钢结构直接分析法与抗震设计

中冶京诚新版钢结构设计规范：钢结构直接分析法与抗震设计王立军第七届超高层建筑产业峰会2014.3.25–26上海创新提升价值精诚建造未来中冶京诚钢结构直接分析法创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：一般规定5.1.6结构内力分析可采用一阶弹性分析、二阶弹性分析或直接分析，应根算阶效应系数来选适结构方据式（5.1.6-1）计算的昀大二阶效应系数来选用适当的结构分析方法。当时，可采用一阶弹性分析；当时，宜采用二阶,maxiθⅡ,max0.1iθ≤Ⅱ,max0.10.25iθ≤Ⅱ弹性分析；当时，应增大结构的侧移刚度或采用直接分析。,max0.25iθⅡ创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：一般规定1规则框架结构的二阶效应系数可按下式计算：∑(5.1.6-1)kikiⅡiiiNuHhθ⋅Δ=⋅∑∑式中：——所计算i楼层各柱轴心压力标准值之和；产生层间侧移的计算楼层及以上各层的水平力标准值之和kiN∑H∑——产生层间侧移的计算楼层及以上各层的水平力标准值之和；——所计算i楼层的层高；ikH∑ih∑——作用下按一阶弹性分析求得的计算楼层的层间侧移。kiH∑iuΔ创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷—结构5.2初始缺陷5.2.1结构整体初始几何缺陷模式可按昀低阶整体屈曲模态采用。框架结构整体初始几0Δ/1000ih何缺陷代表值的昀大值（图5.2.1-1a）可取为H/250，H为框架总高度。框架结构整体初始几何缺陷代表值也可由式(5.2.1-1)确定且不小于（图5.2.1-1a）；创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷—结构或可通过在每层柱顶施加假想水平力Hni等效考虑，假想水平力可由式（5212）计算施加方向应考虑荷载的昀不利组合（图5212）（5.2.1-2）计算，施加方向应考虑荷载的昀不利组合（图5.2.1-2）。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷—结构iis10.2250hnΔ=+（5.2.1-1）nis10.2250iGHn=+（5.2.1-2）ΔiΔsns120.2+3n23s10.2+1n—所计算i楼层的初始几何缺陷代表值，当计算值小于hi/1000时，取hi/1000；——框架总层数，当时取此根号值为；当取此根号值为1.0；ihGi——所计算楼层的高度；第楼层的总重力荷载设计值iGi——第楼层的总重力荷载设计值。说明：（1）二阶分析时结构整体初始几何缺陷可按取各层初始几何缺陷代表值Δi加以考虑；（1）二阶分析时，结构整体初始几何缺陷可按取各层初始几何缺陷代表值Δi加以考虑；（2）也可在每层施加假想力水平力Hni加以考虑。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷—构件5.2.2构件（含支撑构件）的初始缺陷代表值可由式(5.2.2-1)计算确定，该缺陷值包括了残余应力的影响（图5.2.2a）。（5.2.2-1）00sinxelπδ=0δ——离构件端部x处的初始变形值；构件中点处的初始变形值0ex——构件中点处的初始变形值；——离构件端部的距离；l构件的总长度l——构件的总长度；创新提升价值精诚建造未来图5.2.2中冶京诚结构分析：初始缺陷—构件构件初始弯曲缺陷值e0/l，当采用二阶弹性分析时，可按表5.2.2取构件综合缺陷代表值。缺陷代表值。对应于表和表中的表5.2.2构件综合缺陷代表值对应于表7.2.1-1和表7.2.1-2中的柱子曲线二阶弹性分析采用的值类1/4000ela类1/400b类1/350类1/300c类1/300d类1/250说明：构件的初始缺陷（初弯曲、残余应力）可以用初弯曲δ0来体现。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：一阶弹性分析5.3一阶弹性分析与设计531钢结构的内力和位移计算采用一阶弹性分析时，应按本规范第6785.3.1钢结构的内力和位移计算采用阶弹性分析时，应按本规范第6、7、8章的有关规定进行构件设计，按本规范第11、12章的有关规定进行连接和节点设计点设计。