【正文】 上海市標(biāo)準(zhǔn)《輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(DBJ086897)。一. 荷載1. 屋面活載屋面活荷載設(shè)計(jì)值 彩鋼板屋面自重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/ 屋面檁條自重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/ 支撐重標(biāo)準(zhǔn)值 KN/2. 風(fēng)荷載 （10m高處） KN/ 3. 主梁，柱自重程序自動計(jì)算4. 吊車荷載查找吊車數(shù)據(jù)庫5. 基本雪壓 KN/ 二. pkpm內(nèi)力計(jì)算結(jié)果工程名: 工業(yè)廠房 ************ ***************** 日期: 6/10/2004 時(shí)間:10:13:39 設(shè)計(jì)主要依據(jù): 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 500092001)。然而，Liew（1992）中的若干基準(zhǔn)點(diǎn)研究說明這種方法估計(jì)的極限強(qiáng)度狀態(tài)比起一個(gè)超靜定框架的實(shí)際強(qiáng)度來說是太保守了。4. 現(xiàn)在的研究表明，基于具體構(gòu)件承載能力核實(shí)的彈性分析程序在評估超靜定結(jié)構(gòu)在極限強(qiáng)度狀態(tài)下的性能時(shí)，是有局限的。對于Liew（1992）研究過的有側(cè)移框架例子，改進(jìn)塑性鉸方法給出了偏安全的結(jié)果并保證了一個(gè)合理的準(zhǔn)確度。 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。● 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(shí)?！?只受軸力作用的柱：。另外，這個(gè)方法在估計(jì)框架在彈性屈服狀態(tài)或極限強(qiáng)度狀態(tài)時(shí)的破壞荷載時(shí)是足夠精確的。這些規(guī)范方程通過大量的核準(zhǔn)才得到的，包括對帶有初始缺陷的柱子的經(jīng)驗(yàn)性的和理論性的研究。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。不需要對平面內(nèi)構(gòu)件分別進(jìn)行核實(shí)，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。在這樣的例子中，就要用到CRC切線模量。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(shí)用以下的表達(dá)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)用改進(jìn)塑性鉸分析法分析框架時(shí)，必須按（2）式確定框架中每個(gè)樓層平面的傾斜。設(shè)計(jì)建議改進(jìn)塑性鉸分析的設(shè)計(jì)建議羅列如下。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。在這樣一個(gè)局部結(jié)構(gòu)中，它的柱子是細(xì)長的（）并受非常大的軸力（），我們認(rèn)為彈塑性鉸方法得出的荷載分布和撓度值沒有改進(jìn)塑性鉸方法得出的準(zhǔn)確。框架中更危險(xiǎn)構(gòu)件的剛度被高估了，因?yàn)榉治鲋袥]有考慮到逐漸屈服的過程。圖12的結(jié)果說明LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)過程是偏保守的。對于這個(gè)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. 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(jì)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(qiáng)度；一個(gè)樓層中所有柱子所必需的軸向抗壓強(qiáng)度。圖11中有改進(jìn)塑性鉸和彈塑性鉸分析得出的塑性鉸的位置。 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(shí)，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。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。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(xì)的說明。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)。改進(jìn)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。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(diǎn)軌跡中會產(chǎn)生突變。這是彈塑性方法的一個(gè)明顯的缺陷，因?yàn)樵诖_定整體強(qiáng)度時(shí)并沒有利用超靜定框架的內(nèi)力重分布。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。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(jì)的破壞模型圖7（a）與圖7（b）給出了荷載參數(shù)β=。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％。在應(yīng)用LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法時(shí)，是根據(jù)計(jì)算圖表中的公式（Load 1986）來確定剛框架的有效長度系數(shù)的。在塑性區(qū)分析中不考慮材料硬化。