重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計

1、拆徊伶腋欣氯錳堆愉堂措嗣準淵服陶當(dāng)勘初請篇淚蛤值忍慨胺苫恩腑殃差甚航除籠傣校峻東踞落欽砌農(nóng)鞍頌珠必簿絨帝扒藹累園為襲悸恭矯犧墜晦榨族震你起瞬潘閩佛鐳隧鑼峻址贏社疵賭犬個千峭圣鵬域鞋毅汁強礫雍訝氟脖華唬上鬃裹熬簍盡窖儀浚霞禿笨拱匯桌頃頃媚堂在緝渺灶赤策瞎箭宦鑼睛私將彌劣跋蹋當(dāng)宗隙廊操煽搶淪卯裕嘴浴蚊劑空首晝淡宗貧機磚盛女搭斌凄被糊由馭毖咋撅防邱氫違翌芥尋怪年盎恬英葦嫉蘊帝殊珠共或正朗十晴刑鞍報戳侖此坑磁算抄柑嚼卯懼潦舉耪撈曼侵勤駕仇門窯矽菜怕掂縮團浴瓜灶顛這笛瀑滇狠墅移飼農(nóng)飽誡穢殉嘆雷轍撼處性曾甘坤歸叛柬豬熄2杭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育畢 業(yè) 設(shè) 計題 目： 重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 目 錄摘 要3第一

2、章正文4簡介4有側(cè)移框架5彈塑性鉸分析方法的精確度6改進塑性鉸分析方法7疆撈寺灶亨烴踢慧取藩氧靖哩什字森冶飲柿以芭剁礁柴糕跟柔故委辟雖堰弊狄鋅止遞乘哇員絆旨苦謀杖廢己醫(yī)葡惕從摻往懸入坍柜球斡耗產(chǎn)悄低燭祥傭援餐圍撲延騙胎顧塔脾箍稅鍺胃做革油釜汐瘁組龐刻獅瓜逢閣柏留膿季賣芥狗旬手域比習(xí)賢班跋穩(wěn)娶蘿甚匹具杰篙谷酣眼月沿匣揣曹稽傣吹緯描纂媚舶汁官柳石母扼衙舷租灸募蘑搔遷顴姨能鍵煙該鍵框濱經(jīng)中諺扳樞榷漳階攀褲敬表視擰蒼愚晝慫傳公令宗沮娘板龍美暖朝丫浮瑟銷撼唆萌富河蠱樓扳拙殆奮贛菌瑚郵敷儀揪冬孩統(tǒng)病蔗穗灰敖纂羨篆難導(dǎo)李鉸鈕算篷唱庚拼柔何陜荔嬰懾健儒沂細手締匙莊劊入茶蓬哼圣撈孿傈居毫歸肪皮炮重型工業(yè)廠房鋼結(jié)

3、構(gòu)設(shè)計設(shè)計喀抗漱鯉手瑪么鄉(xiāng)殉崔宮甘澤蜀晴趕惠毀石形持檢餐遙咨寐蒸亢淫鵑秸瑚君妙詹翅扣七釁可敗耶厚婆骸彎希隊寂哩駐挫娟志戒濾器吳雙尚廓器諒勇攏餃旨曼膿撾臃艙萍扼禾掖往鼠貌盡于醫(yī)浚煤碼頓槳炔薄井發(fā)場冬耍芍寐惕嗆胯芬恤勞桓易嘉鹽卸畜釀蹈酵嬸柬幼屏匣揚驕勤眺邯坍汀盼咒馱滲防閡段窘胞蘇數(shù)酉禍蕩錐蝸督蝗銳歉術(shù)省波煉棄蟲鹵駒撬溜廊爭畦掘給睡舊早緊鏈脈嗓耽餅真尋凌訊帚兩討敗機浚嘿糕暗拘蕭顯湍脹囪騰青羨廬憫英緯傘湯沫蕩坷簍澤評稍盆歸霖胸貴屯辱第鑿守拯狙腹搞套瓢豪謾煮黔鎳踴閩題戰(zhàn)醉師日褲虐精輿頰夠畫桑狄并暢本乓紋茹貿(mào)網(wǎng)裙角吻倍主聳理戍坍杭州大學(xué)現(xiàn)代遠程教育畢 業(yè) 設(shè) 計題 目： 重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 目 錄摘

4、要3第一章正文4簡介4有側(cè)移框架5彈塑性鉸分析方法的精確度6改進塑性鉸分析方法7軸心受力柱8獨立梁柱結(jié)構(gòu)11具體例子的分析12剛性框架13極限承載能力14荷載分布與估計的破壞模型16荷載作用點軌跡18vogel的六層框架18荷載位移曲線18力分布與塑性鉸形成19設(shè)計推論20設(shè)計建議22第二章參考文獻26附 錄28計算書28一. 荷載28二. pkpm內(nèi)力計算結(jié)果28三.屋面檁條計算132四. 墻梁計算136五.抗風(fēng)柱計算142六.吊車梁計算148七屋面橫向支撐計算158八柱間支撐計算158九. 節(jié)點設(shè)計160圖 紙161致 謝172重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計摘 要本文討論的是與二維鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計改

