载系数)的不同取值。二维pk中通过用户定义的迎风宽度和构件高度确定风荷载标准值大小,不会自动考虑有无围护的情况。通过Satwe等三维分析程序并不会的自动判断有无围护结构计算风荷载受荷面积,需要人工调整风荷载或通过定义镂空层实现无围护结构的风荷载正确统计。
9、支撑与梁柱连接节点节点板与支撑连接焊缝计算剪力是如何计算的?

答:无论是在支撑节点程序默认按照等强连接设计, 节点验算最大轴力设计值N为截面轴向承载力设计值,即fA,计算得到N后,如下图中的情况,在与该轴力平行的方向的焊缝为两对共四条,所以每条焊缝的设计剪力为N/4。





10、按照《钢结构设计手册》檩条计算例题相关条件采用STS简支檩条工具箱进行檩条验算,发现工具箱结果在内力相差不大的情况下与手册结果有很大差别,是什么原因?

答:《钢结构设计手册》例题中采用的是[10的槽钢截面,槽钢截面对于y轴是不对称的,因此其相对于y轴抵抗矩W左,W右是不同的,考虑强度应力时,相对于y轴,一侧受压,一侧受拉,两者都需要考虑,最终强度应力控制值,应取二者较大值考虑,《钢结构设计手册》中并没有考虑到这一点,具体设计内力和截面数据如下:



按照如下方式计算檩条拉压应力,结果取大值,与STS工具箱计算结果一致。


11、  钢结构二维设计时,为什么格构柱的平面外稳定不计算?

答:根据钢规5.2.3和新钢标8.2.2条要求,格构式柱绕虚轴的作用,弯矩作用平面外可不计算其稳定,由于二维中的作用往往绕着格构柱弱轴作用,因此程序没有对该柱进行平面外稳定验算。

12、新钢标中7.3.2条规定了宽厚比放大系数,其值为α=√(ψAf/N),那也就是稳定应力比的倒数再开方,为什么二维设计构件信息中等边角钢的宽厚比放大系数与平面内和平面外稳定应力比计算的放大系数都存在很大差异呢?

答:不论桁架的弦杆还是腹杆,对于单角钢铰接杆件,均认为节点板连接的单向板其构件的稳定程序按照新钢标7.6.1-2条考虑,即:N/(ηψfA)≤1.0,此时稳定应力比还需要考虑折减系数η,因此宽厚比放大系数并不是应力比的倒数再开方,需要按照规范方式重新计算宽厚比放大系数


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