【推荐】 设计砼柱钢梁注意事项http://www.jzcad.com/bbs/viewthread.php?tid=4134&fromuid=3088
【推荐】 设计砼柱钢梁注意事项
http://www.jzcad.com/bbs/viewthread.php?tid=4134&fromuid=3088
2楼
3d3s设计砼柱钢梁
l 先建模
l 2将H钢柱的腹板厚定义的和翼板宽大小一样,
l 3定义材性为砼,
l 4单元释放:将一柱绕3轴转动释放,另一柱绕3轴转动和绕2轴平动释放
l 5工况组合和计算
将钢梁用门钢规范进行校核,没有出现错误提示强度为0.559,计算很正常,校核不要将混凝土柱一起校核,否则就出现你说的那个错误提示,原因是混凝土柱的回转半径程序可能不计算,所以,长细比就超出50,
用3D3S计算砼柱+刚架梁结构,理论上不产生剪力,因为必须将一端水平约束释放掉。但实际上有点剪力,由锚栓承受。如果一端不作水平释放处理,柱顶、梁端会产生较大弯矩,不符合简支梁的受力状况。
这是3d3s网站上关于砼柱钢梁模型建立的支座设置
一根X方向的简支梁的支座约束条件相对复杂:
1、两端支座节点都需要z方向约束,其中一端需要X方向约束;
2、由于在结构体系中为空间框架,所以平面外的Y方向都需要约束;
3、为防止一根构件绕本身轴转动,所以一端需要绕X轴约束,即防止扭转。
在计算有吊门刚时,柱底一般是刚结,用轻钢规范(查表法)算就比较保守了,应选用一阶分析法进行复核,
验算结果为沿(注意是"沿",不是绕)2轴挠度不足,3D3S中2轴就是腹板方向,沿2轴的挠度就是整个截面沿强轴方向的挠度,挠度不足是正常的,最好的办法就是加高截面. 此种情况是绕2轴挠度不满足,需增加梁翼缘宽度.
1. 乘重力加速度(g=9.8)是为了把力的单位t换算成kN,荷载规范中荷载的单位是kN。
2. 吊车的竖向和水平刹车力是移动荷载,应按影响线确定其最不利的加载位置。
抄录规范有关章节如下:
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建筑结构荷载规范 GB 50009—2001
5 吊车荷载
5.1 吊车竖向和水平荷载
5.1.1 吊车竖向荷载标准值,应采用吊车最大轮压或最小轮压。
5.1.2 吊车纵向和横向水平荷载,应按下列规定采用:
1 吊车纵向水平荷载标准值,应按作用在一边轨道上所有刹车轮的最大轮压之和的10%采用;该项荷载的作用点位于刹车轮与轨道的接触点,其方向与轨道方向一致。
2 吊车横向水平荷载标准值,应取横行小车重量与额定起重量之和的下列百分数,并乘以重力加速度:
1)软钩吊车:
——当额定起重量不大于10t 时,应取12%;
——当额定起重量为16~50t 时,应取10%;
——当额定起重量不小于75t 时,应取8%。
2)硬钩吊车:应取20%。
横向水平荷载应等分于桥架的两端,分别由轨道上的车轮平均传至轨道,其方向与轨道垂直,并考虑正反两个方向的刹车情况。
注: 1 悬挂吊车的水平荷载应由支撑系统承受,可不计算。
2 手动吊车及电动葫芦可不考虑水平荷载。
主结构、围护结构、以及不同建筑材料的伸缩缝间距不同;对于混凝土柱+钢梁这种结构形式,由于柱子为混凝土材料,应查混凝土设计规范,可知伸缩缝间距为100m(排架结构,钢梁与混凝土柱铰接), 柱子为混凝土柱,不能按钢结构规范吧,超过60M是规定要设置伸缩缝
位移按横向位移和纵向位移两个方面来考虑.
(1),横向位移,从钢屋架包罗图中查出端部的剪力和轴力.带入混凝土柱中进行计算.
(2),纵向位移,在纵向荷载组合作用下进行计算.