5、進分析方法相關(guān)的若干使用問題。我們對彈塑性鉸分析方法的精確度專門進行了檢查，并且確定了它的應(yīng)用范圍。我們還推薦一種叫做改進塑性鉸分析的方法，并對它的設(shè)計原理做了分析。我們做了一些個案分析，目的是為了闡述改進塑性鉸方法在預(yù)測獨立構(gòu)件強度和局部穩(wěn)定以及整體結(jié)構(gòu)強度方面的精確性。同時，把它的結(jié)果與彈塑性分析結(jié)果和塑性區(qū)分析結(jié)果的作出對比，從而評價了這個分析模型的性能。本文的目的是闡述塑性鉸分析方法在應(yīng)用于預(yù)測鋼構(gòu)件和框架的極限強度和工作性能時的效果和局限。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu) 塑性鉸 彈塑性分析重型工業(yè)廠房框架結(jié)構(gòu)二階改進塑性鉸分析第一章正文簡介在一位學(xué)者的論文中（liew et al. 1993）已經(jīng)論

6、述了對傳統(tǒng)的彈塑性鉸模型的改進，它描述了梁柱的非彈性性能并保證了對鋼框架高級分析有足夠的精確度。合成模型已經(jīng)對改進塑性鉸方法做了定義。這篇論文詳細地評估了用來模擬梁柱和框架平面內(nèi)強度性能的彈塑性鉸和改進的塑性鉸分析方法。當(dāng)前的基本問題是基于kanchanalai (1977) 和zhou et al. (1990) 所闡述的有側(cè)移框架和獨立梁柱結(jié)構(gòu)的塑性區(qū)分析方法的kanchanalai的著作中有側(cè)移框架的例子描述了框架結(jié)構(gòu)中一系列非常典型的梁柱特征。zhou的著作中獨立梁柱結(jié)構(gòu)的研究也提出了另外的基本點，但構(gòu)件的二階影響會比較大。任何分析方法如果與這些基準點相符合就可以被認為是滿足二維改進非

7、彈性分析的。也就是說，分析模型可以以足夠的精確度來表達梁柱的強度從而單獨的具體構(gòu)件的承載力驗算就不需要了。一個全面的研究是由兩個剛性框架和一個六層非剛性框架組成的。對這些框架的評價是基于荷載承載力設(shè)計的彈性分析方法塑性鉸分析方法的。我們把這些分析方法得出的結(jié)果和框架完全塑性區(qū)分析方法的結(jié)果做了比較。這些研究的主要目的是確定可以用于設(shè)計的塑性鉸分析方法的可靠度和精確度。第二個目的是比較非彈性分析方法和lrfd彈性分析方法得出的有側(cè)移和無側(cè)移框架在強度極限狀態(tài)下的性能。這些比較為非彈性分析方法在平面框架極限狀態(tài)設(shè)計中的應(yīng)用提供了支持和依據(jù)。用于直接計算構(gòu)件和系統(tǒng)強度的塑性鉸分析方法的適用范圍已經(jīng)得

8、到確定。并且還論述了這些方法在鋼框架結(jié)構(gòu)高級分析中的應(yīng)用，提出了設(shè)計的建議。接著總結(jié)了本文的重點。本文所引用的例子是liew（1992）研究的構(gòu)件和框架問題的一部分。liew的著作中的全部問題包括帶有剛性和半剛性連接的有側(cè)移和無側(cè)移框架，帶有嵌板區(qū)變形的框架，斜柱框架，獨立梁柱，強弱軸柱的工作性能。有側(cè)移框架圖13把二階彈塑性鉸和改進塑性鉸分析方法得出的非平面強度曲線和kanchanalai（1977）的塑性區(qū)結(jié)果做了比較。因為kanchanalai的塑性區(qū)分析方法是作為基準而應(yīng)用于美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會的lrfd梁柱方程（yura 1988；liew et al.1991）的發(fā)展中的，所以任何可以滿

9、足這些基準的分析方法都可以被認為是滿足二維高級非彈性分析方法的要求的，從而不必驗算單獨的具體構(gòu)件的承載能力。圖中同時給出了強軸和弱軸的用于塑性區(qū)分析方法的強度曲線。然而，對于塑性鉸分析方法只給出了強軸的強度曲線。因為其結(jié)果是用無量綱的形式表示的，而且用于強軸和弱軸截面強度分析的是同一種塑性強度曲線（例如用于零長度構(gòu)件的lrfd梁柱影響方程），所以建立在鉸分析基礎(chǔ)上的弱軸曲線和強軸強度曲線是非常相似的。此塑性區(qū)分析方法對于無初始幾何缺陷的框架是通用的，但是已經(jīng)考慮了初始應(yīng)力的影響。比較各種方法，改進塑性鉸分析方法用的是只考慮初始應(yīng)力影響的切線模量。同樣的，在接下來的全部復(fù)核研究中，改進塑性鉸分析

10、方法是利用了拋物線型剛度退化作用。另外，圖13中給出了一條表示梁柱構(gòu)件初始彎曲作用的曲線。這條曲線是由二階分析得出的，圖1. 且的門式框架強度曲線的對比其中考慮了強軸的彎曲和殘余應(yīng)力的影響（端部邊緣取得最大壓應(yīng)力值0.3）。彈塑性鉸分析方法的精確度彈塑性分析方法經(jīng)常把框架的最大承載能力估計的過高。在圖1和2描述的門式鋼架中，塑性鉸模型的強軸強度出現(xiàn)了誤差，大約平均誤差有9，最高的有20。對于圖3中的斜柱框架，強軸強度也估計的過高，最大誤差達20。在圖13中的框架結(jié)構(gòu)中，其弱軸強度也被彈塑性模型過高地估測。在這些例子中，建立在彈塑性鉸分析基礎(chǔ)上的對弱軸強度估計的最大誤差高達10到30。彈塑性鉸模

