ETABS钢结构设计介绍

专业软件讲座2006.9《建筑结构·技术通讯》中文版知识选讲（四）ETABS中文版钢结构设计介绍郑毅李立(北京金土木软件技术有限公司100044)ETABS中文版提供了钢框架及钢组合梁的设计功能，且可实现钢结构构件的截面优化选择。1基本设计过程1）定义钢结构构件的截面，并建模分析。2）查看设置钢框架设计的整体参数。3）使用设计钢框架设计选择设计组命令，控制设计组指定。4）程序会自动选择参加设计的组合，如果需要添加或删除默认的设计组合，使用设计钢框架设计选择设计组合命令，控制参加设计的组合。5）使用设计钢框架设计查看/修改覆盖项命令，指定钢构件设计覆盖项。6）选择使用设计钢框架设计设置位移目标命令，设定结构的目标位移设计值。7）选择使用设计钢框架设计设置周期目标命令，设定结构的目标周期设计值。8）使用设计钢框架设计开始结构设计/检查命令，进行钢结构设计和检查。9）查看钢结构设计结果。10）使用设计钢框架设计改变设计截面命令，可以更改选中钢构件的设计截面。再次运行设计时，将使用更改后的截面进行设计。11）使用分析运行分析命令重新进行结构分析，此时使用的构件截面即为最新指定的截面属性。12）再次进行钢框架设计，使用新的分析结果和截面属性进行设计校核。13）检查设计结果，确定钢结构设计满足要求后，点击设计钢框架设计设置自动选择截面为空命令。此命令将删除所有自动选择截面，仅保存最后指定给构件的截面信息，使自动选择截面属性变为固定截面属性，且可以减小模型文件大小。以上有些过程如果按照程序默认情况处理是可以省略的，如有需要还可以结合使用程序的其他功能。2ETABS中文版钢结构设计要点2.1自动选择列表截面的使用如果要使用ETABS中的自动选择列表截面进行构件自动优化功能，首先要定义自动选择列表的钢构件截面，即在定义框架构件时，定义截面类型为“AutoSelectList”（图1）。将现有截面中的部分或全部截面赋给一个截面名称，如图2所示左侧列表是当前已定义的钢构件截面，右侧列表是已经添加到名为“AUTO1”的自动选择列表中的截面。运行时，程序会自动根据设计内力校核选择列表中的最优截面作为最终设计截面。使用自动选择列表截面时，构件的截面分为分析截面和设计截面。分析截面用于结构整体分析、计算单元内力；设计截面用于各构件的校核验算。因此，分析截面和设计截面有可能不同。每次设计结束时，程序都会提示分析和设计截面不同的构件数量。工程师可以选择现在的设计截面重新分析计算，通过若干次迭代，使得分析截面和设计截面一致，即最终的设计结果。图1定义钢框架截面图2定义自动选择列表截面2.2设置侧向位移目标和周期目标在钢结构的优化设计时，ETABS还可以给结构指定侧向位移目标和周期目标。指定后，程序在设计过程中将通过改变构件的截面尺寸来满足这两个优化目标。设置侧向位移目标使用设计钢框架设计设置侧向位移目标命令来实现，通过选择一个节点，控制其最大位移。设置周期目标使用设计钢框架设计设置周期目标命令来实现，可以指定结构每一个周期的周期目标，结构分析完成后还能够显示出当前的周期值作为参考。2.3钢框架构件及组合梁构件程序自动判断模型中的“钢构件”是按照“钢框架构件”设计，还是按照“组合梁构件”设计，工程师不能够人工指定。如果钢构件满足以下的三个条件，即被判断为按照“组合梁构件”进行设计校核：1）构件在水平面内；2）两端铰接；3）构件上面铺DECK类型的楼板。不满足这三个条件的则将按照“钢框架构件”进行设计。图3设置设计组对话框2.4设定钢框架设计组在截面优选的过程中，程序可设定一部分构件按照同一个截面去选择。前提是这些构件都具有自动选择列表截19北京金土木软件技术有限公司联系电话：[phone]，，[e-mail]。面的属性。对于钢框架构件，使用设计钢框架设计选择设计组命令；对于组合梁构件，使用设计组合梁设计选择设计组命令。两个命令均会弹出如图3所示对话框。左边的组列表中列出了所有的组名称，右边的设计组中列出了所有已经指定为设计组的组名称。已经指定为设计组的组名称中的所有构件将按照同一个截面优化设计。