位移规范本人认为应按单层钢筋混凝土柱厂房进行控制.而不是<门刚>等来控制.
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3楼
混凝土排架柱,柱脚刚接,这是可以不设柱间支撑;但当纵向水平荷载很大时,而且柱子截面又较小,经过验算柱顶位移不能满足要求时,就因该设置柱间支撑。可见没有什么必须或必然的事情,只要经过可靠的验算能够满足承载力和使用要求就行。
hanhaiwubian说:如果是一般的轻型钢结构厂房无吊车的话,就没有必要设柱间支撑了。各位同僚,我的想法对吗?
我觉得这种说法不对,一般轻型钢结构厂房柱脚在平面外都是铰接,或接近铰接。如果不设柱间支撑,平面外就是一个机构!当然柱间支撑还有其它功能,如:承受山墙的风荷载;使结构沿纵向成为一个无侧移体系,从而减小柱子平面外的计算长度等等
对于屋面为钢屋架或钢梁,而柱为混凝土柱的情况.柱脚肯定为刚结.当然我们可以把柱做的平面外刚度很大,这样位移才能满足要求,但是是否经济合理呢?
本人认为在建筑没有特别要求的情况下,可以设置成排架--支撑体系.这样纵向荷载由纵向支撑(垂直支撑)来承担(支撑可以明显增加结构的侧向刚度).
而主要考虑混凝土柱在平面内的性能.
具体情况具体分析吧,抗震等级要求比较高或者有大吨位行车的砼柱钢梁建筑,最好,把砖墙(填充墙)以及圈梁放到砼柱的外侧,钢筋拉接。柱间支撑必须设置。看下图,我们常用的做法。
对抗震等级要求不高或者普通的砼柱钢梁建筑,砖墙放到立柱里面未尝不可,这时候柱间支撑根据砖墙性质及联系梁的大小做设置与不设置的取舍。
关于砼柱钢梁这种结构体系处在普钢和轻钢规范的交集中,所以出现了很多疑问,现在国家现有规范没有就次种结构做详细的说明,所以大家只能从日常设计和现场情况中多总结经验。我个人认为次种结构的挠度控制可根据屋面材料情况而定不能一概而论。
1、如果屋面材料为大型槽形屋面板(砼)的话挠度应该控制严格一些,此时取
1/400是合理也是符合实际,况且屋面梁加工是的予起拱(1/500),则此时
屋面板抹灰也不会出现过大的裂纹而影响正常使用功能。
2、若屋面材料为轻型屋面板(压型钢板)时,屋面梁挠度控制在1/250是符合
情况,因为作为简支梁其受力特性导致其挠度比同等条件下的门式刚架要大 一些。
3、若按1/180控制则屋面梁挠度过大会造成屋面排水不畅而引起
漏雨的情况也屡见不鲜。
综合考虑各种因素,轻型屋面的梁挠度控制在1/250,槽形大型屋面板的梁挠度
控制在1/400。
在用节点荷载输入的时候气楼内的那部份梁要不要输活载,请师兄们多多指教.
