新钢规抗震性能化设计在某钢结构体育馆设计中的应用

北京樊家村劳动力安置用地项目8#楼为大跨钢结构,具有薄弱层和穿层柱等不规则情况。介绍了其钢结构设计的难点、遇到的部分问题、性能化设计思路、结构计算方法等。按照《钢结构设计标准》(GB50017—2017)第17章中承载力等级-延性等级相互对应的设计思路进行结构的性能化分析,对结构中耗能构件、非耗能构件和关键构件在设防地震中的承载力和其在罕遇地震中的破坏程度进行验算。经计算,各结构构件的承载力均满足性能化设计要求,并且结构在罕遇地震下的变形也满足大震的位移要求。     

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢结构抗震性能化设计

结构抗震设计的目标是小震不坏、中震可修、大震不倒,中震下结构进入弹塑性阶段,弹塑性阶段结构的地震力如何求得,是亟需解决的问题。根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了精细化延性抗震设计理论,影响结构性能系数R取值的各种因素,结构延性系数与构件宽厚比的关系。介绍了采用《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)进行抗震性能化设计的流程,及性能系数最小值的确定依据。最后对我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)在抗震性能化设计流程、性能系数的取值、构件宽厚比限值等方面提出了建议。     

GB 50017—2017《钢结构设计标准》简述

依据GB 50017—2017《钢结构设计标准》的修订原则,对标准中各章的主要内容进行简述,同时较详细地介绍了最新引入的两项内容:钢结构直接分析法和基于设防烈度地震的钢结构性能化设计方法。     

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——钢支撑北大核心CSCD

根据《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》,详细介绍了人字支撑、交叉支撑以及框架-支撑结构在不同层间侧移角、不同支撑长细比下的抗侧力性能。介绍了我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)关于受压支撑剩余承载力系数、竖向不平衡力折减系数的确定依据。阐述了框架-支撑结构中框架抗侧承载力不小于25%的原因。最后介绍了《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)关于支撑系统中弱支撑强框架设计理念的实现方法,并对人字支撑系统中横梁的轴力计算公式提出了改进建议。     

莺脰湖内湖小茶室钢-木组合结构设计

莺脰湖内湖小茶室主体为单层建筑,屋脊高度6.6m,檐口高度5.05m,采用钢-木组合结构体系,内围由10根悬臂钢柱构成结构抗侧力系统,外围40根胶合木柱为重力柱,屋面水平构件均采用胶合木梁。钢-木组合结构设计不同于钢结构或木结构,参考欧洲标准BS EN 1998-1∶2004的结构性能系数确定了本结构的地震作用计算参数,同时对钢构件与木构件的连接节点转动刚度进行了计算分析,采用MIDAS Gen软件对结构的整体指标进行了计算,结合《胶合木结构技术规范》(GB/T 50708—2012)和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017),对胶合木构件按非火灾与火灾两种承载力极限状态及对抗侧力钢柱按非火灾承载力极限状态分别进行了设计,分析结果表明结构安全可靠。本文的计算设计方法可供类似钢-木组合结构参考。     

深科技城A座框架-核心筒超高层结构设计

针对深科技城A座超高层结构存在扭转不规则、楼板不连续、承载力突变、其他不规则超限项,结构进行风洞试验与规范风荷载作用下对比分析,并对其进行多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下抗震性能化设计,采用动力弹塑性的方法对结构进行罕遇地震分析。计算结果表明,多遇地震、设防地震和罕遇作用下,构件满足预定的性能目标要求,对结构薄弱部位采取抗震加强措施。     

论门式刚架轻型房屋钢结构压弯构件整体稳定性计算方法

钢压弯构件受压区平面外的侧向支撑长度与翼缘宽度之比较大时,在横向荷载作用下,虽然截面受压区的应力尚未达到屈服应力,但构件平面外已可能产生很大的侧向弯曲和扭转,从而丧失承载力,这种现象称作构件的整体失稳。传统采用构件的整体稳定系数进行设计。GB 50017—2017《钢结构设计标准》和GB 51022—2015《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》中关于整体稳定系数计算采用了两种不同的方法,通过对它们的对比,提出这两种计算方法的特点和适用场合,并对这两种计算方法提出补充建议。     

