来源:Kingckong 公众号,作者:古今强
对于一些非典型门刚,比如部分是做了砼框架再上延做成钢柱的,上面的钢构基本就是轻钢墙面和轻钢屋面
这些项目,是按门刚平面刚架设计还是要求按整体建模?我们整体建模后,发现钢柱基本都是面外稳定超限,很难满足的
答复:
(一)
在混凝土结构上面加层,加层用钢结构很常见,主要是比较轻,对基础荷载增加不大,可以尽量不用加固基础。
上面截图这个属于竖向混合结构,严格来说也可以归入目前规范并没有的结构类型。如果不幸遇到某些书生气十足的审图师,也许会要你做专家论证或者超限审查。
不过大多数情况下这类建筑都比较规整,规模也不大,按常规设计一般问题不大,主要是算地震时阻尼比取值要注意。
关于这种类型的结构,在旧版《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102-2002,2012年版)第1.0.2条的条文说明有如下意见,可以参考
(二)
在具体分析计算层面,建议:1)下部混凝土结构主要按整体模型计算结果进行复核,2)上部门刚钢构用平面框排架(计入下部混凝土结构)的模式进行计算和设计。
从构件内力分析结果的层面来看,上面第1)和第2)应无颠覆性差异。但混凝土结构和上部门刚结构合模的整体模式,一般是用层的概念去建模,可能考虑不到上部钢斜梁受风荷载的影响(一般只考虑立面受风面),一般也不像PK那样可以指定不同的构件用不同的规范去复核。
你把对钢框架的条条框框套到上部门刚的轻钢柱、轻钢梁,能不超限吗?
https://mp.weixin.qq.com/s/wGgGOu8U2MyFoQCuvsuYkw
【通规强条随笔】大跨度钢结构与下部混凝土结构合模计算
kingckong按:本文于2022-02-06首发于本人的Kingckong新浪博客(http://blog.sina.com.cn/u/1434287782)。
参见《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010,2016年版) [3]第10.2.14~10.2.17条(非强条):
二、最新《建筑与市政工程抗震通用规范》(GB55002-2021) [1]关于大跨屋面结构地震作用计算和抗震构造的新规定
参见第5.8.4~5.8.7条(强条):
参见《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010,2016年版) [3]第10.2.13条:
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大跨度钢结构关键构件长细比、应力比的限值上升为强条,必须严格控制。
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新抗震通规[1]对关键构件长细比的限值与抗规[3]基本一致,不再细分8、9度时的限值。
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对大跨度钢结构支承在下部混凝土结构的情况,新抗震通规[1]要求“计算模型应计入屋面结构与下部结构的协同作用”。
通用规范强调的是静约束条件符合实际,应首选采用合模计算;“当下部结构比较规则时,也可以采用一些简化方法(譬如等效为支座弹性约束)来计人下部结构的影响。但是,这种简化必须依据可靠且符合动力学原理。”(见抗震通规[1]第5.8.5条条文说明)
如果不进行合模计算、且所采用的简化方法缺乏可靠依据、没有进行力学原理符合性的判断,则不但可能违反强条,如发生工程事故更有可能被抓辫子,要承担相应设计失误的责任!!!
大跨度钢结构与下部混凝土结构分开计算时,通常由不同的设计团队(或设计人)分别负责大跨度钢结构与下部混凝土结构的分析设计:1)先建立大跨度钢结构独立模型,进行钢结构分析设计;2)从大跨度钢结构独立模型中提取支座反力,施加到下部混凝土结构模型,然后进行下部混凝土结构分析设计;或者,3)混凝土结构模型里面把复杂的大跨度钢结构(如网架、桁架等)简化为一根钢梁,这样模型分析结果用于下部混凝土设计。
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大跨度钢结构与下部混凝土结构由不同的设计团队(或设计人)分别负责,如果双方沟通不足,两者对钢结构的支座计算假定不一致,则会遗留安全隐患。
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例如,大跨度钢结构为释放温度应力, 钢结构设计图纸采用一端为固定铰支座、另一端为滑动支座的方案,在钢结构的独立模型里,水平地震作用、风荷载全部由固定铰支座承受,滑动支座对抵抗屋盖的水平地震作用、风荷载没有贡献;如果在下部混凝土结构模型里,用两端固定铰的钢梁来简化大跨度钢结构(屋面恒活荷载按实际输入),虽然两端的竖向支座反力基本无误,但屋盖的水平地震作用、风荷载变成由支座平均分配。这样就导致设计图纸中支承固定铰支座的混凝土结构(柱)水平力考虑不足(只有50%),存在安全隐患。
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假如大跨度钢结构采用固定铰支座支承在长细比较大的混凝土悬臂柱顶(侧向刚度很小),而钢结构独立模型里也采用固定铰支座计算假定(水平刚度无限大),则钢结构独立模型的支座水平刚度实际不符,计算的水平支座反力偏大,可能会导致个别压杆的压力计算结果偏小或者某些压杆被误判为拉杆,导致某些杆件的稳定性考虑不足,会遗留安全隐患。
由上可见,不合模计算的,一不小心就容易出幺蛾子,所以有必要对大跨度钢结构与下部混凝土结构进行合模计算,并注意:
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应采用钢结构独立模型与合模整体模型分析结果包络设计。
基于笔者以往经验,某些基于层概念的分析软件(如YJK)计算空间钢结构(如双向空间桁架),其结果有时候感觉异常,大型复杂的大跨度钢结构,宜采用两个不同计算软件(最好其中一个为3D3S、Midas或SAP2000)
独立模型与合模整体模型均需合理模拟支座,模型的支座变形特性与实际支座选型相一致
对弹性支座和滑动支座,应有限位设计和限位措施,避免强烈地震下,支座滑落,导致大跨度钢结构整体塌落
合模整体模型可能出现较多的钢结构局部振型,要取足够数量的振型,确保计算地震作用时质量参与系数大于90%。
合模计算时阻尼比的准确取值很关键,需要慎重对待。抗规[3]第10.2.8条条文说明给出了一些指引。用YJK或PKPM计算合模整体模型时阻尼比应采用“”按材料区分“的选项。
参考资料
[1]《建筑与市政工程抗震通用规范》(GB55002-2021)
[2]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010,2016年版)
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