超詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全流程解析

超詳細(xì)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全流程解析隨著鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的急劇增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)形式日益豐富，不同的結(jié)構(gòu)體系和截面特性的鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)延性差異較大，為貫徹國(guó)家提出的“鼓勵(lì)用鋼、合理用鋼”的經(jīng)濟(jì)政策，根據(jù)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011（簡(jiǎn)稱(chēng)“抗規(guī)”）及《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50191規(guī)定的抗震設(shè)計(jì)原則，針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50017-2017（簡(jiǎn)稱(chēng)“新鋼標(biāo)”）增加了鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計(jì)內(nèi)容。根據(jù)性能設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)，其抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為：驗(yàn)算本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震作用的構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)彈性變形（小震不壞）、根據(jù)其延性驗(yàn)算設(shè)防地震作用下的承載力（中震可修）、驗(yàn)算罕遇地震作用的彈塑性變形（大震不倒）。對(duì)于很多結(jié)構(gòu)，地震作用并不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制因素，其構(gòu)件實(shí)際具有的受震承載力很高，因此，抗震構(gòu)造可適當(dāng)?shù)慕档?，從而降低能耗，?jié)省造價(jià)。抗震設(shè)計(jì)的本質(zhì)是控制地震施加給建筑物的能量，彈性變形與塑性變形（延性）均可消耗能量。在能量輸入相同的條件下，結(jié)構(gòu)延性越好，彈性承載力要求越低，反之，結(jié)構(gòu)延性差，則彈性承載力要求高，在新鋼標(biāo)中簡(jiǎn)稱(chēng)為“高延性-低承載力”和“低延性-高承載力”兩種抗震設(shè)計(jì)思路，均可達(dá)成大致相同的設(shè)防目標(biāo)。結(jié)構(gòu)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的延性等級(jí)確定對(duì)應(yīng)的地震作用設(shè)計(jì)方法，稱(chēng)為“性能化設(shè)計(jì)方法”。結(jié)構(gòu)遵循現(xiàn)有的抗震規(guī)范規(guī)定，采用的也是某種性能化設(shè)計(jì)的手段，不同點(diǎn)僅在于地震作用按小震設(shè)計(jì)意味著延性?xún)H有一種選擇，由于設(shè)計(jì)條件及要求的多樣化，實(shí)際工程按照某類(lèi)特定延性的要求實(shí)施，有時(shí)將導(dǎo)致設(shè)計(jì)不合理，甚至難以實(shí)現(xiàn)。大部分鋼結(jié)構(gòu)由薄壁板件構(gòu)成，針對(duì)結(jié)構(gòu)體系的多樣性及其不同的設(shè)防要求，采用合理的抗震設(shè)計(jì)思路才能在保證抗震設(shè)防目標(biāo)的前提下減少結(jié)構(gòu)的用鋼量。雖然大部分多高層結(jié)構(gòu)適合采用高延性-低承載力的設(shè)計(jì)思路，但是對(duì)于多層鋼框架結(jié)構(gòu)，在低烈度區(qū)，采用低延性-高承載力的抗震思路可能更合理，單層工業(yè)廠房也更適合采用低延性-高承載力的抗震設(shè)計(jì)思路。對(duì)于高烈度區(qū)的結(jié)構(gòu)及較高的鋼框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)中不應(yīng)采用低延性結(jié)構(gòu)，建議采用高延性-低承載力的抗震設(shè)計(jì)思路。性能化設(shè)計(jì)的核心思想，即通過(guò)：“高延性-低承載力”或“低延性-高承載力”的抗震設(shè)計(jì)思路，在結(jié)構(gòu)的延性和承載力之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)，達(dá)到最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)高延性結(jié)構(gòu)可適當(dāng)放寬承載力要求，對(duì)高承載力結(jié)構(gòu)可適當(dāng)放寬延性要求。注意：如果按照新鋼標(biāo)的抗震性能做了設(shè)計(jì)，就無(wú)需再滿(mǎn)足抗規(guī)及《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50191規(guī)定的特定結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求及規(guī)定。本文系統(tǒng)梳理性能設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合算例展示PKPM軟件如何實(shí)現(xiàn)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)及對(duì)新鋼標(biāo)中支撐產(chǎn)生的不平衡力對(duì)梁設(shè)計(jì)的影響。1.新鋼標(biāo)對(duì)性能設(shè)計(jì)的相關(guān)要求1.1抗震性能設(shè)計(jì)的性能等級(jí)和目標(biāo)的確定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震性能化設(shè)計(jì)根據(jù)建筑的抗震設(shè)防類(lèi)別、設(shè)防烈度、場(chǎng)地條件、結(jié)構(gòu)類(lèi)型和不規(guī)則性，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的作用、使用功能和附屬設(shè)施功能的要求、投資大小、震后損失和修復(fù)難易程度等，經(jīng)綜合分析、比較后選定其抗震性能目標(biāo)。鋼標(biāo)對(duì)構(gòu)件塑性耗能區(qū)的抗震承載性能等級(jí)及其在不同地震動(dòng)水準(zhǔn)下的性能目標(biāo)的劃分按照如下圖1進(jìn)行的劃分?！鴪D1構(gòu)件塑性耗能區(qū)的抗震承載性能等級(jí)和目標(biāo)1.2結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低延性等級(jí)的確定按照新鋼標(biāo)要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的延性等級(jí)應(yīng)根據(jù)設(shè)防類(lèi)別和塑性耗能區(qū)最低承載性能等級(jí)按照下圖2所示的方法確定，確定不同設(shè)防類(lèi)別不同性能目標(biāo)下的構(gòu)件延性等級(jí)。▲圖2結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低延性等級(jí)1.3結(jié)構(gòu)構(gòu)件的板件寬厚比限值的控制按照?qǐng)D2確定出結(jié)構(gòu)構(gòu)件最低的延性等級(jí)，再根據(jù)圖3規(guī)定對(duì)不同延性等級(jí)的相應(yīng)要求，確定對(duì)應(yīng)的寬厚比等級(jí)，再采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施?！鴪D3構(gòu)件延性等級(jí)對(duì)應(yīng)的塑像耗能區(qū)截面板件寬厚比等級(jí)1.4結(jié)構(gòu)塑性耗能區(qū)不同承載性能等級(jí)對(duì)應(yīng)的性能系數(shù)最小值新鋼標(biāo)對(duì)框架結(jié)構(gòu)、中心支撐結(jié)構(gòu)、框架-支撐結(jié)構(gòu)，規(guī)范結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)不同承載性能等級(jí)對(duì)應(yīng)的性能系數(shù)最小值按照?qǐng)D4要求執(zhí)行，對(duì)于不規(guī)則結(jié)構(gòu)的塑性耗能區(qū)構(gòu)件性能系數(shù)最小值，宜比規(guī)則結(jié)構(gòu)增加15%~50%?！鴪D4規(guī)則結(jié)構(gòu)塑性耗能區(qū)不同承載性能等級(jí)對(duì)應(yīng)的性能系數(shù)最小值1.5性能設(shè)計(jì)對(duì)于框架柱長(zhǎng)細(xì)比的構(gòu)造要求按照新鋼標(biāo)相關(guān)要求，對(duì)于框架柱的長(zhǎng)細(xì)比限值控制按照?qǐng)D5的要求執(zhí)行，根據(jù)確定的延性等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的長(zhǎng)細(xì)比