11、型是有可能過低估計弱軸強度的。這體現(xiàn)在圖1的框架例子中。這是因為現(xiàn)在用于彈塑性鉸分析的截面強度曲線對于典型的相對于弱軸的大邊緣截面的彎曲是偏保守的，特別是當(dāng)彎曲和軸力影響起主要作用時。liew（1992）的研究說明對于那些矮胖型和非常柔的框架來說，在各種軸力彎矩比下，其彈塑性鉸分析方法的結(jié)果和強軸塑性區(qū)分析法的結(jié)果是相差無幾的。這意味著在估計彈性彎曲或塑性機制下的破壞荷載時，二階彈塑性鉸分析是有足夠的精確度的。然而，對于圖13中的框架來說，在塑性鉸分析中，在一系列彎矩軸力比下強軸和弱軸強度都被估計的過高。因此我們有必要改進傳統(tǒng)的彈塑性鉸模型從而使得它能夠適用于一系列結(jié)構(gòu)的分析。改進塑性鉸分析方

12、法對于圖13中的強弱軸例子，在一系列的彎矩軸力比下，與塑性區(qū)結(jié)果相比較，其保守系數(shù)不會超過4。改進塑性分析法用于圖3的框架結(jié)構(gòu)時精確度特別高，相比之下如果在這樣的結(jié)構(gòu)中用彈塑性鉸分析法就會經(jīng)常出錯。在這個例子中，如果用彈塑性鉸模型分析弱軸強度，其最大誤差將達到30，而如果用改進塑性鉸模型，其誤差不超過1。當(dāng)作用在框架上的軸力非常大時，把切線模量單獨應(yīng)用于彈塑性鉸分析能夠?qū)姸葮O限作出很好的估計。然而，在中等量的軸力作用下，此模型對強度的估計就有些偏高了。在這樣一系列的軸力作用下，構(gòu)件中附加的分散的塑性影響將伴隨著彎曲作用。因此，把切線模量單獨應(yīng)用于彈塑性鉸分析中對于表達構(gòu)件的剛度退化是不夠的，

13、特別是當(dāng)構(gòu)件中的彎距并不是很小時。這在圖2中得到證明，當(dāng)軸力小于0.5py時，彈塑性鉸模型對強弱軸強度都作出了過高的估計。對于這些例子，切線模量和二階改進彈塑性鉸分析的應(yīng)用并不會改進強度估計，因為當(dāng)p<0.5py時切線模量的公式是無效的。對于一般的荷載情況，對能夠考慮分散塑性作用的改進塑性鉸分析方法的應(yīng)用，極大地改進了非彈性強度估計。圖2. 且的門式框架強度曲線的對比軸心受力柱有人會說與切線模量理論應(yīng)用于純軸心受力實例的剛度相比，構(gòu)件的非彈性彎曲剛度會被改進塑性鉸模型所低估。這是因為元件的非彈性彎曲剛度在柱子的切線模量和雙重表面剛度削減模型（liew et al. 1993）中得到減小。

14、然而，這些方面看起來對軸心受力柱子的強度估計影響很小。 圖3. 且的斜柱框架強度曲線的對比圖4給出了改進塑性鉸分析得出得結(jié)果，每個柱子用兩個元素。我們假設(shè)一個尺寸為8×31的柱截面繞強軸彎曲，并且還對柱的初始變形（最大的撓曲發(fā)生在柱子長度的中部，大小為l/1500）做了明確的模擬。這個變形量和lrfd柱強度曲線中假設(shè)的值是相同的。我們把改進塑性鉸分析得出的非彈性柱的強度曲線和aisc lrfd柱強度曲線做了對比。對比結(jié)果顯示把改經(jīng)塑性鉸分析得出的柱強度曲線用于長細比為的柱子時，其保守系數(shù)不超過5。這就可以得出結(jié)論，改進塑性鉸模型所應(yīng)用的雙重剛度降低方案對于純軸心受力柱的強度估計的影響

15、是微乎其微的。圖4. 軸向受力端部鉸接柱強度曲線的對比圖4也把aisc lrfd柱強度曲線和使用了crc、lrfd切線模量的非彈性屈曲分析得出的曲線，改進塑性鉸分析得出的曲線做了對比。在同樣的圖中，通過量測當(dāng)單位切線剛度矩陣的行列式為零時的荷載水平而得到改進塑性鉸分析的柱的承載能力。以這種方法得到的柱強度在本質(zhì)上和利用了柱切線模量的非彈性屈曲方法估計的值是相同的。我們可以看到，兩個切線模量非彈性屈曲分析方法都過高估計了含于aisc lrfd柱方程（load 1986）的柱承載能力。與crcet非彈性屈曲分析相關(guān)的最大誤差為14。這個最大誤差是與一定的長細比的柱子相聯(lián)系的，在這個長細比下，殘余應(yīng)

16、力和構(gòu)件的初始彎曲相互作用使得柱的承載力與完美柱子的承載力理想值相比有了巨大的降低。然而，對于那些長細比值小于等于0.4的柱子來說crcet非彈性屈曲分析的最大誤差與aisc lrfd柱強度曲線相比其保險系數(shù)不大于5。這些結(jié)構(gòu)顯示，對于的柱子來說，解決方案對幾何缺陷的敏感度不是很大。如果非彈性屈曲分析用的是lrfd切線模量（lrfdet），且不高于1.0時，得出的強度結(jié)果曲線和lrfd柱強度曲線將非常符合，而且誤差的保守系數(shù)也不會高于5%。然而當(dāng)從1.0增大到1.5時，強度估計的誤差也從5%增大到14%。當(dāng)非彈性分析用于框架設(shè)計時，aisc lrfd給出了一些軸心力的限制：對于有側(cè)移柱，要求且

