钢框架建模计算

一.结构体系(多层钢框架)

1.抗侧力

对于钢框架结构，随着层数及高度的增加，除承受较大的竖向荷载外，水平荷载(风荷载、地震作用等)也需要考虑，其基本结构体系一般可分为三种：柱—支撑体系，纯框架体系，框架—支撑体系，这三种体系可同时用于建筑不同方向。其中框架—支撑体系应用较多，这种体系形式是在建筑的横向用纯钢框架，在纵向布置适当数量的竖向柱间支撑，用来加强纵向的刚度，以减少框架的用钢量，并且由于横向纯钢框架无柱间支撑，便于生产、人流、物流等功能的安排。柱—支撑体系，一般用于工业建筑，相当于H型钢，H型钢强轴做纯钢框架，弱轴做柱—支撑体系，

柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线，否则应考虑结构的扭转。结构的抗侧应有多道防线，比如框架—支撑体系，柱子至少应能单独承受1/4的总水平力。

【抗规8.1.5】规定了框架结构时的单跨框架

2.次梁布置

框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁，但是这会使主梁截面加大，减少了楼层净高，顶层边柱有时也会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁(荷载传给短主梁)。弯矩与梁跨度及荷载成正相关，长主梁的跨度比较长，荷载小，而短主梁刚好相反，这样设计下来主梁截面比较均匀，能提升楼层净高。

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二.尺寸初选

1.梁

H型钢主梁的经济跨度为6~12m(满足工艺要求下，柱距一般不要超过12m)；H型钢次梁的经济跨度为8~15m。主梁截面高度可先取跨度的1/15~1/20，次梁可取1/20~1/25。钢结构的板一般使用组合楼板(注意单向板为单边导荷)，板跨(次梁间距)一般＜3m，荷载较大时可取2m。

2.柱

框架柱的长细比：【抗规8.3.1】

方案或初步设计阶段框架柱的截面尺寸可由一根柱所承受的轴力乘以1.2倍，按轴心受压柱估算柱的截面尺寸。钢结构柱的截面尺寸是由长细比估算，长细比=柱高/回转半径(计算长度系数假设为1)，这与混凝土柱轴压比估算不同。

(此估算方法截面偏小)估算时，当荷载小于2000kN时(荷载可按柱受荷面积重力荷载代表值估算)，可假定其长细比λ= 80~100，当荷载大于2500kN时，可假定λ=50~80。再知道层高，即柱高，则可估算柱尺寸。例如λ为80，柱高6.85m，那么柱最小回转半径i_min=6850/80=8.6cm。

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三.Satwe参数设置

1.一般参数

①周期折减系数：一般取0.9，地震作用会大一些【高钢规6.1.5、6.1.6】

②阻尼比：【抗规8.2.2】

钢结构单层工业厂房【抗规9.2.5】

钢结构多层工业厂房【抗规附录H.2.6-2】

③梁端负弯矩调幅系数：

一般可取0.85，一般调幅用于主梁，因此主梁的板件宽厚比应满足S2级，对于不调幅的次梁仍可取S3级。柱的板件宽厚比等级一般不低于梁，至少也为S2级。

④梁刚度放大系数：【高钢规6.1.3】

2.设计参数

①钢构件截面净毛截面比：考虑钢结构使用高强螺栓，取0.85

②梁按压弯计算的最小轴压比、梁按拉弯计算的最小轴压比：默认0.15(规范无涉及)

③柱轴压比计算考虑活荷载折减：钢结构由长细比控制，混凝土柱是通过轴压比来控制其延性。

④钢柱计算长度系数：当无支撑时采用一阶分析方法，即有侧移；也可以让软件自动考虑有无侧移

⑤计算方法：PKPM的二阶弹性分析法算出来比一阶弹性分析法偏不利，慎用。而直接分析法国内软件实现不了，且计算成本太高。

【结构分析方法】

结构分析方法是为了考虑二阶效应，包括结构层面的P-△和构件层面P-δ，初始缺陷的初偏心，残余应力等会导致附加弯矩，故二阶效应也相当于怎么考虑初始缺陷。

P-Δ效应是指由于结构的水平变形而引起的重力附加效应，可称之为重力二阶效应，结构在水平力(风荷载或水平地震力)作用下发生水平变形后，重力荷载因该水平变形而引起附加效应，结构发生的水平侧移绝对值越大，P-Δ效应越显着，若结构的水平变形过大(抗侧刚度小)，可能因重力二阶效应而导致结构失稳。

