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钢结构设计全流程详细解析(五)

2021-08-11 14:29:00 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读
4.对框架支撑体系支撑产生的不平衡力对梁设计影响的考虑

按照新钢标性能设计的要求,对于框架-支撑结构,如果存在交叉支撑或者人字形支撑,这会导致梁和板中均产生较大的轴力,并且按照新钢标对于这种框架-支撑结构,一般要求支撑斜杆应该在支撑与梁柱连接节点失效、支撑系统梁柱屈服或者屈曲前发生屈服,这就要求在拉压支撑达到屈服前框架-支撑体系中与支撑相连的梁应该有足够的刚度和承载力,因此规范对于框架-支撑结构中的梁有压弯计算的特殊要求,并且对于人字形和V字形支撑系统中的框架梁压弯验算时还需要考虑弯矩效应中计入竖向不平衡力产生的附加弯矩影响。梁的压弯验算时,梁的轴力及竖向不平衡力分别按照规范17.2.4相关要求计算如下图37,38所示。

▲图37 框架-支撑体系中

与支撑相连的梁的轴力计算

▲图38 人字形、V形支撑竖向不平衡力的计算


这种支撑产生的轴力分解到水平方向对梁的轴力会有明显的影响,如果该轴力值直接按新钢标公式直接计算,结果很大,造成梁的设计基本无法设计。按抗震规范8.2.6的条文表述“当人字支撑的腹杆在大震下受压屈曲后,其承载力将下降,导致横梁在支撑处出现向下的不平衡集中力,可能引起横梁的破坏和楼板的下陷,并在横梁两端出现塑性铰;此不平衡集中力取受拉支撑的竖向分量减去受压支撑屈服压力竖向分量的30%。V形支撑情况类似,仅当斜杆失稳时楼板不是下陷而是是向上隆起,不平衡力与前种情况相反。设计单位反映,考虑不平衡力后梁截面过大。”因此,SATWE软件对于这种情况下设置了对轴力进行折减,程序中提供了折减参数,如图39,当选“按照新钢标进行性能设计”时,该按钮被打开,程序默认的“支撑系统中框架梁按照压弯验算时的轴力折减系数”系数值为0.3,设计师可以修改。

▲图39 支撑系统中框架梁按照压弯验算时的轴力折减系数


SATWE程序对于做性能设计的框架—支撑结构,对有与人字支撑相连的梁按照新钢标进行了轴力与弯矩的取值,并进行相应内力折减,同时对梁按照压弯构件做了强度与稳定验算。需要注意的时,此时如果有楼板,要进行梁的压弯设计,需要将楼板定义为弹性模或者弹性板6,一般建议定义为弹性模。

5.结论

新钢标增加的性能设计属于全新的抗震设计思路,在实际工程的设计中,由于设计的流程比较复杂,确定的设计参数较多,并且由于性能目标的不确定性及各种新概念的出现导致设计师在设计过程中产生很多疑惑。本文结合新钢标对性能设计的要求、PKPM软件及实际工程案例,展示了在设计中如何使配合软件对钢结构工程采用性能设计进行设计。