鋼結構部分

1、鋼梁拼接處用內力設計一般就能滿足設計要求,為什么還要采用等強設計?

答:從概念上講,拼接位置是構件的連續位置,如果按照內力進行拼接位置節點設計勢必造成該位置承載力比連續部位要弱,該位置成為薄弱部位,在強風強震,及其他偶然情況下都很可能率先破壞,造成連續倒塌等安全隱患,所以該位置按等強設計是十分必要的。這里說的概念設計是從抵抗不利情況出發的,我們在設計時考慮的地震作用一般為多遇地震作用,也就是小震情況,而我們要通過概念設計以及相關構造保證在設防地震(中震)以及罕遇地震作用甚至是極罕遇地震下的結構安全,此時結構中很多構件出現塑性,在此情況,如果拼接節點是先于構件破壞的,那么整個結構成為機構,后果不堪設想。從規范角度來說,抗規8.2.8等條文也提到了等強連接設計以及強節點弱構件的相關驗算,足見節點的重要性。

2、根據門式剛架規范4.1.3條條文說明“當屋面均布荷載標值取0.5KN/m2時,可不考慮最不利布置”計算屋面連續檁條時活荷載取0.5kN/m2時,就可以不考慮其最不利布置?

答:首先在考慮此條時應根據具體情況而定,規范中規定“本條所指的活荷載僅指屋面施工及檢修時的人員荷載” 同時此條表述與舊版規程類似。首先該條繼承了舊規程3.2.2的說法是主要針對剛架構件而言的,剛架構件一般包括剛架梁、柱構件,對于檁條、墻梁等圍護構件的計算新版規范沒有單獨提出,舊版規程則提出“屋面構件計算時的活荷載取值大于剛架構件計算時的取值是合理的”;钶d不利布置是一般活荷載的一種屬性,即可變荷載存在加載位置的隨機性,例如樓面或樓面各個房間在不同時間呈現不同的人員分布,屋面雪荷載隨著背陰、向陽位置、遮擋及隨著太陽位置的變化,對于雪的融化及再次凍結都會產生影響,所以門式剛架規范中4.3.5也考慮了類似不利布置的情況。規范4.1.3條的規定認為人員及檢修荷載取到相應數值時按照一次性加載也有較大概率能夠包絡活載不利布置的情況,對于雪荷載等其他活荷載類型還要根據具體情況而定。

3、采用STS鋼結構施工圖進行梁柱鉸接節點設計時,驗算腹板螺栓受剪時,為何程序給出的螺栓所受最大剪力與結果相差較大?

答:如下圖所示,當螺栓列數大于2列時,梁端剪力V和螺栓群中心會存在水平向的偏心距,從而產生附加彎矩,附加彎矩M=V*Xe。然后程序會根據此彎矩和剪力按照剪彎螺栓群進行計算,采用下列公式進行計算:

Nv=(M*x_max)/(Σx_i^2)+V/nbolt,當Nv>N_v^b時,程序則會調整螺栓直徑或增加螺栓個數,再次計算,直到迭代計算滿足要求后,輸出最后的螺栓所受最大剪力Nv,所以此時,螺栓所受的最大剪力比純剪狀態要大。

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圖1

4、鋼結構門式鋼架設計自動生成的柱腳圖中為什么沒有抗剪鍵?

答:程序在抗剪驗算考慮設置抗剪鍵的,當滿足V≤μN,其中μ為摩擦系數,此時說明底板摩擦力就能抵抗剪力,不需要設置抗剪鍵,同時在節點計算書中會輸出柱腳抗剪驗算是否滿足要求的結果。

5、門式剛架出圖時,柱端板域內的斜加勁肋特別厚是什么原因?如何調整?