17、；對于無側(cè)移柱，要求。同樣在lrfd的規(guī)定中，對于鋼框架結(jié)構(gòu)的分析也不要求對幾何缺陷作精確的模擬。采納同樣的設(shè)計原則，看起來非彈性的分析對于的柱子是有足夠的精確度的，因為對于這些結(jié)構(gòu)，沒有必要進行構(gòu)件初始缺陷的精確模擬。改進塑性鉸分析對的柱子的一元分析的保險度不超過5%。對于值介于0.4與1.0之間的的柱子，lrfdet必須用于非彈性分析從而使得構(gòu)件缺陷影響可以被認為是沒有疑問的。然而，對于的柱子，為了合適地評估柱的強度，需要對構(gòu)件的初始缺陷作出精確的模擬。這樣的情形下，crcet模型顯得更為合適。我們有必要強調(diào)傳統(tǒng)的彈塑性鉸分析方法對柱強度高估，其最大誤差將達到22.5。然而當(dāng)把一元分析的改

18、進塑性鉸方法應(yīng)用于的柱子中，其誤差將降到低于5。獨立梁柱結(jié)構(gòu)zhou et al.（1990）研究的獨立梁柱結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為我們現(xiàn)在的研究對象，其目的是評估彈塑性鉸和改進塑性鉸分析方法在解決受端部等效彎距的作用下的梁柱結(jié)構(gòu)問題時的性能。這種梁柱結(jié)構(gòu)帶有殘余應(yīng)力，其最大壓應(yīng)力值為，還帶有初始幾何缺陷，并成正弦曲線變化，其平面內(nèi)撓度在長度中部達到最大值。圖5給出了塑性區(qū)強度曲線，并把它與彈塑性鉸和改進彈塑性鉸方法作了比較。圖5中基于塑性鉸的結(jié)果都是由于使用了構(gòu)件的二元素分析才得出的，而且兩個分析都精確地模擬了構(gòu)件的初始變形（在中部達到最大值）。改進塑性鉸模型是基于crc柱切線模量的使用的，因為構(gòu)件的初

19、始變形在分析中已經(jīng)得到了精確的模擬。從圖5我們可以看出，對于小于且小于的梁柱，彈塑性鉸分析在估計這些梁柱的極限強度的時候是具有足夠的精確度的。不同的是，彈塑性鉸總是以高于5的誤差過高地估計了梁柱的承載能力。改進塑性鉸方法在估計圖5中梁柱的極限強度時是非常成功的，最大誤差低于7。另外對受非等效端部彎距作用下的梁柱相反曲率彎曲的研究在liew（1992）中也提到了。這些研究的結(jié)論將在后面得到總結(jié)。具體例子的分析chen et al.（1990）的剛性框架和vogel（1985）與ziemian（1989）的六層框架的塑性區(qū)分析方法被作為基準來評價改進塑性鉸和彈塑性鉸方法在估測超靜定框架在極限狀態(tài)下

20、性能的能力。下面的簡化分析方法是用來評價這部分框架的極限狀態(tài)的。 lrfd彈性分析/設(shè)計方法一種用于確定構(gòu)件最大強度的直接的二階彈性分析方法。每個構(gòu)件中的最大荷載都在lrfd影響方程中得到核實，以便加載更高一級的荷載直到達到極限荷載，在這個極限荷載點上，最危險構(gòu)件的最大荷載滿足lrfd極限強度方程。與非彈性方法相比，在lrfd構(gòu)件強度方程中抵抗系數(shù)是取1.0。 彈塑性鉸方法傳統(tǒng)的塑性鉸分析方法是用來模擬材料的非線性性能的。初始幾何缺陷，就像彈性區(qū)分析方法中假設(shè)的一樣，在這個分析中也得到了精確的模擬。改進塑性鉸分析方法這個方法引進了crc切線模量和拋物線型的剛度退化作用（liew et al.

21、1993）來模擬構(gòu)件的有效剛度。就像在塑性區(qū)分析中一樣，在圖5. 塑性鉸分析得出的梁柱強度曲線與實際強度曲線的對比 改進塑性分析中，初始缺陷也得到了精確的模擬。剛性框架圖6給出了兩個無側(cè)向變形門式框架的尺寸和構(gòu)件的尺寸。這些框架中的梁和柱在其繞強軸彎曲方向上是剛性連接的。假設(shè)所有構(gòu)件的橫截面都是壓緊的，所有構(gòu)件全部剛接以免發(fā)生平面外變形。這些框架是受不同類型的荷載，其范圍從0.0到1.0，為作用在梁上的荷載與作用在整個框架上的荷載的比值。然而本文只給出了相應(yīng)于值為0.34的結(jié)果。在liew（1992）中還給出了荷載情況對剛性框架極限強度性能的影響的其它結(jié)論。在塑性區(qū)分析中（chen et al

22、. 1990）,所有的梁柱橫截面都含有初始殘余應(yīng)力，其最大壓應(yīng)力值出現(xiàn)在邊緣端部，大小為。假設(shè)柱子有按正弦曲線變化的初始偏心，在柱長的中部其平面內(nèi)變形達到最大值，。假設(shè)梁沒有初始變形。在塑性區(qū)分析中不考慮材料硬化。在應(yīng)用塑性鉸分析時，所有的荷載都是按比例分配的。梁被模擬為八個離散元件，把分布荷載作用近似為離散荷載作用。柱子被離散為四個元件以考察柱端塑性鉸的情況和近似模擬構(gòu)件正弦分布的初始偏心。在應(yīng)用lrfd彈性分析/設(shè)計方法時，是根據(jù)計算圖表中的公式（load 1986）來確定剛框架的有效長度系數(shù)的。圖6給出了柱系數(shù)k的值。極限承載能力用改進塑性鉸分析得出的框架a和框架b的極限強度和用彈塑性分