P-δ效应是指由于构件在轴向压力作用下，自身发生挠曲引起的附加效应，可称之为构件挠曲二阶效应，通常指轴向压力在产生了挠曲变形的构件中引起的附加弯矩，附加弯矩与构件的挠曲形态有关，一般中间大，两端部小。

【钢标5.1.6】通过计算最大二阶效应系数来选择计算方法。

【钢标5.1.8、5.1.9】特殊结构和特殊分析应采用的方法。

【钢标5.2.1】为结构整体初始几何缺陷，用于二阶弹性分析法。

【钢标5.2.2】为构件初始缺陷，用于直接分析法。

⑥钢结构采用强度：高层钢结构按【高钢规】

3.防火设计【建筑设计防火规范GB50016】

①火灾升温曲线模型

一般采用标准火灾升温曲线，对于一些工业建筑有堆放燃料的采用烃类火灾升温曲线。

②其他参数：按实际和默认

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四.整体指标计算

1.轴压比：钢结构不控制

2.其他与混凝土结构一致

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五.计算解读

1.梁：从左到右分别为强度、稳定、抗剪的应力比

①0.63：钢梁正应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值

②0.00：钢梁整体稳定应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值：当梁上翼缘有楼板无需计算稳定时，软件也不算，但当梁两侧开洞时，要注意软件是否有计算。

③0.31：钢梁剪应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值：剪力一般都不会起控制作用

2.柱：从上到下分别为强度、X方向稳定、Y方向稳定的应力比

①(0.35)：柱轴压比

②0.56：钢柱正应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值

③0.53：钢柱X向稳定应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值

④0.49：钢柱Y向稳定应力强度与抗拉、抗压强度设计值的比值

3.钢支撑：从左到右分别为强度、X方向稳定、Y方向稳定的应力比

4.挠度

钢结构挠度要看弹性挠度，与混凝土不同，混凝土结构要考虑荷载长期作用，按准永久组合配筋计算后，在施工图里得到其变形挠度。

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六.调整

1.强度

强度不满足时，当为无支撑体系时，一般为受弯较大，可增加截面高度，当截面尺寸受限，则增加板件厚度(增加厚度的耗钢量更大)；当为有支撑体系时，一般为竖向荷载下承载力不够，故增加板件厚度。

抗剪不满足时，增加腹板厚度。

2.长细比

当柱长细比超限，长细比λ=l₀/i，可先增加相应方向的截面高度(即分母的回转半径i)，但也相当于增大了柱刚度，梁柱线刚度比减小，则梁对柱的约束能力减小，那么柱计算长度系数会增大(即分子中的计算长度l₀会增大)，但总的来说分母增大速度＞分子增大速度，从而达到减小长细比的目的。当增加相应方向的截面高度反而长细比变大时，应先增加梁刚度(梁高)。

3.变形

通常不加大板件厚度，而应考虑加大截面的高度，否则会很不经济。

4.强柱弱梁

【抗规8.2.5-1】规定了强柱弱梁，对于多层钢结构，轴压比一般都较低，强柱弱梁无需验算。当需要验算【抗规公式8.2.5-1、8.2.5-2】时，公式左边为柱，右边为梁，为了使≥号成立，可以增大左侧柱承载力/刚度(加大相应方向柱截面高度)，或者减小右侧梁承载力/刚度(减小梁高)，当梁的应力比比较高时(＞0.8)，则不能再减小右侧梁承载力。另外，强柱弱梁的调整会影响梁柱线刚度比，因此也会影响柱长细比，调模型是一个综合的过程。

5.其他

支撑，【抗震8.2】