精确一点的做法是:把气楼上的活荷载导算到两边的立柱上,按梁上集中活荷载输入到梁上。
有一个提醒,一般的,定义气楼柱与刚架斜梁铰接
、在sts-2建模时直接建上,也把合适的梁、柱截面定义好后布置上,把通风2、气楼与刚架梁的连接定义为铰接。
3、荷载和刚架同样的方法布置上(包括风、恒、活等)
4、直接进行结构计算。
pk建模中的节点铰与梁铰、柱铰有什么不同
关于铰接节点的设置问题,sts说明书里没有给出具体解释。下面我用一个计算实例来探讨这个问题。
建立一个单跨,柱脚刚接的刚架。节点按四种形式,刚接,梁铰,柱铰和节点铰来比较。结果表明:铰接节点设置对于内力分布和梁的稳定性没有什么影响,而对柱子的计算长度影响较大,柱子的计算长度系数分别为:
1、刚接节点,μx=1.27;
2、梁铰节点,μx=2.03;
3、柱铰节点,μx=1.70;
4、节点铰接,μx=1.70。
其中按梁铰节点设置,柱计算长度是按钢结构规范中有侧移框架计算的。而柱铰和节点铰的计算长度系数相同,柱计算长度系数有所折减,折减系数为0.85左右。
我的感觉,按梁铰设置符合钢结构规范要求,而且偏于安全;而按柱铰或节点铰设置,较符合实际,但没有查到依据。建议还是采用梁铰为宜。
三联跨单层轻钢厂房,主钢架采用Q345,用STS2计算,在计算时选用结构形式,同样荷载同样截面情况下,选用钢结构规范和门规,应力相差2 60,选用钢结构规范满足,而选用门规则远远不满足,按理门规应遵照普规,普规能满足,门规岂有不满足的道理
上面各位所说的原因,包括有效截面等都不是产生这个问题的原因。这个问题往往发生在柱的平面外稳定的计算上。这个问题我的分析是这样的:首先你看采用两种规范计算后的pk11.out文件,会发现平面外稳定计算时的控制荷载组合不一样,尽管这些荷载组合的内力值是一样的。比如,在普钢计算时,其控制荷载组合是恒+活,而在轻钢计算时,控制作用为恒+地震,尽管此时的恒+活的内力值与普钢时是一样的。
那么,为什么荷载、内力、计算长度等等都一样,而根据两种规范计算出的平面外稳定应力却不一样呢?分析发现,如果平面内计算长度差不多的话,二种规范的平面内稳定和强度的计算结果是差不多的。
问题出在二者的平面外稳定计算公式中的等效弯矩系数上,根据二者的公式,其等效弯矩可能会差3倍以上,而稳定计算中弯矩产生的应力与等效弯矩系数是成正比的,从而造成应力差别很大。我原来也没想到小小一个等效弯矩系数会造成这么大的影响,因为我手算时往往就取1。
这个问题原来与STS的人分析过,其回答与我上面的分析基本一样。各位也可通过手算验证。
所以,这个问题不是STS的问题,是规范问题。如果是单层厂房,当然采用轻钢规程,这还好;如果碰到双层房子,按理该选普钢,可按轻钢算其应力又偏大,这时真该挠头选哪种规范了
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4楼
作为程序,当然只能死套规范,但这样往往发生让人琢磨不透的问题。比如,上次,用STS算一个3跨的厂房,每跨都有吊车,计算通过。后来,同样的厂房,同样的截面,只输了其中的一跨的吊车,计算就显示有柱子长细比超了,尽管应力小了。分析其原因,与STS计算柱子的计算长度增大系数时采用的荷载组合有关
门架中梁的长细比超标准了,那么其工程实际会发生什么结果?此时如何去改变?另我现在不知道如何去计算长细比了,
1、 你拿一个钢板尺,两手拿住钢板尺的两端使劲拉,能拉断吗?不会的。如果计算的话,假如钢板尺的材料是Q235,钢板尺宽30mm,厚2mm,长500mm,则断面积2*30=60mm2,拉断它需要60*235=14100N=1410kg,你不可能拉出1.4吨的力吧。
2、假如你不是使劲拉而是使劲压,那么很快就弯了,根本不需要多大的力,这就是长细比在起作用。你注意到朝哪个方向弯了吗?只会以钢板尺的宽度方向为轴线弯,不会沿厚度方向为轴线弯,是两个方向的长细比不同而已。
3、长细比就是计算长度和回转半径的比值。
回转半径 r=√(I/A)
I为惯性矩,A为截面积。
钢板尺I=b*h^3/12
b=宽=30mm,
h=厚=2mm,
I=30*2^3/12=20
r=0.577, 长细比=500/0.5777=866,
4、压曲钢板尺的力多大?
