2023年构力学堂第一课

特邀三位资深结构技术专家

结构软件事业部技术总监刘孝国

基础软件产品设计经理刘华

钢结构软件产品经理朱恒

为大家带来PKPM结构答疑会

堂宝为大家整理了

关于上部结构、基础结构及钢结构

15个问题供大家学习

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《结构设计疑难问题解答》专栏

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钢结构部分问题答疑

”

，时长06:29

问

针对下部钢框架、上部门刚的这种结构类型在SATWE计算时，有哪些参数设置应该注意？风荷载应如何考虑？构件设计时有哪些需要注意的地方？

1、结构类型选择：从体系上来说，需要判断夹层部位的规模，如果只是局部的夹层，那么从整体来说，还属于门式钢架范畴。如果下部都是框架，则更偏向于钢框架结构。

其次我们来看不同结构体系之间的差别，主要是程序处理方面

程序之所以需要区别不同的钢结构类型，主要是因为抗震规范中区分了不同的类型，并规定了相应的构造要求。从构造要求来看，如果结构可以划分到钢框架类型，则可以按钢框架来考虑。如果属于门式刚架范畴，则建议可以按钢结构厂房处理。这里还有一种形式是多层钢结构厂房，区别主要是长细比的控制略有不同，从控制方式其实可以看到，这种结构形式更加适合柱轴力分布明显不均匀的情况，比如一个布置平面内既有框架也有门刚。

2、风荷载考虑方式：程序中给了两种风荷载的考虑方式，普通风和特殊风。普通风只能作用在层高位置，而且无法考虑梁上的均布荷载。而门刚屋面一般都是坡屋面，需要考虑屋面的风对结构的影响，所以必须按特殊风加载。

在特殊风生成的时候，还需要考虑一个因素，就是柱间风的考虑方式。程序提供了传统方式和精细方式。传统方式是按柱上的风荷载总量等效为节点荷载施加在柱顶位置，而精细方式则是按柱间均布荷载来施加。钢结构属于风荷载敏感结构，风荷载的变化对结果影响较大。而这两种施加方式，等效的集中力作用点位置差了半个柱高，面对厂房这种层高较高的结构，差异就很大了。所以还是尽量选择精细方式来生成。

3、纵向系杆：这是在建模阶段就要考虑的问题，屋面的纵向系杆往往在很多项目中都是不拉通的，但是计算建模的时候不能这么考虑。因为门式钢架中的屋面梁翼缘都比较窄，面外刚度不佳。在实际中会有屋面及围护体系对其进行约束，但计算建模时是无法考虑这些因素的，所以缺少面外约束的梁在中间增加节点后，很容易引起局部振动，影响计算结果。而且缺少系杆的纵向传力，屋面支撑的计算也不尽合理。

另外一个问题是按何种杆件建模的问题，一般采用梁构件来创建，这样方便划分房间，可以方便导荷（但是要注意修改导荷方式为对边导荷）。但是此时构件验算时也会按梁来考虑，那么承载力验算和构造要求就会有问题。另一种方式时按斜杆建模，此时后处理中需要注意的点较少，但是导荷就无法自动进行了，需要人为在梁上施加屋面荷载。

4、构件设计设计：在钢标和门规中，并没有对构件的验算公式做强制要求，但是我们详细比较两本规范以后可以发现，门规中的验算公式仅仅考虑了面内的力，而钢标中则是能同时考虑面内和面外。另一个差异是门规对变截面构件也有很明确的验算规定，而钢标中则没有。所以在选择构件的验算规范时的规则也很明显了，对于变截面构件，且没有面外荷载作用时，可以选择按门规来进行验算，否则按钢标验算结果会更加安全。

答

，时长02:28

问

钢结构二阶分析，软件是按照非线性分析处理的吗？二阶分析下地震是如何考虑的呢？

目前常见的结构分析软件都只能按线性方法进行分析处理，satwe也是一样。这里有一个问题需要展开说一下。程序中提供了两种二阶效应的考虑方法，一种是规范给出的内力放大法，这种方法大家是没有疑虑的，实际按规范执行就可以。另一种是修正刚度矩阵的方法，这个应该是提问的设计师感到疑虑的地方，因为修正刚度矩阵从常规的做法上会有一个迭代设计的过程，这也是求解非线性问题的过程。Satwe程序并没有采用这样的方式，而是参考了一些现有的成熟方法，直接对刚度矩阵进行一次性修正，采用这个修正后的刚度矩阵进行分析。所以地震的考虑也是和现有的方式是一样的。

答

，时长03:41

问

钢结构防火，荷载比和应力比的关系是什么，PKPM是怎样处理的？

两者从计算方法上来说是基本一致的，但是有两点差别需要注意。1、两者计算采用的内力不同，钢结构标准用于计算应力比的组合是基本组合，而钢结构防火规范则是用的偶然组合计算荷载比。2、两者的目的不同，钢结构标准中的应力比实际就是内力和构件承载力的比值，通过这个比值来判断构件是否满足正常使用的受力情况。而防火规范中的这个荷载比，其目的是通过常温下的承载力比值，确定构件的承载力富裕量，通过这个富余量来判断构件的临界温度，富余量多的构件（荷载比小）可以有更高的温度上升空间。所以这个荷载比只是计算中的一个中间变量，并不能作为构件是否满足要求的标准。

答

，时长06:27

问

下部框架，上部门刚结构，在三维模型中，二层梁设置了门刚梁，计算时钢梁的稳定性是按照门规计算吗？门刚梁的平面外计算长度不能按照隅撑布置，这个计算长度如何取值，谢谢。

在satwe中设置了门式钢梁以后，构件设计是会按照门刚规范来验算的，不过这里有两点需要注意一下：1、门刚规范中梁的稳定有两种算法，目前satwe中只能按照第一种算法进行设计，即按普通的梁面外是强支撑点，考虑面外计算长度的方法；2、门刚规范中可以支持变截面构件的稳定计算，而新钢标中则是不支持的。门刚梁如果按第一种方法进行设计时，那么面外计算长度就应该按照面外的刚性支撑的间距来考虑，一般就是水平支撑的间距。因为梁稳定设计的基本原则是内力和稳定承载力的比值，而稳定承载力都取决于临界弯矩Mcr，所以通过试算的方式，找到和隅撑支撑情况下，临界弯矩计算值相当的水平支撑间距值可是可行的。但是这种方法需要有一定的耐心，也需要对规范有很深刻的理解，一般不建议这么做。

答

，时长04:33

问

门刚，局部夹层不满布置时且荷载比较大，必须要三维建模分析是吗？

首先要清楚为什么一般的门刚结构可以按二维进行计算。一般门式刚架结构都比较规则，平面呈规则矩形，而且沿结构的两个方向都有相对独立的抗侧体系，竖向传力体系清晰，而且柱构件不存在双向受弯的情况。基于这些前提，将门刚体系简化成二维进行计算是完全可行的。反过来说，如果不满足以上的条件，简化成二维计算是会存在风险的。在这个问题里面，第一是局部夹层面积是否比较大？是否是双向刚接框架？这些结构布置的因素会导致平面刚度的不均匀，一方面地震计算会出现差异，另一方面柱会存在双向受弯的问题。第二是荷载分布是否不均匀？这个带来的问题就是质量不均匀，同样会带来地震计算的问题。所以从这两个角度出发，还是建议按三维建模分析。

答