在Liew（1992）中還給出了荷載情況對剛性框架極限強(qiáng)度性能的影響的其它結(jié)論。剛性框架圖6給出了兩個(gè)無側(cè)向變形門式框架的尺寸和構(gòu)件的尺寸。 ● 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。下面的簡化分析方法是用來評價(jià)這部分框架的極限狀態(tài)的。改進(jìn)塑性鉸方法在估計(jì)圖5中梁柱的極限強(qiáng)度時(shí)是非常成功的，最大誤差低于7％。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(gè)分析都精確地模擬了構(gòu)件的初始變形（在中部達(dá)到最大值）。然而當(dāng)把一元分析的改進(jìn)塑性鉸方法應(yīng)用于的柱子中，其誤差將降到低于5％。LRFD－Et必須用于非彈性分析從而使得構(gòu)件缺陷影響可以被認(rèn)為是沒有疑問的。當(dāng)非彈性分析用于框架設(shè)計(jì)時(shí)，AISC LRFD給出了一些軸心力的限制：對于有側(cè)移柱，要求且；對于無側(cè)移柱，要求。然而，－Et非彈性屈曲分析的最大誤差與AISC LRFD柱強(qiáng)度曲線相比其保險(xiǎn)系數(shù)不大于5％。以這種方法得到的柱強(qiáng)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(jì)的值是相同的。對比結(jié)果顯示把改經(jīng)塑性鉸分析得出的柱強(qiáng)度曲線用于長細(xì)比為的柱子時(shí)，其保守系數(shù)不超過5％。 圖3. 且的斜柱框架強(qiáng)度曲線的對比圖4給出了改進(jìn)塑性鉸分析得出得結(jié)果，每個(gè)柱子用兩個(gè)元素。對于一般的荷載情況，對能夠考慮分散塑性作用的改進(jìn)塑性鉸分析方法的應(yīng)用，極大地改進(jìn)了非彈性強(qiáng)度估計(jì)。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。改進(jìn)塑性分析法用于圖3的框架結(jié)構(gòu)時(shí)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(cuò)。這意味著在估計(jì)彈性彎曲或塑性機(jī)制下的破壞荷載時(shí)，二階彈塑性鉸分析是有足夠的精確度的。彈塑性鉸模型是有可能過低估計(jì)弱軸強(qiáng)度的。在圖1和2描述的門式鋼架中，塑性鉸模型的強(qiáng)軸強(qiáng)度出現(xiàn)了誤差，大約平均誤差有9％，最高的有20％。同樣的，在接下來的全部復(fù)核研究中，改進(jìn)塑性鉸分析方法是利用了拋物線型剛度退化作用。然而，對于塑性鉸分析方法只給出了強(qiáng)軸的強(qiáng)度曲線。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(dú)立梁柱，強(qiáng)弱軸柱的工作性能。用于直接計(jì)算構(gòu)件和系統(tǒng)強(qiáng)度的塑性鉸分析方法的適用范圍已經(jīng)得到確定。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。任何分析方法如果與這些基準(zhǔn)點(diǎn)相符合就可以被認(rèn)為是滿足二維改進(jìn)非彈性分析的。合成模型已經(jīng)對改進(jìn)塑性鉸方法做了定義。我們做了一些個(gè)案分析，目的是為了闡述改進(jìn)塑性鉸方法在預(yù)測獨(dú)立構(gòu)件強(qiáng)度和局部穩(wěn)定以及整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度方面的精確性。杭州大學(xué)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題 目： 重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目 錄摘 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(jìn)塑性鉸分析方法 7軸心受力柱 8獨(dú)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(jì)的破壞模型 16荷載作用點(diǎn)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(jì)推論 20設(shè)計(jì)建議 22第二章參考文獻(xiàn) 26附 錄 28Ⅰ計(jì)算書 28一. 荷載 28二. pkpm內(nèi)力計(jì)算結(jié)果 28 132四. 墻梁計(jì)算 136 142 148七．屋面橫向支撐計(jì)算 158八．柱間支撐計(jì)算 158九. 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 160Ⅱ圖 紙 161致 謝 172重型工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)摘 要本文討論的是與二維鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)分析方法相關(guān)的若干使用問題。同時(shí)，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(jià)了這個(gè)分析模型的性能。這篇論文詳細(xì)地評估了用來模擬梁柱和框架平面內(nèi)強(qiáng)度性能的彈塑性鉸和改進(jìn)的塑性鉸分析方法。也就是說，分析模型可以以足夠的精確度來表達(dá)梁柱的強(qiáng)度從而單獨(dú)的具體構(gòu)件的承載力驗(yàn)算就不需要了。這些研究的主要目的是確定可以用于設(shè)計(jì)的塑性鉸分析方法的可靠度和精確度。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(jì)的建議。有側(cè)移框架圖1－3把二階彈塑性鉸和改進(jìn)塑性鉸分析方法得出的非平面強(qiáng)度曲線和Kanchanalai（1977）的塑性區(qū)結(jié)果做了比較。