N压曲=3.14^2*E*I/L^2
E为弹性模量,206000N/mm^2
则 N压曲=3.14*3.14*206000*20/500*500=163N=16kg
你知道了吧,只需要16kg就可以将钢板尺压曲,要比拉断的力差近90倍
5、因此结构设计时压杆要控制长细比,实际计算时先算长细比λ,根据它查出稳定系数φ,然后将截面积乘以φ打折,长细比越大,φ越小,在长细比是250时,φ为0.13,也就是说许用力只有拉伸时的13%,何况钢板尺的长细比是866,打折会更多!
CECS102:2002中4.1.2条,最后一句"多跨刚架宜采用双坡或单坡屋盖,必要时也可采用由多个双坡屋盖组成的多跨刚架形式, 多坡多屋脊的门刚结构中,风荷载认为边跨按门规取,中间参考GB50009取值
抗风柱的计算模式是跟抗风柱的布置方式相关的。
抗风柱有两种布置方法:
(1)、按传统抗风柱布置。即抗风柱柱脚与基础铰接(或刚接),柱顶与屋架通过弹簧片连接。按这种布置方法,屋面荷载全部由刚架承受,抗风柱不承受上部刚架传递的竖向荷载,只承受墙体和自身的重量和风荷载,成为名副其实的“抗风柱”。
(2)、按门式刚架轻钢结构布置。即抗风柱柱脚与基础铰接(或刚接),柱顶与屋架铰接。按这种布置方法,屋面荷载由刚架及抗风柱共同承担。抗风柱同时承担竖向荷载和风荷载。
对于第一种布置方式,抗风柱就可以按两端简支的梁考虑,承受计算宽度内的均布风荷载。计算长度可以按支承情况分别取值。
对于第二种布置方式,抗风柱就需要按双向受压的压弯构件考虑,在抗风柱平面内承受计算宽度内的均布风荷载,同时还受轴向压力。具体计算方法没有文献参考。
PKPM中STS之工具箱有抗风柱的计算,两种计算模式都适用。但对于第二种模式,不知道它是按什么公式计算。
抗风柱的柱脚节点分刚接和铰接两种形式。铰接时设计和构造件简单。抗风柱传递给基础的轴力只有抗风柱本身的重量和相邻轻质墙面的重量。如果采用刚接,传递给基础的弯矩和轴力要大得多,偏心距非常大,不利于基础的设计。
但有时候抗风柱比较高的时候,如果柱脚还采用铰接模式,抗风柱截面将很不经济,这时候可以做成刚接柱脚、或者设置抗风桁架。okok.org
第一种方式在各设计院普通使用。第二种在各外资钢结构公司和有些大的钢结构企业使用。因边框架受荷面积较小,屋面荷载较小,故抗风柱所受轴力不大,与只受风荷载的抗风柱相比没有很大区别,用钢量不会增加多少,边框架考虑抗风柱的支承,用等截面就可以了,所以整体来说,用钢量还是减少的。但同时会带来一个问题,就是边框架与中间框架的变形相差比较大,屋面板最后使用能适应大变形的锁缝板。
1)当抗风柱仅承受自重和风载时取容许长细比为250。
2)当抗风柱承受墙体荷载,自重和风载时取容许长细比为200。
okok.org
拿端墙抗风柱来说,它承受山墙的纵向风荷载和山墙本身的自重(竖向荷载)。下端柱脚与基础铰接,上端用弹簧板(日本叫loose hole)与端刚架(梁)连接。屋面荷载则通过端刚架传给基础。与风荷载引起的弯曲应力相比,压缩应力要小得多。日本一个中学体育馆,用许用应力设计,抗风柱的弯曲应力度达84%(台风),压缩应力度只有4%(ALC Panel 自重85kg/m2 + 墙面檩条重)。
初步设计时抗风柱一般按受弯构件考虑,墙面檩条可提供对柱的侧向支持,在抗风柱跨中弯矩最大处,设置墙檩隅撑可以保证受压情况下内翼缘的稳定。一般情况下,强度和稳定性都没有问题时,200-250的容许长细比都可满足。
值得注意的是,由于加工和施工误差,弹簧板(或者loose hole)失效,屋面荷载通过端刚架与抗风柱的刚度比,一部分被分配到抗风柱,使抗风柱受到较大的压力,导致屈曲事故! 少数设计干脆让柱上端与端刚架铰接,将端刚架,抗风柱,墙檩合在一起建模,求得抗风柱的竖向荷载。
1:用STS的工具箱设计抗风柱:柱顶的恒载、活载是否都为0(没有女儿墙)?若不为0,则怎么输?与恒载、活载标准值有什么关系啊?
