▲ 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設計結果的對比研究。

02算例參數

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型鋼類型按“鋼標”表5.2.2采用。傳統設計方法中的計算長度系數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

采用傳統設計方法進行鋼構件穩定計算時，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如表5所示，結果一致。

表5?框架柱計算長度系數對比

傳統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，傳統設計方法均由弱軸方向穩定控制，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，可以更好的體現鋼框架結構真實受力狀態。

往期推薦

1、技術周刊丨SAUSG讓鋼結構整體穩定性分析變輕松

2、技術周刊丨鋼結構直接分析設計方法對穩定系數的校核

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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