答:門式剛架規范10.2.7第5條規定了柱端轉動剛度與梁線剛度的關系,即R≥25EIb/Lb,R為剛架梁柱節點轉動剛度,以保證梁柱節點能夠有足夠的轉動剛度。模型中梁線剛度比柱要大得多,造成驗算結果不滿足,并且節點轉動剛度與梁線剛度的差值非常大,差值就是需要斜加勁肋所要提供的剛度,所以程序計算的柱節點域內斜加勁肋厚度就非常厚了,此時需要調整梁、柱截面盡量滿足此條要求,可以減小該加勁肋厚度。

如果由于條件限制,不能對梁柱做較大的調整時,也要采取措施,增加由于梁柱之間未實現剛接時,對于梁跨中部位的影響,應適當增大強度、穩定以及梁撓度的富裕度,保證結構安全。

6、根據抗震規范表8.1.3下的注2:當某個部位各構件的承載力滿足2倍地震作用組合下的內力要求是,7~9度的構件抗震等級應允許按降低一度確定在SATWE中應該如何考慮?

答:該條要求在SATWE中需要人工修改參數來執行,首先在參數中將地震影響系數最大值αmax修改為原來的2倍,然后計算得到相應的結果,人工判斷強度和穩定是否滿足要求,對于滿足要求的構件,返回特殊構件定義中將其抗震等級修改為降低一度之后的抗震等級,再按照原來的地震動參數進行計算即可。

7、有圍護結構和無圍護的門式剛架除了按照門規確定的風荷載體型系數不同外,能考慮圍護結構擋風面積嗎?

答:首先有無圍護結構并不是封閉式和敞開式的具體的判斷條件,還要根據開窗比例判斷是否為部分封閉式結構,封閉式、部分封閉式和敞開式三種形式決定了風荷載體型系數(門規稱為風荷載系數)的不同取值。二維pk中通過用戶定義的迎風寬度和構件高度確定風荷載標準值大小,不會自動考慮有無圍護的情況。通過Satwe等三維分析程序并不會的自動判斷有無圍護結構計算風荷載受荷面積,需要人工調整風荷載或通過定義鏤空層實現無圍護結構的風荷載正確統計。

8、支撐與梁柱連接節點節點板與支撐連接焊縫計算剪力是如何計算的?

答:無論是在支撐節點程序默認按照等強連接設計, 節點驗算最大軸力設計值N為截面軸向承載力設計值,即fA,計算得到N后,如下圖中的情況,在與該軸力平行的方向的焊縫為兩對共四條,所以每條焊縫的設計剪力為N/4。

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圖1

9、按照《鋼結構設計手冊》檁條計算例題相關條件采用STS簡支檁條工具箱進行檁條驗算,發現工具箱結果在內力相差不大的情況下與手冊結果有很大差別,是什么原因?

答:《鋼結構設計手冊》例題中采用的是[10的槽鋼截面,槽鋼截面對于y軸是不對稱的,因此其相對于y軸抵抗矩W左,W右是不同的,考慮強度應力時,相對于y軸,一側受壓,一側受拉,兩者都需要考慮,最終強度應力控制值,應取二者較大值考慮,《鋼結構設計手冊》中并沒有考慮到這一點,具體設計內力和截面數據如下:

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按照如下方式計算檁條拉壓應力,結果取大值,與STS工具箱計算結果一致。

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10、門式剛架中需要部分柱間進行抽柱,三維門式剛架建模時是直接將托梁在三維建模中程序會自動識別嗎?可以考慮該托梁作為支座進的豎向變形,以及將被支承的這一榀的豎向、水平荷載都傳給相鄰榀嗎?被托的這一榀是梁端直接支承在托梁上還是需要必帶短柱呢?