<柱顶荷载应为0。
2:彩板墙体是否都是由墙梁传至抗风柱?
<是。
3: 算出来的抗风柱(摇摆柱)柱底没有剪力,是否摇摆柱柱底都没有剪力啊,请大虾指教!
<摇摆柱的概念不能用于抗风柱,承受风载剪力不应为0。
4:风吸力体形系数是否为+1,风压力是否为-1?
<压力,系数为0.8,吸力,系数-0.5。
轻钢结构中日荷载主要分为屋面荷载(恒载及活载)、楼面荷载(恒载及活载)、地面堆载(活载)及墙体荷载(恒载及活载)。各种恒载取值以建筑设计说明(条件图)中注明的材料为准;各种活载取值根据建筑图(条件图)中注明的使用功能确定。建筑图中未注明的按《荷载规范》取值;《荷载规范》中未注明的按本技术措施取值。
a. 屋面恒载
屋面恒载根据建筑要求一般分两种:①单层彩板加保温棉;②双层彩板加保温棉。
单层彩板加保温 0.18 kN/m2(最小≮0.16 kN/m2)
双层彩板加保温 0.30 kN/m2(最小≮0.27 kN/m2)
实腹檩条及拉条 0.05 kN/m2
桁架檩条及拉条0.10 kN/m2(或经檩条计算后取实际重)
檩条下灯具吊载0.05 kN/m2(最小≮0.02 kN/m2)
檩条下喷淋吊载0.15 kN/m2(最小≮0.13 kN/m2)
矿棉天花板吊顶0.10 kN/m2
气体输送管道0.20 kN/m2
-------------------------------------------------------------------------------
Σ=x.xx kN/m2
注:具体项目设计中若有其它吊载,其大小按业主书面文件具体确定。
b. 屋面活载(不上人屋面)
因轻钢结构的屋面均为不上人屋面,故根据《门规》3.2.2条及注,
不上人屋面活载(用于钢梁计算)0.50 kN/m2(受荷投影面积≤60 m2);
不上人屋面活载(用于钢梁计算)0.30 kN/m2(受荷投影面积>60 m2);
不上人屋面活载(用于檩条计算)0.50 kN/m2。
上海地区的基本雪压s0=0.20 kN/m2,根据《荷规》4.3.1条,雪载不应与屋面活载同时组合,故(对上海地区)屋面设计时可不考虑雪载。
c. 楼面恒载
楼面恒载根据建筑要求一般分两种:①现浇钢筋混凝土楼板;②混凝土与楼承板的组合楼板。
现浇钢筋混凝土楼板:
50厚细石混凝土面层24.0*0.05okok.org =1.20 kN/m2
钢筋混凝土楼板25.0*板厚 =
15厚板底抹灰20.0*0.015=0.30 kN/m2
----------------------------------------------------------------
Σ=x.xx kN/m2
组合楼板:
50厚细石混凝土面层24.0*0.05 =1.20 kN/m2
140厚组合楼板2.80 kN/m2
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5楼
Σ=4.00 kN/m2
d. 楼面活载
楼面活载应按建筑图中注明的使用功能查《荷规》后确定。《荷规》中未指明的,由专业负责人拟定并经业主同意后取用,同时应形成书面文件存档。单体结构设计图中,应注明设计时所采用的活载。
e. 地面堆载
地面堆载由专业负责人拟定并经业主同意后取用,同时应形成书面文件存档。单体结构设计图中,应注明设计时所采用的地面堆载。设计人在进行基础设计时,应适当考虑地面堆载对基础强度及沉降的影响。
f. 墙体荷载
墙体荷载根据建筑专业选定的墙体材料不同而分为两种:①混凝土空心小砌块墙(同一项目中,各专业对砌块名称应统一);②单层或双层彩板墙。
混凝土空心小砌块墙:
考虑业主在实际施工中会采用多孔砖,故砌块容重取 16.4 kN/m3。
240厚砌块墙加双面粉刷4.74 kN/m2
200厚砌块墙加双面粉刷4.08 kN/m2
120厚砌块墙加双面粉刷2.77 kN/m2