5.3.2对于形式和受力复杂的结构，当采用一阶弹性分析方法进行结构分析与设计时应按结构弹性稳定理论确定构件的计算长度系数并按本规范第与设计时，应按结构弹性稳定理论确定构件的计算长度系数，并按本规范第6、7、8章的有关规定进行构件设计。说明：一阶分析以构件为研究对象，考虑构件的缺陷（初弯曲δ0、残余应力）进行稳定计算，阶分析以构件为研究对象考虑构件的缺陷初弯曲残余应力进行稳定计算而结构的缺陷（初位移Δ0）和变形后的位移Δ的影响用计算长度系数μ来考虑。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：二阶弹性分析5.4二阶弹性分析与设计541采用仅考虑PΔ和PΔ效应的阶弹性分析时应按本规范第5215.4.1采用仅考虑P-Δ和P-Δ0效应的二阶弹性分析时，应按本规范第5.2.1条考虑结构的整体初始缺陷，计算结构在各种设计荷载（作用）下的内力和位移，并应按本规范第6、7、8章的有关规定进行各结构构件的设计。计算构件稳定承载力时，构件计算长度系数μ可取1.0或其它认可的值。条文说明：二阶弹性分析设计方法考虑了结构在荷载作用下产生的变形（P-Δ）、结构初始几何缺陷（P-Δ0）。在计算分析过程中，可以直接建立带有初始几何缺陷的结始缺陷0在计算可接带有始缺陷构矩阵，也可以把初始几何缺陷的影响用等效水平荷载来代替，施加等效水平荷载时应考虑荷载的昀不利组合。采用仅考虑P-Δ效应的二阶弹性分析与设计方法只考虑了结构层面上的二阶效应的影响，并未涉及到构件的P-δ和P-δ0对内力的影响，因此这部分的影响应通过稳定系数创新提升价值精诚建造未来响，并未涉及到构件的Pδ和Pδ0对内力的影响，因此这部分的影响应通过稳定系数来进行考虑，此时的构件计算长度系数应取1.0。中冶京诚结构分析：直接分析法5.5.1直接分析设计法应采用考虑二阶P-Δ和P-δ效应、按本规范第5.2.1条、第5.2.2条、第5.5.7条和第5.5.8条同时考虑结构和构件的初始缺陷、节点连接刚度和其它对结构稳定性有显著影响的因素，允许材料的弹塑性发展和内力重分布，获得各种设计荷载（作用）下的内力和位移，并应按本规范第6、7、8章布，获得各种设计荷载（作用）下的内力和位移，并应按本规范第6、7、8章的有关规定进行各结构构件的设计，但不需要按计算长度法进行构件稳定承载力验算条文说明：当采用直接分析设计法时可以直接建立带有初始几何缺陷的结构和构件单力验算。条文说明：当采用直接分析设计法时，可以直接建立带有初始几何缺陷的结构和构件单元，也可以用等效荷载来替代。对于一些特殊荷载下的结构分析，比如连续倒塌分析、抗火分析等，因涉及到几何非线性、材料非线性、全过程弹塑性分析，采用一阶弹性分抗火分析等，因涉及到几何非线性、材料非线性、全过程弹塑性分析，采用阶弹性分析或者二阶弹性分析并不能得到正确的内力结果，这时应采用直接分析设计法进行结构分析和设计。创新提升价值精诚建造未来分析和设计。中冶京诚结构分析：直接分析法5.5.6结构和构件采用直接分析设计法进行分析和设计时，计算结果可直接作为结构或构件在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计依据。此时，当构件有足够侧向支撑以防止侧向失稳时，只需按式（5.5.6-1）进行平面内的截面承载力验算；否则，应按式（5.5.6-2）进行平面外的截面承载力验算。yx1.0ⅡⅡMMNAfWfWfγγ++≤（5.5.6-1）xxyyAfWfWfγγyx1.0ⅡⅡMMNAfWfWf++≤（5.5.6-2）bxxyyAfWfWfϕγγxyMMⅡⅡ、A——分别为绕x轴、y轴的二阶弯矩设计值，可由结构分析直接得到；构件的毛截面面积AxyWW、ϕ——构件的毛截面面积；——构件绕x轴、y轴的毛截面模量；梁的整体稳定性系数创新提升价值精诚建造未来xyγγ、bϕ——截面塑性发展系数。——梁的整体稳定性系数；中冶京诚钢结构抗震设计创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：截面板件宽厚比—受弯构件、压弯构件3.5截面板件宽厚比等级件宽厚比等级3.5.1进行受弯和压弯构件计算时，截面板件算时，截面板件宽厚比等级及限值应符合表值应符合表3.5.1的规定。