第一章 结构分析
1.1 结构三维分析
钢结构CAD软件STS可以建立多高层钢框架,门式刚架等结构的三维模型,对于三维模型的整体分析和构件设计,必须配合PKPM系列的TAT,SATWE,或PMSAP软件来完成,该部分计算技术条件详见SATWE、TAT、PMSAP的用户手册与技术条件。
1.2 结构二维分析
二维分析是平面杆系钢结构的计算,可以完成轻型门式刚架、平面框架、排架、框排架、桁架、支架等结构的分析设计,可以考虑单拉杆件。
二维分析程序有如下特点:
Ø 本程序把PK的平面杆系结构计算扩充到钢结构的计算;
Ø 程序可以计算的杆件截面类型扩充到100多种;
(1) 矩形、园形、工形、箱形、园管形、十字形、槽形、L形、多边形等;
(2) 可直接调用型钢库中的各种型钢截面,包括角钢、槽钢、工字钢和H型钢;
(3) 型钢组合截面,如角纲组合、槽纲组合截面;
(4) 变截面杆件,包括矩形、工形和箱形的变截面杆件;
(5) 加腋梁截面,包括矩形、工形和箱形加腋梁;
(6) 工字钢和钢筋混凝土楼板组合梁截面;
(7) 实腹式组合截面柱,如工字钢翼缘上焊钢板、双槽钢加钢板、槽钢与工字钢加钢板、双工字钢加钢板、双角钢加钢板和焊接工字钢组合、两槽钢与工字钢组合,双焊接工字钢加钢板组合、钢板和热轧工字钢组合、双角钢带钢板焊接工字钢组合、钢板和焊接工字钢的组合等等;
(8) 格构式组合截面,有双角钢带钢板和热轧工字钢组合、槽钢和工字钢组合、双工字钢组合、双角钢带钢板和焊接工字钢组合、槽钢和焊接工字钢组合、双焊接工字钢组合、四角钢组合、钢管组合等,格构式截面中间用缀板式或缀条连接;
(9) 钢管混凝土,钢管混凝土组成的格构式组合截面;
(10) 冷弯薄壁型钢截面与冷弯薄壁型钢截面组合截面。
Ø 各种复杂截面采用图形对话窗口的人机交互方式输入,并便于随时查询修改;
国内通用的各种型钢规格及其相关参数均由程序设计的库管理,用户选用某种规格的型钢后其截面特征由程序自动从库中提取。
Ø 可按照轻钢规范进行轻型钢结构门式刚架设计;
Ø 可进行轻型钢结构门式刚架和钢桁架的截面优化设计;
Ø 可以考虑活荷的最不利布置与一次加载情况;
Ø 可以考虑多跨吊车、双层吊车、悬挂吊车的最不利组合;
Ø 可按振型分解法计算水平地震和大跨情况下的竖向地震作用;
Ø 除型钢截面外,各种异形截面及组合截面的截面特征由程序计算生成;
Ø 构件可以一端铰接、二端铰接或刚接布置,截面布置可以0°,90°或180°布置;
Ø 变截面、加腋截面和工字钢加混凝土板组合截面杆件的刚度矩阵与荷载向量专门设计完成;
Ø 可进行“单拉杆件”设计;
结构中的“单拉杆件”只受拉力而不受压力,如一些斜撑,定义为拉杆的杆件,一旦受到压力,则不再参与计算。拉杆在建模时定义。
Ø 可模拟弹性支座和滑动支座的分析;
Ø 可进行钢柱截面的强度和稳定性验算;
可按结构有侧移或无侧移状况计算柱的计算长度,并根据不同类形的截面按规范求出构件整体稳定系数,程序从框架平面内和平面外两个方向的稳定计算。
Ø 进行钢构件的强度、稳定、变形计算;
Ø 图形输出内力计算及强度、稳定性验算、结构变形结果,并可查看详细的计算结果文件;
Ø 可计算顶层铰接或刚接的框排架结构,排架柱各阶的计算长度由程序自动生成;
Ø 可读取三维钢框架全楼模型抽榀生成的平面框架或连续梁的计算数据文件;
该文件可进入人机交互状态进一步修改编辑。
Ø 程序精确计算各杆件重量,以便进行工料分析;
Ø 结构计算部分可传出数据接力钢框架、钢桁架、钢支架、门式刚架施工图CAD;
Ø 程序可以考虑任意截面的输入、分析,可以考虑玻璃幕墙铝合金型材的分析、验算
Ø 本程序可以分析计算钢筋混凝土构件,可以分析计算钢与钢筋混凝土混合框架;
Ø 本程序保留PK程序的其它全部功能。
如本软件的分析结果可接力PK部分绘钢筋混凝土框架部分、钢筋混凝土排架柱施工图等。
1.3 设计依据
对于普通钢结构,如钢框架,钢桁架,钢支架,钢排架,钢吊车梁,屋面支撑,柱间支撑,程序默认按《钢结构设计标准》(GB 50017-2017,)计算。
对于冷弯薄壁型钢结构,按《冷弯薄壁型钢结构设计规范》(GB 50018)计算。
对于轻钢门式刚架,可以按:《钢结构设计规范》(GB 50017-2003),《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB 51022-2015),上海市标准《轻型钢结构设计规程》(DBJ08-68-97)计算。有参数可供选择。