答:如下圖:門式剛架三維設計中的托梁是需要定義的,只有定義了之后程序才會對托梁上承托的豎向荷載、縱向山墻風荷載和吊車縱向剎車力,進行導算。需要注意的是門式三維模塊是二維單榀模型的集合,程序并不會形成用于分析和計算完整的三維模型,而是和二維pk一樣,生成若干單榀模型,以橫向為主分析,同時生成縱向榀數據,橫向榀和縱向榀的分析和計算是完全獨立的,并不存在雙向受力分析和設計過程,托梁兩端與柱鉸接,所以托梁的豎向荷載產生的豎向力傳到橫向榀,縱向山墻風荷載和吊車縱向剎車力只對縱向榀(主要是柱間支撐)有影響。v3系列后期版本可不建立短柱即可完成導算。具體導算情況可在顯示設置中勾選顯示導荷節點,選擇需要顯示的工況可以看到導荷結果。

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圖2

11、門式剛架二維設計中,按照抗規9.2.14條“低延性、高彈性承載力”性能化設計控制寬厚比時此項無論不勾選(A類),還是勾選1.5倍(B類)。在計算結果的超限信息中,板件高厚比限值和寬厚比限值均與兩項不符,是什么原因?

答:首先明確一下,不勾選并不是執行A類要求,而是執行框架的相關要求,按抗震烈度對應的鋼框架抗震等級考慮。模型參數中設置的抗震等級為四級,在勾選高彈性低延性性能化設計時,考慮所選類別與抗震等級為四級時的鋼框架要求取大值作為限值。所以會出現上面問題中描述的情況。

12、  鋼結構二維設計時,為什么格構柱的平面外穩定不計算?

答:根據鋼規5.2.3和新鋼標8.2.2條要求,格構式柱繞虛軸的作用,彎矩作用平面外可不計算其穩定,由于二維中的作用往往繞著格構柱弱軸作用,因此程序沒有對該柱進行平面外穩定驗算。

13、新鋼標中7.3.2條規定了寬厚比放大系數,其值為α=√(ψAf/N),那也就是穩定應力比的倒數再開方,為什么二維設計構件信息中等邊角鋼的寬厚比放大系數與平面內和平面外穩定應力比計算的放大系數都存在很大差異呢?

答:不論桁架的弦桿還是腹桿,對于單角鋼鉸接桿件,均認為節點板連接的單向板其構件的穩定程序按照新鋼標7.6.1-2條考慮,即:N/(ηψfA)≤1.0,此時穩定應力比還需要考慮折減系數η,因此寬厚比放大系數并不是應力比的倒數再開方,需要按照規范方式重新計算寬厚比放大系數

14、如下圖所示,模型中二層的左下角鋼柱,其柱頂與梁剛接,為何計算長度系數非常大,達到了4以上?

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圖3

答:有疑問的柱y向計算長度系數較大,在計算y向計算長度系數時,其梁柱連接關系如下圖(七桿模型):

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圖4

如上圖所示,與二層柱相連的X向梁很長一段沒有柱做支撐,該梁長度達到了39.1米,根據鋼規規附錄E計算相交于柱上下端橫梁線剛度與柱線剛度之和的比值,由于橫梁整跨跨度非常大,其線剛度較很小,與柱線剛度之和的比值就很小,二層該柱的K1和K2均小于0.05,所以該柱的計算長度系數大于4是正常的。

計算部分

1、一個八層住宅模型,為何靠近頂部若干樓層的剪力墻也會出現偏拉?

答:該模型中出現偏拉的組合為地震參與組合,墻體的軸拉力來源也是來自地震作用,進一步分析,該模型設防裂度7度,場地土類別四類,特征周期達到了0.65s,結構剛度較大,結構周期在0.8s以下,周期折減系數此時為0.75,此時周期影響系數落在0.1s-Tg之間,地震作用較大,頂部以上各層地震作用產生的軸力與恒活荷載作用產生的軸壓力相差不大,再加上考慮的雙向地震,地震作用產生的軸力進一步加大,此時在一些短墻肢就出現了偏心受拉的情況,由于靠近頂層的墻體組合軸拉力較小,多數偏拉墻肢為大偏拉。

2、如下圖:兩個模型上部結構相同,模型2比模型1地下部分多出兩跨地庫,計算后發現右側模型的位移角大于左側模型的位移角,一般情況下輸入地庫是增大了地下結構的剛度,位移反而變大了?