100厚砌块墙加双面粉刷2.44 kN/m2
彩板墙:
单层彩板带保温0.18 kN/m2
双层彩板带保温0.30 kN/m2
防火板墙:
100厚防火板(耐火2小时)0.50 kN/m2。
在算基础面积时是用标准组合,在计算配筋时是用基本组合算的
针对钢结构厂房结构,采用此法可以使边柱和角柱的基础短柱尺寸不至于太大(特别是刚接柱脚)对于优质地基不至于使混凝土短柱(尺寸过大)和基础尺寸比例过于夸张。
1、 画好轴网和轴标。这是一切地下结构计算和施工的参考坐标系。
2、 按实际柱脚尺寸画好柱底板,做成块置于轴网。特别注意对于一榀框架可能存在不同的翼缘宽度,对于柱翼边压轴线的边框架注意使各柱中心在同一直线上,偏离轴线相同尺寸。
3、 定义墙裙(砖墙)位置,使墙裙外皮不小于“墙梁高+5毫米安装间隙+墙板波幅”;确定墙裙宽度(如:标准砖240;85砖200;加气混凝土砌块190)。注意当墙梁截面较大时,墙裙内皮不一定贴钢柱内皮。
4、 确定地梁尺寸和位置。地梁高H=(1/10~1/15)L(柱距);宽B=250或者300。要求地梁中心和墙裙中心重合。在CAD图中画出,并标出内外皮和轴线位置关系。
5、 按“A.钢柱底板到混凝土短柱外皮不下于100毫米”和“B.混凝土短柱外皮平齐”;“C.混凝土短柱尺寸为50的倍数”的思路定义混凝土短柱尺寸并作图。(为了减小边角柱尺寸和便于支模)
6、 在图中量取“Ewall:地梁中心到混凝土柱中心的偏心”和“Ec:钢柱到混凝土柱中心的偏心”。因为设计目的要求混凝土柱中心和基础中心重合(不一定和钢柱中心重合),减少基础类别和绘图尺寸计算困难。
7、 计算基础计算需要的内力。注意采用设计值可以减少计算量(基础大小用:设计值/1.35)。Fwall=[5.24*Hwall+25*B(地梁宽)*H(地梁高)]*1.2okok.org N=Nc(钢柱轴力)+Fwall; Mx=Nc*Ec.x+Fwall*Ewall.x; My=Nc*Ewall.y+Fwall*Ewall.y; Vx Vy和混凝土短柱计算高度H0=min(短柱高,500)计算基础大小(除以1.35)和配筋。(可以利用Tssd了,注意Vy的方向定义和STS,PK定义的方向有所不同)如果手算,需要把Vx*H0计入My;把Vy*H0计入Mx,对浅基础,按一般基础计算方法计算基础大小和配筋(当有刚性地坪对混凝土短柱有效侧向约束时,可以忽略剪力带来的弯矩)。注意各矢量的方向,取代数和。
8、 对浅基础验算软弱下卧层,注意不考虑弯矩影响。
9、 在基础平面图中标出:1.基础和短柱和轴线位置关系;2.地梁和轴线位置关系。
10、 以基础大小、混凝土短柱大小和板厚以及配筋定义基础类别并做表(减少绘图量)。
11、 画地梁截面详图和基础施工说明。(全文完)
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6楼
我给大家贴出来看看
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7楼
好东西,顶一下,楼主的这片文章解决了我这方面的很多疑惑,谢谢!
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8楼
谢谢楼主,好人好报!!!
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9楼
谢谢楼主,辛苦啦^_^!
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10楼
谢谢楼主
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11楼
顶,收益非浅
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