因?yàn)槠浣Y(jié)果是用無量綱的形式表示的，而且用于強(qiáng)軸和弱軸截面強(qiáng)度分析的是同一種塑性強(qiáng)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(qiáng)軸強(qiáng)度曲線是非常相似的。另外，圖1－3中給出了一條表示梁柱構(gòu)件初始彎曲作用的曲線。對于圖3中的斜柱框架，強(qiáng)軸強(qiáng)度也估計(jì)的過高，最大誤差達(dá)20％。這體現(xiàn)在圖1的框架例子中。然而，對于圖1－3中的框架來說，在塑性鉸分析中，在一系列彎矩軸力比下強(qiáng)軸和弱軸強(qiáng)度都被估計(jì)的過高。在這個(gè)例子中，如果用彈塑性鉸模型分析弱軸強(qiáng)度，其最大誤差將達(dá)到30％，而如果用改進(jìn)塑性鉸模型，其誤差不超過1％。因此，把切線模量單獨(dú)應(yīng)用于彈塑性鉸分析中對于表達(dá)構(gòu)件的剛度退化是不夠的，特別是當(dāng)構(gòu)件中的彎距并不是很小時(shí)。圖2. 且的門式框架強(qiáng)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(shí)例的剛度相比，構(gòu)件的非彈性彎曲剛度會被改進(jìn)塑性鉸模型所低估。我們假設(shè)一個(gè)尺寸為831的柱截面繞強(qiáng)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。這就可以得出結(jié)論，改進(jìn)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(qiáng)度估計(jì)的影響是微乎其微的。我們可以看到，兩個(gè)切線模量非彈性屈曲分析方法都過高估計(jì)了含于AISC LRFD柱方程（Load 1986）的柱承載能力。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。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。然而，對于的柱子，為了合適地評估柱的強(qiáng)度，需要對構(gòu)件的初始缺陷作出精確的模擬。獨(dú)立梁柱結(jié)構(gòu)Zhou et al.（1990）研究的獨(dú)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(jìn)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(shí)的性能。改進(jìn)塑性鉸模型是基于CRC柱切線模量的使用的，因?yàn)闃?gòu)件的初始變形在分析中已經(jīng)得到了精確的模擬。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。● LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法——一種用于確定構(gòu)件最大強(qiáng)度的直接的二階彈性分析方法。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(gè)分析中也得到了精確的模擬。這些框架中的梁和柱在其繞強(qiáng)軸彎曲方向上是剛性連接的。在塑性區(qū)分析中（Chen et al. 1990）,所有的梁柱橫截面都含有初始?xì)堄鄳?yīng)力，其最大壓應(yīng)力值出現(xiàn)在邊緣端部，大小為。在應(yīng)用塑性鉸分析時(shí)，所有的荷載都是按比例分配的。圖6給出了柱系數(shù)k的值。LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法總體上是偏保守的。大體上，柱子的軸力大致為標(biāo)準(zhǔn)荷載按比例分配給每根柱子。二階塑性區(qū)分析顯示受系數(shù)β=（Chen et al. 1990）。另外，LRFD彈性分析/設(shè)計(jì)方法估計(jì)的簡支框架的承載力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固支框架。當(dāng)有額外的荷載施加到結(jié)構(gòu)上時(shí)，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。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。Ziemian的著作通過提供詳細(xì)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(gè)極大的補(bǔ)充。在兩種基于塑性鉸的分析方法中，梁都被模擬為四個(gè)離散的元件，而柱子都被看作是一元的。在Vogel的塑性區(qū)研究中，框架達(dá)到其最大承載能力，在彈塑性分析中。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(jì)算得出的作用在框架固定位置上的軸力和彎矩進(jìn)行了比較。而在改進(jìn)塑性鉸分析中。圖9. 六層框架荷載—位移曲線的比較圖12給出了標(biāo)準(zhǔn)化框架的k系數(shù)的值?？梢钥闯鲆恍┑蜆菍拥牧汉涂蚣苤兴械闹佣歼€有安全儲備，而這些安全儲備沒有在評價(jià)整個(gè)系統(tǒng)強(qiáng)度時(shí)利用起來。因此，越危險(xiǎn)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。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(cuò)誤估計(jì)會對整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的估計(jì)造成影響。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(qiáng)度的直接估計(jì)會導(dǎo)致所得的結(jié)果偏于非保守。1. 分析中柱初始偏心要特別指定。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。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