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框架上门式刚架结构团体设计

标签:框架,架上,上门,刚架,结构,团体,设计 发布时间:2018年08月14日 点击21

一、题目的提出 
近几年来,轻型钢结构渐渐出现多层框架的顶层为门式刚架轻型房屋结构的结构类型,其典型的结构情势如图 1 所示。对于这种结构类型,其下部框架必要按框架进行设计,而顶层的门式刚架,可根 据《 门 式 刚 架 轻 型 房 屋 钢 结 构 技 术 规 程》(CECS102:2002)进行设计。行使 PKPM 系列软件,对该种结构的设计提出几种典型的设计和分析方法。

  
图 1   结构情势图

二、结构特点 
该类轻型钢结构一样平常层数为 2~3 层,下部采用等截面构件,梁柱连接采用刚接或铰接连接,上部可采用变截面的梁柱。楼面采用压型钢板和混凝土组合楼盖;屋面一样平常采用压型钢板、系杆和支持连接;墙面一样平常采用压型钢板轻型墙面。 
该种结构结合了框架结构和门式刚架结构的特点。下部结构因为功能必要,按钢结构框架进行设计,楼盖的刚度相对较大。上部结构只承担屋面的荷载,跨度大,荷载轻,为节省钢材,按门式刚架的要求进行布置,采用支持体系来知足结构的团体刚度,并采用压型钢板、檩条等作为屋面体系,屋盖的刚度相对较小。 
对于这种结构,下部框架与上部门式刚架的设计需区别对待,然而它们之间的相互作用、相互影响又是必须考虑的,必要作为一个团体来分析计算。采用 PKPM 软件来设计这一类结构,应该细致以下题目。 
(1)结构建模 
建模时必须输入所有受力构件,包括纵向柱间支持、屋面水平支持、系杆等紧张的受力构件。如许,团体分析时才能够正确计算结构的刚度。支持可以按照单拉杆件来设计,团体分析软件目前还没有单拉杆件的设置功能,应该进行增补计算。上部门式刚架屋面刚度由刚架梁、屋面支持体系、檩条、屋面板等共同组成,其平面内的刚度很难正确考虑,可以偏于安全地忽略屋面板的刚度,将所有的节点视为弹性节点,仅考虑刚架梁、屋面支持体系的作用。 
(2)结构设计依据规范和规程 
钢结构设计必要考虑的规范和规程包括《钢结构设计规范》(GB50017—2003)、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS102:2002)、《轻型钢结构设计规程》(DBJ08-68-97)和《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)。 
设计人员为节约用钢量,盼望将下部结构依据钢结构设计规范设计,而上部门式刚架结构依据门式刚架设计规程设计。同时,对钢结构节点设计也提出响应的要求。由此,引起结构的风荷载计算、构件设计和结构团体变形控制等题目。 
(3)风荷载计算 
风荷载计算,对上部结构是要求考虑屋面的风吸力的影响的。因为门式刚架规程对风荷载的计算有规定,假如采用门式刚架计算静液压试验机,在软件的应用中必要考虑门式刚架规程的风荷载计算。 
(4)结构团体控制和构件设计 
钢结构规范(简称钢规)和门式刚架规程(简称门规)对构件设计的要求不同,其团体变形的控制对门式刚架部分如何取值?同时,对门式刚架构件和框架构件的计算长度、截面高厚比和宽厚比的控制等的取值也存在题目。 
三、PKPM 软件的设计计算 
对上述结构,设计人员可根据现实情况,按照框架结构计算,或下部按框架结构、上部按门式刚架结构计算。PKPM 2005 版软件为下部为框架结构、上部为门式刚架结构这种结构类型的设计,提供了一套三维团体分析设计的解决方案。 
1. 三维模型输入 
必要按现实模型,真实地输入所设计结构的梁、柱、支持构件,建立下部框架以及上部门式刚架的团体模型。除了梁、柱构件外,支持构件(柱间支持、屋面支持)也必要正确输入。 
对结构楼面布置信息,下部框架的楼板(含组合楼盖)输入,按框架体例输入,顶层轻型门式刚架屋面,当采用压型钢板轻型屋面时,可以偏安全地把楼板厚度取为 0,不考虑楼板的作用。 
2. 结构分析计算 
