▲ 點擊上方藍字，關注SAUSAGE非線性！作者：侯曉武?丨 職位：技術經理

仁荷大學(韓)建筑工學博士

曾任建筑軟件(MIDAS?Gen/Building)技術負責人

擁有11年建筑軟件技術支持經驗

現(xiàn)專注于建筑結構非線性分析及抗震性能化設計等相關研究

每年協(xié)助用戶完成百余個復雜項目的超限分析

01前言

《鋼結構設計標準》(GB?50017-2017，以下簡稱“鋼標”)第5.5節(jié)增加了直接分析設計法。目前國內關于直接分析設計法與傳統(tǒng)設計方法的對比研究還較少，本文對某鋼框架結構在恒荷載作用下進行了直接分析設計與傳統(tǒng)設計結果的對比研究。

02算例參數(shù)

該研究案例采用了某實際鋼框架結構，橫向3跨(跨度為7m)，縱向6跨(跨度為8m)，標準層平面布置圖如圖1所示，單位為mm。鋼梁、鋼柱均為H型鋼，材料為Q345，樓板為120mm厚C30混凝土板。

圖1 結構平面布置圖

03對比模型

3.1 計算軟件及模型

采用鋼結構直接分析設計SAUSG-Delta軟件建立了該鋼結構的三維有限元數(shù)值模型。其中，鋼結構的梁、柱構件均采用纖維梁模型進行模擬，可考慮鋼結構中桿系構件的局部屈曲。混凝土樓板采用彈塑性分層殼單元模擬。

圖2 SAUSG模型圖3 PKPM模型圖4 MIDAS模型

直接分析法的結構整體初始幾何缺陷按“鋼標”公式5.2.1-1采用，整體初始幾何缺陷代表值的最大值取H/250，H為結構總高度。構件的初始缺陷代表值按“鋼標”公式5.2.2-1采用，構件綜合缺陷代表值根據(jù)型鋼類型按“鋼標”表5.2.2采用。傳統(tǒng)設計方法中的計算長度系數(shù)分別假定為無側移框架和有側移框架進行對比分析。

圖5?整體缺陷示意圖

圖6?構件缺陷示意圖

3.2 質量與周期對比

表1 質量與周期對比

從表1可以看出，三個軟件的模型質量和前三個振型的周期結果一致。

3.3 框架柱內力對比

3.3.1?一階彈性內力對比

選取一層角部、外邊和中間三個位置的框架柱，如圖7所示，查看框架柱在1.0倍恒荷載作用下的內力，結果如表2所示。

圖7?構件位置示意圖表2 底層框架柱彈性分析內力對比從表2可以看出，三個軟件在恒荷載作用下的框架柱一階彈性軸力結果一致。3.3.2?直接分析設計影響因素對比

為進一步研究幾何非線性、材料非線性以及結構初始缺陷對直接分析設計結果的影響，在SAUSG-Delta軟件中分別按照一階彈性、單獨考慮幾何非線性、單獨考慮初始缺陷(整體缺陷+構件缺陷)、單獨考慮彈塑性四種情況進行分析對比，結果如表3所示。

表3直接分析法各因素對底層框架柱內力影響從表3可以看出，在恒荷載作用下，初始缺陷對構件內力影響明顯，幾何非線性和材料非線性對構件內力影響不大。由于本算例為某工程事故鋼框架結構模型，所以在恒荷載下即發(fā)生了部分材料非線性，如圖8所示，結構在恒載作用下中部框架柱進入塑性，塑性應變最大值為9.5e^-4。

圖8 框架柱鋼材塑性應變

3.3.3?整體缺陷施加方向對比

分別設置整體缺陷施加角度(整體缺陷方向與整體坐標系X軸方向的夾角)為0、30、45、60以及90度進行直接分析設計，結果如表4所示。

表4?整體缺陷施加方向對構件內力的影響

從表4可以看出，對于角柱，沿45度方向設置整體缺陷時軸力最大；對于外邊柱和中間柱，當整體缺陷角度為0度時構件軸力和強軸方向彎矩最大，而整體缺陷角度為90度時，構件弱軸方向彎矩最大。

3.3.4 底層柱應力比對比

采用傳統(tǒng)設計方法進行鋼構件穩(wěn)定計算時，分別假定結構為無側移和有側移，PKPM和MIDAS兩個軟件計算得到的框架柱計算長度系數(shù)如表5所示，結果一致。

表5?框架柱計算長度系數(shù)對比

傳統(tǒng)設計方法與直接分析設計得到的底層框架柱應力比如表6所示。

表6?底層框架柱應力比對比

從表6可以看出，該結構的角柱、外邊柱和中間柱，傳統(tǒng)設計方法均由弱軸方向穩(wěn)定控制，有側移與無側移應力比計算結果相差較大；直接分析設計得到的應力比介于傳統(tǒng)設計方法的有側移和無側移應力比結果之間。

表6中直接分析設計初始缺陷分別按照0、30、45、60以及90度進行計算，詳細結果如表7所示。表7 考慮不同方向整體缺陷構件應力比對比

從表7可以看出，角柱在初始缺陷為45度時應力比最大，外邊柱和中間柱的初始缺陷為90度時應力比最大，說明至少應施加0度、45度和90度的初始缺陷以獲得直接分析設計的最不利應力比。

04結論

本文對一個鋼框架結構進行了恒荷載作用下的傳統(tǒng)設計方法與直接分析設計方法對比研究，結論如下：

(1)鋼框架結構的初始缺陷對直接分析設計結果影響明顯。

(2)鋼框架結構應至少沿0度、45度和90度方向施加初始缺陷進行直接分析設計。

(3)鋼框架結構的直接分析設計應力比可能介于傳統(tǒng)鋼結構設計方法的有側移和無側移結構之間，可以更好的體現(xiàn)鋼框架結構真實受力狀態(tài)。

往期推薦

1、技術周刊丨SAUSG讓鋼結構整體穩(wěn)定性分析變輕松

2、技術周刊丨鋼結構直接分析設計方法對穩(wěn)定系數(shù)的校核

3、技術周刊丨顯示分析提速——局部質量放大法

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的设计有三个窗口的框架结构网页_技术周刊丨钢框架结构直接分析设计与传统设计方法对比研究——恒荷载作用结果对比...的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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