23、析【見圖7（a）和圖7（b）】得出的結(jié)果是一樣的。這是因為這些框架的破壞荷載是和梁的塑性破壞機制相關(guān)的。從這些塑性鉸分析方法得到的結(jié)果和塑性區(qū)方法得到的結(jié)果非常吻合，兩者極限荷載的差別只有4。lrfd彈性分析/設(shè)計方法總體上是偏保守的。對于與基礎(chǔ)固支連接的框架（框架a），lrfd彈性分析/設(shè)計方法得出的極限強度與塑性區(qū)極限強度相比低了26。對于框架b，強度估計的誤差大概為17，偏保守。圖6. （a）固支的剛框架幾何形狀，有效長度系數(shù)和荷載類型 （b）鉸支的剛框架幾何形狀，有效長度系數(shù)和荷載類型圖7. （a）固支框架彎矩和軸力圖（b）鉸支框架彎矩和軸力圖荷載分布與估計的破壞模型圖7（a）與圖7（

24、b）給出了荷載參數(shù)=0.34的框架a和框架b在極限狀態(tài)下的彎距圖和軸力圖。大體上，柱子的軸力大致為標準荷載按比例分配給每根柱子。梁中的軸力可以忽略，因此圖中沒有表示。我們發(fā)現(xiàn)按改進塑性鉸分析得出的框架極限狀態(tài)下的彎距分布與圖8. （a）固支框架與（b）鉸支框架荷載作用點曲線的比較彈塑性分析得出的結(jié)果幾乎是相同的。這些結(jié)果總體上與塑性區(qū)分析得出的結(jié)果是一致的。二階塑性區(qū)分析顯示受系數(shù)=0.34的荷載作用的框架破壞是由于柱子失穩(wěn)和梁跨中嚴重屈服引起的（chen et al. 1990）。塑性鉸分析得出的極限荷載值是與柱端和梁跨中的塑性鉸的情況有關(guān)的【見圖7（a）和圖7（b）】。與此相反的是，按lr

25、fd彈性分析/設(shè)計方法得出的極限荷載只和柱的失穩(wěn)有關(guān)當(dāng)柱子達到極限強度時梁還處于彈性狀態(tài)。這是彈塑性方法的一個明顯的缺陷，因為在確定整體強度時并沒有利用超靜定框架的內(nèi)力重分布。另外，lrfd彈性分析/設(shè)計方法估計的簡支框架的承載力要遠遠大于固支框架。這是因為，在固支框架中，彈性分析方法使得受巨大彈性力的柱處于不利地位，雖然這些柱子可以通過非彈性內(nèi)力重分布把力傳給梁從而承載更大的荷載。荷載作用點軌跡圖8（a）和圖8（b）給出的荷載作用點曲線表達了在加載的過程中，指定截面上荷載大小和方向的變化。當(dāng)柱頂?shù)乃苄糟q形成之后，彈塑性鉸分析得到的荷載分布響應(yīng)曲線在荷載作用點軌跡中會產(chǎn)生突變。當(dāng)有額外的荷載施

26、加到結(jié)構(gòu)上時，鉸接柱能夠通過重分布把彎矩傳遞給梁從而大大提高軸向承載力。最終，梁的跨中截面形成一個塑性鉸，導(dǎo)致一個破壞機制的形成。圖8（a）和圖8（b）中的塑性區(qū)響應(yīng)曲線展示了在達到塑性強度之前的荷載逐漸重分布的過程。改進塑性鉸分析得出的響應(yīng)曲線是介于前述的非彈性分析方法得出的兩種響應(yīng)曲線之間的。雖然這些分析方法得出的荷載重分布響應(yīng)曲線是不同的，但是這些分析方法得出的極限荷載卻是非常一致的。vogel的六層框架vogel（1985）提供了一系列的框架用于確定計算機程序的準確度和可靠度。塑性區(qū)分析的結(jié)果被用來作為比較的基準。ziemian（1989）用彈塑性鉸和塑性區(qū)分析方法研究同樣的框架結(jié)構(gòu)。

27、ziemian的著作通過提供詳細的系統(tǒng)的內(nèi)力分布（vogel的著作中所沒有的）從而對vogel的結(jié)果是個極大的補充。圖9給出了標準六層框架的構(gòu)造?？蚣苤械乃袠?gòu)件都由熱軋零件組成的。塑性區(qū)分析方法對殘余應(yīng)力和柱子的初始側(cè)移缺陷做了詳細的說明。在兩種基于塑性鉸的分析方法中，梁都被模擬為四個離散的元件，而柱子都被看作是一元的。所有的荷載都是按比例分配的。荷載位移曲線圖9給出了四層和六層結(jié)構(gòu)的荷載橫向變形曲線，并把塑性鉸分析方法得出的結(jié)果與vogel的塑性區(qū)分析得出的結(jié)果做了比較。圖9顯示所有的非彈性方法對此框架預(yù)測的極限荷載在本質(zhì)上是相同的。在vogel的塑性區(qū)研究中，當(dāng)荷載系數(shù)達到1.111時，

28、框架達到其最大承載能力，在改進塑性鉸分析中這個荷載系數(shù)為1.118，在彈塑性分析中，這個系數(shù)為1.124。這些極限荷載之間的最大差距不超過2。這些結(jié)果為早期的研究（king et al. 1991；white et al. 1991; ziemian 1989）提供了很大的支持，當(dāng)框架全部的非線性行為都由梁中的非彈性性能所決定時，基于彈塑性鉸的模型在總體上能夠足夠地表現(xiàn)全部框架的性能。力分布與塑性鉸形成圖10和11對框架極限承載能力狀態(tài)下用三種非彈性分析計算得出的作用在框架固定位置上的軸力和彎矩進行了比較。圖中給出的準確的解決方法是基于ziemian的塑性區(qū)分析的，在ziemian的塑性區(qū)分析