针对“框架+门式刚架”这种特别的结构,新版 SATWE 增长了适应这类结构分析必要的一些特别的输入项。还要细致以下一些题目: 
(1) 考虑到顶层门式刚架的压型钢板轻型屋面为非刚性楼面浙江人事考试网站,门式刚架梁要按压弯构件设计,不能选取“对所有楼层强制采用刚性楼板假定”选项,否则屋面刚架梁将不能计算出轴力。 
(2) 在特别构件中定义门式刚架梁和门式刚架柱、铰接柱等信息。定义了门式刚架梁、门式刚架柱后,被定义的构件将按照门规进行验算。 
(3) 门式刚架风荷载定义和组合 
考虑顶层门式刚架的特别风荷载分布体例,风荷载体型系数的选取,假如对整个结构还在门规附录 A 的适用范围内,可按门规附录 A 选取,对顶层门式刚架部分的风荷载根据门式刚架规程的要求进行特别定义,否则按荷载规范进行选取。  
SATWE中提供5组特别风荷载的定义,对门式刚架结构一样平常必要用到4组风荷载: +X、-X、+Y、-Y方向风荷载,依次称为特别风1~4。在每一组中输入响应的节点、梁风荷载和柱间风荷载。屋面梁的风吸力(或压力)可以按梁间均布荷载输入,向上为负。 
定义门式刚架特别风荷载以后,要将此特别风荷载与下面框架程序主动计算的风荷载组合,采用“自定义组合及工况”关键词优化,考虑底部框架与上部门式刚架风荷载的共同作用,修改特别风与“X 向风”、“Y 向风”的同时组合,即要手工修改组合为(以特别风 1 为例):  
I. 1.2 恒+1.4X 向风+1.4 特别风 1 
II. 1.2 恒+1.4 活+0.84X 向风+0.84 特别风 1 
III.1.2 恒+0.98 活+1.4X 向风+1.4 特别风 1 
IV. 1.0 恒+1.4X 向风+1.4 特别风 1 
V. 1.0 恒+1.4 活+0.84X 向风+0.84 特别风 1 
VI. 1.0 恒+0.98 活+1.4X 向风+1.4 特别风 1 
PKPM 程序针对该类结构的特点,默认指定 4 组特别风荷载,并将与软件的 X,Y 方向风荷载同时考虑,主动按照规范要求修改组合值系数。 
(4) 修改构件的计算长度系数 
SATWE 程序会主动按照有侧移或无侧移框架,根据钢结构规范线刚度比方法,确定柱的计算长度系数。下部框架柱的计算长度系数一样平常可以直接采用程序按线刚度比的计算效果,顶层门式刚架的计算长度系数必要手工修改,刚架平面内的门式刚架柱的计算长度系数确定方法可以简化为顶层单榀门式刚架直接放在地上,采用二维门式刚架平面分析的方法确定,并根据下部结构对上柱的束缚进行适当调整。刚架柱、梁的平面外计算长度取法同二维平面分析,均采用平面外有用支持的间距。 
团体分析时必须考虑采用总刚分析方法。 
四、计算效果分析 
算例工程为 2 层结构,下部为采用等截面的梁柱工字形焊接截面,上部为变截面梁柱截面,跨度为 18m。采用压型钢板和混凝土组合楼盖,压型钢板屋面、系杆和支持连接,以及压型钢板轻型墙面。采用 SATWE 软件分析这种门式刚架+框架组合结构时新疆人事考试中心,为对比,采用钢规和门规分别计算。 
计算效果注解,结构的质量、地震周期基原形同,地震产生的构件内力基原形同,结构在各工况下的位移也基原形同,这是由于结构计算采用的计算方法和计算假定是同等的。但结构在风荷载作用下的效应存在差异。采用门规计算时,考虑屋面风荷载的吸力,根据特别风荷载作用计算,SATWE 软件计算了特别风荷载的内力工况,即工况 7~10(对应特别工况 1~4 作用下的标准内力),造成对结构的内力和位移在特别风荷载计算下的团体影响。 
因为门式刚架轻型房屋对侧向位移的要求相对较低,结构在 X 方向最大层间位移角为 1/ 226,按门规能够知足要求(1/60),按钢规多层框架的层间相对位移的限值为 1/400,即不能知足要求。 
假如上部结构采用门规计算,其计算长度应该采用门式刚架的计算方法,上柱的计算长度与采用钢规的计算方法有差异,造成结构的构件验算效果存在不同。同时,对屋面梁,因为门规要求对屋面梁进行强度和稳固(考虑轴压力)的计算,当采用门规时,其平面内的计算长度按照门规进行计算输入,平面外的计算长度可以根据屋面隅撑的间距进行修改和输入。