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：截面板件宽厚比—受弯构件、压弯构件ΦΦ条文说明：截面板件宽厚比等级S1—S51、S1级截面：可达全截面塑性，称为一级塑性截面也可称为塑性转动截面。作为梁时其的弯矩曲率关系见图31所示的曲线1般要求达到的p2ΦpΦ为梁时，其的弯矩－曲率关系见图3-1所示的曲线1，一般要求达到的8~15倍。2S2级截面：可达全截面塑性但由于局部屈曲塑性铰转动能力有限称为2、S2级截面：可达全截面塑性，但由于局部屈曲，塑性铰转动能力有限，称为二级塑性截面。作为梁时，其弯矩－曲率关系见图3-1所示的曲线2，为的2~3倍；p1ΦpΦ3、S3级截面：翼缘全部屈服，腹板可发展不超过1/4截面高度的塑性，称为弹塑性截面。作为梁时，其弯矩－曲率关系见图3-1的曲线3；级截边缘维达度但由部曲能发塑性称为4、S4级截面：边缘纤维可达屈服强度，但由于局部屈曲而不能发展塑性，称为弹性截面；作为梁时，其弯矩－曲率关系见图3-1所示的曲线4；5S5级截面在边缘纤维达屈服应力前腹板可能发生局部屈曲称为薄壁截5、S5级截面：在边缘纤维达屈服应力前，腹板可能发生局部屈曲，称为薄壁截面；作为梁时，其弯矩－曲率关系见图3-1所示的曲线5。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：截面板件宽厚比—受弯构件、压弯构件条文说明：梁的弯矩—曲率关系创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：截面板件宽厚比—轴压构件3.5.2按本规范第17章的规定进行抗震性能化设计时，支撑截面板件宽厚比等级值应符合表的规定等级及限值应符合表3.5.2的规定。表352支撑截面板件宽厚比等级及限值构件截面板件宽厚比等级BS1级BS2级BS3级表3.5.2支撑截面板件宽厚比等级及限值H形截面翼缘b/t8910腹板hw/tw303542kεkεkεkεkεkε支撑箱形截面壁板间翼缘bo/tw252832角钢角钢肢宽厚比8910kεkεkεkεkεkε角钢角钢肢宽厚比8910圆钢管截面径厚比D/t405672kεkεkε2kε2kε2kε创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：性能等级17.1.3构件塑性耗能区的抗震性能等级及其在不同地震动水准下的性能目标可按表17.1.3划分。性能等级地震动水准表17.1.3构件塑性耗能区的抗震性能等级和目标性能等级多遇地震设防地震罕遇地震性能1完好完好基本完好性能2完好基本完好基本完好轻微变形性能2完好基本完好基本完好~轻微变形性能3完好实际承载力满足高性能系数的要求轻微变形性能4完好实际承载力满足较高性能系数的要求轻微变形~中等变形性能完好实际承载力满足中性能中等变形性能5完好实际承载力满足中性能系数的要求中等变形性能6基本完好实际承载力满足低性能系数的要求中等变形~显著变形创新提升价值精诚建造未来系数的要求性能7基本完好实际承载力满足最低性能系数的要求显著变形中冶京诚抗震设计：性能等级17.1.42抗震设防类别为标准设防类（丙类）的建筑，可按表17.1.4-1初步选择塑性耗能区的性能等级。表17.1.4-1塑性耗能区性能等级参考选用表设防烈度单层H≤50m50mH≤100m设防烈度单层≤≤6度（0.05g）性能3~7性能4~7性能5~77度（0.10g）性能3~7性能5~7性能6~77度（0.15g）性能4~7性能5~7性能6~78度（0.20g）性能4~7性能6~7性能7创新提升价值精诚建造未来中冶京诚抗震设计：延性等级17.1.44根据设防类别及塑性耗能区昀低性能等级，按表17.1.4-2确定构件的延性等级。表17.1.4-2结构构件昀低延性等级设防类别塑性耗能区最低性能等级性能1性能2性能3性能4性能5性能6性能7适度设防类适度设防类（丁类）———Ⅴ级Ⅳ级Ⅲ级Ⅱ级标准设防类（丙类）——Ⅴ级Ⅳ级Ⅲ级Ⅱ级Ⅰ级（丙类）重点设防类（乙类）—Ⅴ级Ⅳ级Ⅲ级Ⅱ级Ⅰ级—特殊设防类（甲类）Ⅴ级Ⅳ级Ⅲ级Ⅱ级