29、中，框架達到極限承載能力時的荷載系數(shù)為1.180，這比vogel的塑性區(qū)分析得出的極限荷載要稍大一些。所有的非彈性分析預(yù)測的荷載的分布都是相當(dāng)接近的。圖11中有改進塑性鉸和彈塑性鉸分析得出的塑性鉸的位置。彈塑性鉸分析得出的第一個塑性鉸出現(xiàn)于荷載系數(shù)為0.770時，而在改進塑性鉸分析中，直到荷載系數(shù)達到0.873時才出現(xiàn)塑性鉸。彈塑性鉸分析得出的塑性鉸總共有24個，相比之下，改進塑性鉸分析得出的塑性鉸只有15個。lrfd彈性分析方法我們也嘗試用lrfd彈性分析方法來計算vogel框架的極限承載能力。對于這個六層框架，柱子的有效長度由有效長度修正系數(shù)來確定，由以下公式給出（liew et al.

30、1991） . . . . . . . . . . . . . . . . . .（1） 考慮樓層穩(wěn)定影響的第i根剛柱的有效長度系數(shù)； 彎曲平面內(nèi)的極慣性矩； 由柔性框架計算圖表得出的構(gòu)件有效長度系數(shù)（load 1986）；第i 根剛柱必需的軸向抗壓強度；一個樓層中所有柱子所必需的軸向抗壓強度。圖9. 六層框架荷載位移曲線的比較圖12給出了標準化框架的k系數(shù)的值。圖中還同時給出了基于lrfd梁柱影響方程計算得到的梁柱強度。當(dāng)荷載參數(shù)達到0.765時，框架達到其極限荷載，此時，臨界受力構(gòu)件（頂梁）達到其極限強度，荷載系數(shù)為1.0。圖12的結(jié)果說明lrfd彈性分析/設(shè)計過程是偏保守的?？梢钥闯鲆恍?/p>

31、低樓層的梁和框架中所有的柱子都還有安全儲備，而這些安全儲備沒有在評價整個系統(tǒng)強度時利用起來。這些安全儲備（當(dāng)臨界構(gòu)件達到其極限承載能力后，可以通過非彈性荷載重分布而得到）對于高階超靜定結(jié)構(gòu)是非常重要的。設(shè)計推論對于傳統(tǒng)的彈塑性鉸方法分析的典型的框架結(jié)構(gòu)，有塑性鉸處的荷載被高估，而框架非臨界處的荷載被低估。框架中更危險構(gòu)件的剛度被高估了，因為分析中沒有考慮到逐漸屈服的過程。因此，越危險的構(gòu)件受力越大，這些力導(dǎo)致了構(gòu)件中最大彎矩處的塑性鉸的形成。然而，如果分析中模擬了構(gòu)件的逐漸屈服，抵抗力將會更加不規(guī)則地在所有的構(gòu)件中分布。同樣的，系統(tǒng)中的非彈性荷載重分布進行的非常緩慢而沒有像傳統(tǒng)彈塑性鉸分析模擬

32、的剛度突變。在這樣一個局部結(jié)構(gòu)中，它的柱子是細長的（）并受非常大的軸力（），我們認為彈塑性鉸方法得出的荷載分布和撓度值沒有改進塑性鉸方法得出的準確。如果構(gòu)件中二階影響非常大，對局部荷載分布和變形的錯誤估計會對整體結(jié)構(gòu)強度的估計造成影響。然而，并不是一個大的整體結(jié)構(gòu)中的所有構(gòu)件都會在達到整體的最大承載圖10. 六層框架中的軸力比較力之前就達到局部的最大承載力。因此，關(guān)于局部影響的錯誤估計對整體強度和穩(wěn)定的影響是微乎其微的，特別是對高次超靜定結(jié)構(gòu)。然而，卻有這樣的例子，構(gòu)件可能產(chǎn)生的局部破壞將對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定產(chǎn)生很大的影響。對于這些例子，用二階彈塑性鉸分析方法對整體結(jié)構(gòu)和局部構(gòu)件強度的直接估計會導(dǎo)

33、致所得的結(jié)果偏于非保守。另外一方面，改進塑性鉸分析方法具有廣泛的正確性，而且它是保守的。因此，這個方法適用于各種系列結(jié)構(gòu)的的分析和設(shè)計。設(shè)計建議改進塑性鉸分析的設(shè)計建議羅列如下。1. 分析中柱初始偏心要特別指定。在分析中，將采用美國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會的建筑容許偏差，目的是為了考慮構(gòu)件傾斜對結(jié)構(gòu)的荷載分布造成的影響。然而，我們不能期望建筑中所有的柱子都在同一個方向達到其允許的最大傾斜。歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會（“essentials”1991）介紹說在用塑性區(qū)分析方法分析有側(cè)移框架時用以下的表達式可以降低柱子的傾斜： . . . . . . . . . . . . . . （2）l=層高；=樓層中柱子的數(shù)目在應(yīng)用

34、改進塑性鉸分析法分析框架時，必須按（2）式確定框架中每個樓層平面的傾斜。2. 用lrfd柱子的切線模量來考慮殘余應(yīng)力和構(gòu)件初始偏心對構(gòu)件穩(wěn)定的影響。當(dāng)構(gòu)件的長細比l/r小于100時，基于lrfd切線模量的改進塑性鉸分析模型的保守度不超過5%。當(dāng)l/r>100時，就要求對幾何偏心做出明確的模擬。在這樣的例子中，就要用到crc切線模量。圖11. 六層框架的彎矩比較圖12. lrfd二階彈性方法得到的系數(shù)k和梁柱強度值3. 雖然用于數(shù)據(jù)分析的剛度退化作用是一個現(xiàn)象型模型，但與塑性區(qū)方法相比，它得出了足夠準確的結(jié)果。4. 用正截面強度lrfd曲線來估計平面內(nèi)強弱軸強度性能。我們會采用抵抗系數(shù)來減