对于檩条、墙梁,可以分别按照《冷弯薄壁型钢结构设计规范》(GB 50018)和《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB 51022-2015)计算。
对于钢管混凝土,钢管混凝土组合截面,按照《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS 28-2012)计算。
用任意截面输入,并选择验算规范为:2-(材料:铝合金)按玻璃幕墙工程技术规范,程序对这类构件自动按《璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)进行截面的强度与稳定验算。
1.4 钢材的设计强度和物理性能指标
对于普通钢结构可计算钢材牌号和强度取值如下:
牌号 | 强度设计值(f,fv,fy) | ||||
<=16mm | >16mm ~40mm | >40mm ~63mm | >63mm ~80mm | >80mm ~100mm | |
Q235 | 215,125,235 | 205,120,225 | 200,115,215 | 200,115,215 | 200,115,215 |
Q345 | 305,175,345 | 295,170,335 | 290,165,325 | 280,160,315 | 270,155,305 |
Q390 | 345,200,390 | 330,190,370 | 310,180,350 | 295,170,330 | 295,170,330 |
Q420 | 375,215,420 | 355,205,400 | 320,185,380 | 305,175,360 | 305,175,360 |
*Q460 | 410,235,460 | 390,225,440 | 355,205,420 | 340,195,400 | 340,195,400 |
*Q500 | 445,255,500 | 425,245,480 | 395,225,470 | 380,220,450 | 370,215,440 |
*Q550 | 485,280,550 | 470,270,530 | 440,255,520 | 420,245,500 | 415,240,490 |
*Q620 | 550,315,620 | 530,305,600 | 500,285,590 | 480,275,570 |
|
*Q690 | 610,355,690 | 595,340,670 | 560,320,660 | 540,310,640 |
|
对于按新门规(GB 51022-2015)验算的构件强度取值如下:
牌号 |
钢材厚度或直径 (mm) |
f |
fv |
fy |
Q235 | <=6mm
| 215 | 125 | 235 |
>6mm ~16mm | 215 | 125 | ||
>16mm ~40mm | 205 | 120 | 225 | |
Q345 | <=6mm
| 305 | 175 | 345 |
>6mm ~16mm | 305 | 175 | ||
>16mm ~40mm | 295 | 170 | 335 | |
LQ550 | <=0.6mm
| 455 | 260 | 530 |
>0.6mm ~0.9mm | 430 | 250 | 500 | |
>0.9mm ~1.2mm | 400 | 230 | 460 | |
>1.2mm ~1.5mm | 360 | 210 | 420 |
牌号 | 抗拉强度最小值(fu) | 端部承压强度(fce) |
Q235 | 370 | 320 |
Q345 | 470 | 400 |
Q390 | 490 | 415 |
Q420 | 520 | 440 |
Q460 | 550 | 470 |
*Q500 | 540 | 460 |
*Q550 | 590 | 500 |
*Q620 | 670 | 570 |
*Q690 | 730 | 620 |