3交互式钢结构设计程序的钢结构设计是一个交互式的设计过程，在运行一遍钢框架设计或者组合梁设计命令后，程序的视图中会自动显示出设计截面信息，见图4，图中左、右侧视图分别显示运行钢框架设计后和组合梁设计后的设计信息。该模型周边的梁是钢框架梁，中间的次梁是属于组合梁。图4钢结构设计信息显示使用设计钢框架设计（组合梁设计）显示设计信息命令可以选择视窗显示的设计结果。在显示钢框架设计结果的视图中，右键点击某根钢框架构件，就可以显示该构件的具体设计信息（图5），包括设计组合、设计测站、应力比等，在左下角可以切换显示强度和挠度设计结果。点击对话框中的覆盖项按钮，可以显示修改该构件的各设计截面和参数，默认情况下的参数都是根据中国规范自动选取的。在覆盖项中可以查看修改构件的设计截面、设计类型和各设计参数来实现交互式的设计过程。需要说明的是，修改覆盖项中的参数也可以先选中部分构件，再使用设计钢框架设计查看/修改覆盖项命令进行批量修改。图5钢框架具体设计信息点击图5对话框中的摘要、细节、包络按钮，将会分别弹出此构件校核设计的摘要信息、计算过程的参数计算信息、构件的设计包络信息。细节按钮可以查看构件的各测站各组合下设计过程中的所有参数。在显示组合梁设计结果的视图中，右键点击某组合梁构件，弹出组合梁构件的具体设计信息（图6），包括组合梁构件在自动选择列表中的各截面下的校核结果和起拱值等设计校核信息，并可以选择不同的自动选择列表截面进行校核。点击截面按钮，可以选择其他的截面进行设计校核；点击覆盖项按钮，可以查看设置组合梁构件设计参数；组合按钮用于控制设计使用的组合；图表和细节按钮分别用于显示构件的内力和设计细节结果信息。图6组合梁具体设计信息在覆盖项中修改了设计截面之后，再次运行结构分析，程序会按照修改后的设计截面重新进行分析。如果工程师要将修改后的构件的设计截面重置为上一次分析时所使用的分析截面，可以使用设计钢框架设计重置设计截面为上一次分析或组合梁设计重置设计截面为一次分析两个命令重置钢框架构件或组合梁构件的截面。4钢框架设计细节4.1倾斜构件按斜梁、斜柱设计对于钢构件的设计类型，ETABSV9中为工程师提供了手工指定的功能，在覆盖项中的单元类型项，用户可以指定任意空间位置的构件的设计类型，这将直接影响设计这根构件时使用的规范条文，例如指定构件单元类型为“Column”，则使用对应柱的规范条文对构件进行设计校核。该功能能够实现斜梁、斜柱等设计类型的指定。对于有较小水平倾斜度的构件或者较小竖直倾斜的构件，指定为“Beam”或“Column”则可以按照梁或柱进行设计校核。也可以把水平或竖直构件指定为“Brace（支撑）”。默认情况下程序认为水平构件是梁（Beam）、竖直构件是柱（Column）、倾斜构件是支撑（Brace）。4.2梁按压弯构件设计ETABSV9版本中为用户提供了一种将梁按照压弯构件进行设计的方法。默认情况下梁是按照中国规范中纯弯钢构件进行设计校核；如果要考虑梁承受的轴力，只需将覆盖项中的梁按压弯构件设计？项的值改为“YES”，此构件将按照中国规范中压弯构件的条文（包括构造）进行校核验算。注意：梁按压弯构件设计？项只对覆盖项中单元类型为“Beam”的构件起作用。4.3钢构件稳定系数计算钢框架工字形和H型构件的弯曲稳定系数φb，是按照钢结构规范中的附录B1～4的条文进行精确计算的。附录B2给出20了国标I型钢的φb计算方法，其他的工字形构件都是按照附录B1或B4计算，简支槽钢按照附录B3计算，悬臂构件按照附录B4计算。钢框架覆盖项中的上翼缘加载（定φb系数）项，就是用来确定φb的计算的，对应于钢结构规范附录B1-4中钢构件的加载是在构件的上翼缘还是下翼缘，就由此项确定。注意：在交互式设计过程中，修改构件的设计截面后，程序还是使用分析截面计算出来的构件内力进行构件的设计校核，使用设计校核分析与设计截面命令，程序会提示有多少构件的分析和设计截面不同。当设计截面和分析截面不同时，必须重新运行分析和设计，直至所有构件的设计截面与分析截面一致，才得到最终的设计结果。更多设计功能的具体细节，需要在使用过程深入认识和体会。ETABS常见问题详见金土木公司网站：=721