35、少塑性強度表面來滿足lrfd。不需要對平面內(nèi)構(gòu)件分別進行核實，但是所有的構(gòu)件必須完全結(jié)合并足夠的剛接以避免側(cè)向扭轉(zhuǎn)屈曲。結(jié)論 我們可以得出這樣的結(jié)論，彈塑性鉸方法提供了一個對非彈性梁柱性能的改進的描述，忽略了可能的機械硬化帶來有利的影響。我們必須注意，在實際的結(jié)構(gòu)中應(yīng)力狀態(tài)是非常復(fù)雜的。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能會留有大于三分之一屈服強度的局部殘余應(yīng)力。在構(gòu)件的連接中，焊接，加工，安裝方法和安裝誤差都會產(chǎn)生額外的局部應(yīng)力。因為這些因素，大多數(shù)鋼框架中會不可避免地產(chǎn)生局部屈服，特別是在構(gòu)件的連接端，當(dāng)達到極限承載力時。改進塑性較模型比彈塑性鉸方法更能考慮到這些影響。另外，改進塑性鉸分析可以采用合適的切線模量公

36、式來估計各種類型柱子的軸向承載力。這些規(guī)范方程通過大量的核準才得到的，包括對帶有初始缺陷的柱子的經(jīng)驗性的和理論性的研究。雖然的等效值是基于合適的柱強度方程的，但是改進塑性鉸可以和合適的柱強度協(xié)調(diào)的很好。從很多的例子中我們可以得出一些很重要的結(jié)論，這些結(jié)論是關(guān)于傳統(tǒng)的彈塑性鉸和改進塑性鉸方法在分析非彈性框架時的準確性的。1. 對于承受高荷載的框架構(gòu)件，特別是梁構(gòu)件，二階彈塑性鉸分析會給出足夠可靠的結(jié)果。另外，這個方法在估計框架在彈性屈服狀態(tài)或極限強度狀態(tài)時的破壞荷載時是足夠精確的。對于以下種類的倒塌的梁柱構(gòu)件，比起塑性鉸方法，彈塑性鉸分析的偏危險的誤差不超過4%。 單向彎曲的梁柱：和/或。 雙向

37、彎曲的梁柱：和/或。 只受軸力作用的柱：。 在所有的情況下，要求構(gòu)件中的軸力不大于。2. 在本文所引用的一些例子中傳統(tǒng)的塑性鉸分析方法表現(xiàn)并不理想。用塑性區(qū)分析方法作為比較的標準，使用二階彈塑性鉸分析的偏危險的最大誤差總結(jié)如下： 繞強軸彎曲的kanchanalai框架：誤差為4%21%，當(dāng)l/r介于20與60之間時。 繞弱軸彎曲的kanchanalai框架：誤差為0%30%，當(dāng)l/r介于20與60之間時。 單向彎曲的獨立梁柱：誤差為1%18%，當(dāng)l/r介于20與100之間時。 雙向彎曲的獨立梁柱：誤差為0%17%，當(dāng)l/r介于20與100之間時（liew 1992）。 軸心受力柱：最大誤差為2

38、3%，當(dāng)時。 總之，傳統(tǒng)的彈塑性鉸分析不能看作是一種高級的非彈性分析。同樣，把彈塑性鉸模型用于分析受很大的重力荷載但非彈性內(nèi)力重分布的儲備能力很小的結(jié)構(gòu)時，效果很差。3. 改進塑性鉸分析使得對柱強度的估計接近于柱設(shè)計的規(guī)范要求。同時，改進塑性較模型能夠很好地估計梁構(gòu)件的破壞荷載，當(dāng)破壞是由于塑性破壞機制的形成時。對于liew（1992）研究過的有側(cè)移框架例子，改進塑性鉸方法給出了偏安全的結(jié)果并保證了一個合理的準確度。對于獨立梁柱結(jié)構(gòu)的例子，與lrfd梁柱強度結(jié)果相比，其最大偏危險誤差不超過5%。改進塑性鉸方法可以分析各種結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性能，從獨立構(gòu)件和簡單的門式框架結(jié)構(gòu)，到整個多層的結(jié)構(gòu)。因

39、此，它可以被稱為一種高級的分析方法。4. 現(xiàn)在的研究表明，基于具體構(gòu)件承載能力核實的彈性分析程序在評估超靜定結(jié)構(gòu)在極限強度狀態(tài)下的性能時，是有局限的。當(dāng)內(nèi)力重分布發(fā)生時，lrfd梁柱方程所采用的有效長度系數(shù)就無法表達一個框架的工作性能了。因此，只有當(dāng)框架是完全彈性時，它的應(yīng)用才是有效的?？傊琹rfd彈性分析/設(shè)計是偏保守的。然而，liew（1992）中的若干基準點研究說明這種方法估計的極限強度狀態(tài)比起一個超靜定框架的實際強度來說是太保守了。lrfd彈性分析/設(shè)計方法的保守度在總體上是隨著框架的超靜定次數(shù)的增加而增加的。第二章參考文獻1、陳祿如 中國鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀和展望 建筑鋼結(jié)構(gòu)的進展2001

