钢结构直接分析法和抗震设计

创新提升价值精诚建造未来中冶京诚术应用研讨会用研讨会钢结构直接分析法和抗震设计王立军创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）目录1总则2术语和符号3基本设计规定4材料5结构分析与稳定性设计6受弯构件7轴心受力构件8拉弯、压弯构件9加劲钢板剪力墙10塑性及弯矩调幅设计11连接12节点13钢管连接节点14钢与混凝土组合梁15钢管混凝土柱及节点16疲劳计算及防脆断设计17钢结构抗震性能化设计18钢结构防护创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）目录附录A常用建筑结构体系196附录B结构或构件的变形容许值198附录C简支梁、悬臂梁及框架梁的弹性屈曲临界弯矩202附录D轴心受压构件的稳定系数和压弯构件稳定系数的简化公式206附录E柱的计算长度系数212附录F加劲钢板剪力墙的弹性屈曲临界应力220附录G桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算227附录H无加劲钢管直接焊接节点刚度判别229附录J钢与混凝土组合梁的疲劳验算231附录K疲劳计算的构件和连接分类232本规范用词说明238引用标准名录239创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定3.5截面板件宽厚比等级3.5.1进行受弯和压弯构件计算时，截面板件宽厚比等级及限值应符合表3.5.1的规定。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定p2ΦpΦ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3-1所示的曲线1，一般要求达到的8~15倍。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；3、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；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；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。p1ΦpΦ创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定CLASSIFICATIONClass1plastic:Cross-sectionswithplastichingerotationcapacity.Aplastichingecanbedevelopedwithsufficientrotationcapacitytoallowredistributionofmomentswithinthestructure.Class2compact:Cross-sectionswithplasticmomentcapacity.Theplasticmomentcapacitycanbedeveloped,butlocalbucklingmaypreventthedevelopmentofplastichingewithsufficientrotationcapacityatthesection.Class3semi-compact:Cross-sectionsinwhichthestressattheextremecompressionfibrecanreachthedesignstrength,buttheplasticmomentcapacitycannotbedeveloped.Class4slender:Cross-sectionsinwhichitisnecessarytomakeexplicitallowancefortheeffectsoflocalbucklingwhichpreventsthedevelopmentoftheelasticcapacityincompressionand/orbending.ElementssubjecttocompressionthatdonotmeetthelimitsforClass3semi-compact.创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定条文说明：梁的弯矩—曲率关系创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定条文说明：工字型截面翼缘，受弯和压弯均看做三边简支一边自由的轴压板，宽厚比要求相同。对工字形截面的翼缘，三边简支一边自由的板件的屈曲系数K为0.426，Q235钢，按式（3-1）计算，临界应力达到屈服应力时板件宽厚比为18.6。2y235N/mmf=212yy12(1)bKEtfπν=−五级分类的界限宽厚比分别是的0.5、0.6、0.7、0.8和1.1倍取整数。1ybt(3-1)创新提升价值精诚建造未来中冶京诚《钢结构设计规范》（GB50017—201X）3基本设计规定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结构分析与稳定性设计5.1一般规定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，应根据式（5.1.6-1）计算的最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，宜采用二阶弹性分析；当时，应增大结构的侧移刚度或采用直接分析。,maxiθⅡ,max0.1iθ≤Ⅱ,max0.10.25iθ≤Ⅱ,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)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；——所计算i楼层的层高；——作用下按一阶弹性分析求得的计算楼层的层间侧移。kikiⅡiiiNuHhθ⋅∆=⋅∑∑kiN∑ikH∑ihkiH∑iu∆创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷初始缺陷1初始缺陷包括几何缺陷（初侧移、初偏心、初弯曲）和物理缺陷（残余应力）；2初始缺陷存在于结构整体（globalimperfection）和构件（localimperfection）中。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0∆/1000ih5.2初始缺陷5.2.1结构整体初始几何缺陷模式可按最低阶整体屈曲模态采用。框架结构整体初始几何缺陷代表值的最大值（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（5.2.1-2）计算，施加方向应考虑荷载的最不利组合（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iis10.2250hn∆=+nis10.2250iGHn=+（5.2.1-1）（5.2.1-2）i∆sns120.2+3n23s10.2+1nihiGi—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——所计算楼层的高度；——第取此根号值为1.0；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；（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（5.2.2-1）00sinxelπδ=0δ0ex5.2.2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）。——离构件端部x处的初始变形值；——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；图5.2.2创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：初始缺陷—构件说明：构件的初始缺陷（初弯曲、残余应力）可以用初弯曲δ0来体现。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。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a类1/400b类1/350c类1/300d类1/2500el表5.2.2构件综合缺陷代表值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5.3.1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。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，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5.4.1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最不利组合。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来进行考虑，此时的构件计算长度系数应取1.0。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：直接分析法条文说明：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。5.5直接分析设计法5.5.1直接分析设计法应采用考虑二阶P-∆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。创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结构分析：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。yxxxyy1.0ⅡⅡMMNAfWfWfγγ++≤yxbxxyy1.0ⅡⅡMMNAfWfWfϕγγ++≤（5.5.6-1）（5.5.6-2）xyMMⅡⅡ、AxyWW、xyγγ、bϕ——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；——构件绕x轴、y轴的毛截面模量；——截面塑性发展系数。——梁的整体稳定性系数；创新提升价值精诚建造未来中冶京诚结