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圖2 模型1

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圖2 模型2

答:樸素的說剛度是單位力作用在結構上產生的位移大小,當單位水平力作用在結構上產生的位移就表征得是結構的側向剛度,側向位移可以用u=F/K來描述,當作用在結構上的側向力相同時,其位移大小當然取決其剛度大小,但對于這兩個模型其作用條件并不是相同的,而且差異很大,出現這種現象大致可以歸納為兩個原因:

1)建入了地下室相關范圍的模型宏觀上其剛度增大,周期減小,但隨著結構周期的減小,結構各個周期對應的地震影響系數總體呈現增大趨勢,地震作用水平隨之上升,外力增大,其側向位移等指標就不一定是減小的趨勢。

2)同時兩個模型主要在于地震作用下的質量差異上,如下圖:兩個模型由于一個存在外擴的地下車庫部分,其地下室部分的自重和荷載導致其質量Geq是另一個的2倍以上,同樣地震作用經典的描述為Fek=AlphaGeq,這就直接導致其地震作用水平有了明顯的上升,其側向剛度增大的幅度并沒有地震作用增大的多,所以側向位移u呈增大的趨勢。

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圖3

3、如下圖所示:SLAB計算中為什么在彎矩不大的情況板帶端部會有較大的受壓鋼筋?

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圖4

答:在slab計算參數中“板帶最小配筋率”設置為0.2%,程序按照該配筋率設置受壓鋼筋,所以會出現問題中描述的情況,將該值改為0后,重新生成數據計算,板帶端部受壓鋼筋為0。

4、模型在計算位移比時,考慮強制剛性樓板假定,最大位移和最小位移也出現在角點位置,為什么位移比指標會出現大于2的情況?

答:根據扭轉位移比計算公式,得到樓層最大位移δ_max,最小位移δ_min,一般情況下,扭轉效應不大的結構最大位移和最小位移為同號,此時扭轉位移比δ_max/(δ_max+δ_min)/2,因此該值此時不會超過2,但隨著扭轉效應的進一步加劇,剛性樓板上外邊緣,尤其是角點位置隨著剛性樓板轉角的增大,最小位移δ_min會從與最大位移同向變為反向,如下圖所示,最小位移出現在左下角點位置,其位移在y向是向下的,而出現最大位移的右側角點其位移在y向是向下的,此時位移出現反號,最大位移勢必超出平均位移的2倍,從而造成位移比大于2的現象。

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圖5

進一步發現,此位移比大于2情況在扭轉效應很大的情況下是一個普遍的現象,如下圖,建立一個剛心與質心存在較大偏心的偏置框架核心筒模型。剛性樓板假定下進行計算。得到的位移比結果絕大部分情況均出現了大于2情況。

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圖6

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圖7

5、如下圖:一個單層鋼筋混凝土框架廠房,高低跨,在第四標準層布置吊車荷載,引起樓層受剪承載力超限,增加支撐后,其樓層受剪承載力之比依然不能滿足65%的要求,如何處理?

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圖8

答:該模型是單層帶高低跨的鋼筋混凝土框架廠房,與問題中提到的模型中的四層似乎是矛盾的,這恰恰是問題所在,實際上四、五層只是在建模當中由于需要布置荷載等原因進行的分層,實際上其并不是嚴格意義上的樓層,這樣的話,基于這樣的樓層劃分去判斷層指標顯然是不合理的,如果認為該模型為單層廠房,則樓層間受剪承載力之比問題顯然就不存在了,如果認為可在高低跨處分層,可單獨建立模型,輸入相應荷載,比較與原模型的配筋,通過調整實配鋼筋超配系數,將兩層模型的配筋量調整到與原模型或施工圖配筋一致或非常接近,這時查看其樓層受剪承載力才有一定的意義。

6、在slabcad中的板帶結果輸出中,為什么按板厚加柱帽厚度輸出構造配筋,能不能只按板厚輸出配筋?