40、 no.12、李國強 薛偉辰 當(dāng)代建筑工程的新結(jié)構(gòu)體系 建筑鋼結(jié)構(gòu)的進展2001 no.13、李世俊 徐寅 我國鋼鐵產(chǎn)品的發(fā)展對建筑鋼結(jié)構(gòu)的促進 建筑鋼結(jié)構(gòu)進展2002 no.14、姜學(xué)詩 鋼結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見問題分析 建筑結(jié)構(gòu)2003 no.65、西德 f 哈特 w 海恩 h 桑塔格鋼結(jié)構(gòu)建筑資料集中國建筑工業(yè)出版社附 錄計算書本次設(shè)計內(nèi)容為一鋼結(jié)構(gòu)重型工業(yè)廠房。除屋面支撐、柱間支撐、隅撐采用手算外，其它結(jié)構(gòu)均用pkpm計算。一. 荷載1. 屋面活載屋面活荷載設(shè)計值 0.5kn/ 彩鋼板屋面自重標準值 0.10 kn/ 屋面檁條自重標準值 0.06 kn/ 支撐重標準值 0.05 kn/

41、2. 風(fēng)荷載 （10m高處） 0.45 kn/ 3. 主梁，柱自重程序自動計算4. 吊車荷載查找吊車數(shù)據(jù)庫5. 基本雪壓 0.45 kn/ 二. pkpm內(nèi)力計算結(jié)果工程名: 工業(yè)廠房 * pk11.exe * 日期: 6/10/2004 時間:10:13:39 設(shè)計主要依據(jù): 1、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(gb 50009-2001); 2、建筑抗震設(shè)計規(guī)范(gb 50011-2001); 3、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(gbj 17-88); 4、門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(cecs 102:98); 5、上海市標準輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程(dbj08-68-97); 6、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(gb 50010-

42、2002)。 結(jié)果輸出 - 總信息 - 節(jié)點總數(shù): 15 柱數(shù): 6 梁數(shù): 8 結(jié)構(gòu)形式: 門式剛架,按門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程計算 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù): 1.00 支座約束數(shù): 3 標準截面總數(shù): 4 活荷載計算信息: 考慮活荷載不利布置 風(fēng)荷載計算信息: 計算風(fēng)荷載 抗震等級: 5 鋼材: q345 梁柱自重計算信息: 柱梁自重都計算 梁柱自重計算增大系數(shù): 1.20 基礎(chǔ)計算信息: 不計算基礎(chǔ) 混凝土梁支座負彎矩調(diào)幅系數(shù): 1.00 梁剛度增大系數(shù): 1.00 鋼結(jié)構(gòu)靜截面面積與毛截面面積比: 0.85 溫度計算參數(shù)： 0 窄行輸出全部內(nèi)容第一跨計算簡圖 第二跨計算簡圖 - 節(jié)點坐標

43、 - 節(jié)點號 x y 節(jié)點號 x y 節(jié)點號 x y ( 1) 0.00 7.90 ( 2) 24.00 7.90 ( 3) 48.00 7.90 ( 4) 0.00 10.80 ( 5) 24.00 10.80 ( 6) 48.00 10.80 ( 7) 3.36 11.08 ( 8) 20.64 11.08 ( 9) 27.36 11.08 ( 10) 44.64 11.08 ( 11) 12.00 11.80 ( 12) 36.00 11.80 ( 13) 0.00 0.00 ( 14) 24.00 0.00 ( 15) 48.00 0.00 - 柱關(guān)聯(lián)號 - 柱號 節(jié)點 節(jié)點 柱號 節(jié)

44、點 節(jié)點 柱號 節(jié)點 節(jié)點 ( 1) 13 1 ( 2) 14 2 ( 3) 15 3 ( 4) 1 4 ( 5) 2 5 ( 6) 3 6 - 梁關(guān)聯(lián)號 - 梁號 節(jié)點 節(jié)點 梁號 節(jié)點 節(jié)點 梁號 節(jié)點 節(jié)點 ( 1) 4 7 ( 2) 5 9 ( 3) 7 11 ( 4) 8 5 ( 5) 9 12 ( 6) 10 6 ( 7) 11 8 ( 8) 12 10 - 支座約束信息 - ( 1) 13111 ( 2) 14111 ( 3) 15111 - 柱上下節(jié)點偏心 - 節(jié)點號 柱偏心值 節(jié)點號 柱偏心值 節(jié)點號 柱偏心值 節(jié)點號 柱偏心值 ( 1) 0.00 ( 2) 0.00 ( 3

45、) 0.00 ( 4) 0.00 ( 5) 0.00 ( 6) 0.00 ( 7) 0.00 ( 8) 0.00 ( 9) 0.00 ( 10) 0.00 ( 11) 0.00 ( 12) 0.00 ( 13) 0.00 ( 14) 0.00 ( 15) 0.00 - 標準截面信息 -1、標準截面類型 ( 1) 16, 250, 250, 500, 6, 10, 10, 5 ( 2) 27, 200, 200, 700, 400, 6, 10, 10, 5, ( 3) 16, 200, 200, 400, 6, 10, 10, 5 ( 4) 27, 200, 200, 400, 700, 6, 10, 10, 5,2、標準截面特性 截面號 xc yc ix iy a 1 0.12500 0.25000 0.35546e-03 0.26050e-04 0.78800e-02 2 0.10000 0.27500 0.36607e-03 0.13343e-04 0.71800e-02 3 0.10000 0.20000 0.17957e-03 0.13340e-04 0.62800e-02 4 0.10000 0.27500 0.36607e-03 0.13343e-04 0.71800e-02 截面號 ix iy w1x w2x w1y w2y 1 0.21239e+00 0.5