牌号 | 强度设计值(f,fv,fy) | 抗拉强度最小值(fu) | 端部承压强度(fce) | |||
<=16mm | >16mm ~35mm | >35mm ~50mm | >50mm ~100mm | |||
*Q235GJ | 220,130,235 | 220,130,235 | 205,120,225 | 190,110,215 | 400 | 345 |
Q345GJ | 325,190.345 | 325,190.345 | 325,190,345 | 300,175,335 | 490 | 415 |
*Q390GJ | 370,210,390 | 370,210,390 | 345,200,380 | 330,190,370 | 490 | 425 |
*Q420GJ | 395,230,420 | 395,230,420 | 375,215,410 | 360,205,400 | 520 | 450 |
*Q460GJ | 435,250,460 | 435,250,460 | 410,240,450 | 390,225,440 | 550 | 475 |
牌号 | 强度设计值(f,fv) | ||||
<=0.6 | 0.6~0.9 | 0.9~1.2 | 1.2~1.5 | 1.5以上 | |
*LQ550 | 455,260 | 430,250 | 400,230 | 360,210 | 按Q550取值 |
以上强度设计值参考了JGJ99-2015《高层民用建筑钢结构技术规程》进行了修改,其中带*者未在规范(JGJ99-2015)中给出设计值,根据GB/T 1591和GB/T 19879的屈服强度和钢结构规范(报批稿)给出的材料抗力分项系数推算所得。其中Q460以上钢号强度设计值均是按照钢结构规范(报批稿)中的Q460的材料抗力分项系数计算所得(Q460按报批稿中取值);建筑用钢板的强度设计值按照钢结构规范(报批稿)中的Q345GJ的材料抗力分项系数计算所得;其余各强度均按照钢结构规范(报批稿)条文说明中的表4-5转换得到。需要注意的是,LQ550是Q550的一种特殊情况,在正常厚度下和Q550强度一致。
在超过表中所给范围时,默认按上一级的强度取值。
冷弯薄壁型钢可计算钢材牌号有两种:Q235钢,Q345钢,钢材的设计强度按照 《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB 50018-2002)表4.2.1采用。
对于角焊缝强度,程序目前的取值原则如下:
| 钢号 | ||||
Q235/Q235GJ | Q345/Q345GJ | Q390/Q390GJ | Q420/Q420GJ | Q460及以上 | |
角焊缝强度设计值(抗剪强度) | 160 | 200 | 220 | 220 | 220 |
螺栓的承压强度目前取值如下:
钢材牌号 | 普通C级螺栓承压强度 | 普通A、B级螺栓承压强度 | 承压型高强螺栓承压强度 |
Q235 | 305 | 405 | 470 |
Q345 | 385 | 510 | 590 |
Q390 | 400 | 530 | 615 |
Q420 | 425 | 560 | 655 |
Q460 | 450 | 595 | 695 |
Q500 | 440(*) | 585(*) | 680(*) |
Q550 | 485(*) | 640(*) | 745(*) |
Q620 | 550(*) | 725(*) | 845(*) |
Q690 | 600(*) | 790(*) | 920(*) |
Q235GJ | 330(*) | 430(*) | 505(*) |
Q345GJ | 400 | 530 | 615 |
Q390GJ | 400(*) | 530(*) | 615(*) |
Q420GJ | 420(*) | 560(*) | 655(*) |
Q460GJ | 450(*) | 595(*) | 695(*) |
以上中带有(*)标记的为程序根据钢结构规范条文说明中中系数转换得到。
钢材的弹性模量E 取206×103 (N/mm2),钢材的质量密度ρ 取7850 (kg/m3)。

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