答:SlabCAD樓板設計參數中板帶計算配筋位置選為柱邊緣時,程序取邊緣截面相應板的厚度,有柱帽時,還要疊加柱帽厚度,同時計算配筋彎矩從柱邊緣位置算起,板帶計算配筋位置選為柱帽邊緣時,程序取柱帽邊緣樓板厚度,不會疊加柱帽厚度,但同時計算配筋彎矩從柱帽邊緣位置算起,彎矩變化后(通常是變。⿲τ谟嬎闩浣钜矔a生影響。如果該參數符合設計人員的預期可以通過修改該參數實現設計的意圖,如果不符合的話,目前程序則不能改變該位置的板帶厚度。

7、 一個結構所在地的安評報告給出了地震加速度為0.165g,有何出處?在軟件中應該如何定義地震動參數?

答:該值間接判斷是安評人員根據《中國地震動參數區劃圖》GB18306-2015中的要求得到的一個中間量,地震動參數區劃圖是以二類場地下設防地震下的地震動峰值加速度作為初始參考值的,各地區可查表得到,推測該值0.165g是在二類場地下設防地震下的地震動峰值加速度0.15g的基礎上,按照四類場地考慮附錄E各類場地地震動峰值加速度調整后得到的值。

按照地震動參數區劃圖確定地震動參數在v3系列后續版本程序中均提供的根據用戶的建筑所在地理信息和場地類別確定地震動參數的功能。

8、根據抗震規范表8.1.3下的注2:當某個部位各構件的承載力滿足2倍地震作用組合下的內力要求是,7~9度的構件抗震等級應允許按降低一度確定在SATWE中應該如何考慮?

答:該條要求不能在SATWE直接考慮,需要人工修改參數,人工判斷來執行,首先在參數中將地震影響系數最大值αmax修改為原來的2倍,然后計算得到相應的結果,人工判斷強度和穩定是否滿足要求,對于滿足要求的構件,返回特殊構件定義中將其抗震等級修改為降低一度之后的抗震等級,再進行計算即可。

9、如下圖所示:查看該模型恒載作用下邊柱與中柱的柱底彎矩,邊柱彎矩比中柱彎矩大,似乎與一般認識不相符,是什么原因?

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圖5

答:柱底彎矩與其柱頂約束有關,柱頂約束越大柱頂彎矩越大,柱底彎矩越小?梢赃@樣理解,對于懸臂柱模型在其自由端施加單位1的水平集中力,此時柱底彎矩為1*H,當柱對柱自由端施加一定的轉動約束后,柱頂產生一定彎矩,柱底彎矩隨之減小,小于1*H,隨著柱頂約束的增大,柱底彎矩會進一步減小,這樣就建立了基本的認知。模型中柱雙側都有梁拉結,邊柱只有單側梁與其連接,中柱柱頂的約束比邊柱大很多,其柱底彎矩減小的幅度就要邊柱大,因此出現模型中邊柱彎矩比中柱彎矩大的現象。

10、如下圖所示:在規則的四邊形房間中跨度相同,導到梁上的荷載相同的兩根梁,其端部受拉鋼筋差距為什么相差近兩倍?

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圖6

答:通過分析,發現每個獨立的平行四邊形房間都存在相同的問題,如附圖所示。問題轉變為該房間為什么會出現這樣內力和配筋趨勢。該房間的形狀接近于菱形,其豎向荷載作用下的內力,由水平構件傳遞給豎向構件,在豎向構件剛度相差不大的情況下,本著傳力路徑越短,傳遞效率越高的原則,傳力路徑按照附圖中所標示的方向傳遞,最終傳遞給1、2號柱及周圍區域,內力在房間平面中最大,因此靠近1、2號柱的梁端內力就大,下圖中樓板應力和彎矩的分布也證實了上述判斷,所以紫色線圈出的這些位置對應的支座配筋比遠離這兩個位置就大得多。

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圖7

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圖8