部分包覆钢-混凝土组合柱轴压整体稳定承载力的工程计算

部分包覆钢-混凝土组合柱(PEC柱)能以较小的截面尺寸承担较大的荷载,因而在实际工程应用中具有较大长细比,承载力转为由整体稳定控制.利用有限元软件ABAQUS建立PEC轴压柱模型,对比既有试验数据,校核其正确性.在此基础上,对不同截面尺寸、材料强度配比下的构件进行参数分析.根据计算结果,对PEC柱的轴压整体稳定系数取值提出两种方案:一是按照《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)b,c类柱子曲线进行设计计算;二是借助《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中的柱子曲线形式,更新缺陷系数,给出新的稳定系数曲线.将两种方案计算结果与试验数据进行了比较,对其适用性进行了研究.     

海口美兰国际机场T2航站楼跨层隔震设计研究

海口美兰国际机场T2航站楼场地设防烈度为8度(0.30g),属于高烈度区,同时建筑功能决定其属于人流密集的大型公共建筑,抗震设防类别为重点设防类。项目首次采用跨层设置隔震层的隔震方案,隔震层采用普通橡胶支座、铅芯橡胶支座及弹性滑板支座组合,通过隔震相关的计算分析及验算,设防地震作用时隔震后上部结构楼层剪力及楼层加速度降低至非隔震时的35%以下,达到隔震层上部的混凝土框架及屋盖钢结构支承结构满足降低设防烈度一度设计的相关要求。同时对跨层位置的竖向构件进行罕遇地震的变形及承载力验算,确保竖向构件满足抗剪弹性、抗弯不屈服的承载力要求,确保跨层隔震的隔震效果及相关构件的性能满足设计预期。     

新型多边形组合钢管受压构件性能研究

由于应力集中、焊接缺陷、残余应力等因素的不利影响,在动力荷载作用下焊接结构的疲劳强度远低于钢材的强度设计值,导致传统钢管或箱形截面构件的受压性能不能充分发挥。因此,提出一种完全使用螺栓连接的新型多边形组合钢管截面形式,采用有限元软件对新型多边形组合钢管的轴压性能进行分析,得到其稳定系数曲线和稳定系数拟合表达式。计算结果表明,当多边形组合钢管的长细比较小时,其稳定系数曲线略微优于《钢结构设计标准》(GB50017—2017)中的b类截面稳定系数曲线,当多边形组合钢管的长细比较大时,其稳定系数曲线更接近于c类截面稳定系数曲线,为今后实际工程应用该新型多边形组合钢管提供了设计参考。     

某框架-核心筒超限高层结构抗震分析及设计

某商业综合体项目的 42层公寓式酒店采用框架-核心筒结构体系,工程设计时选用SATWE、PMSAP、ETABS程序进行了多遇地震、设防地震以及罕遇地震作用下的抗震分析和性能化设计,解决了扭转不规则、楼板局部不连续、竖向刚度突变的超限问题。计算结果表明,结构设计达到了预定的性能目标,满足了三水准抗震设防要求,本工程结构体系和构件具有较好的抗震性能和一定的安全储备。     

基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法

为了解决现行设计标准中钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法在适用范围和计算精度上存在的问题,提出了基于理想轴压构件整体屈曲临界荷载的理想钢梁弹性弯扭屈曲临界弯矩计算式,并进一步提出了基于轴压构件稳定系数的简支钢梁弯扭屈曲极限弯矩计算方法。采用124个热轧H型钢梁试件、80个焊接梁试件、2个薄腹梁试件共计206个钢梁试件弯扭屈曲极限弯矩的试验结果,检验了方法的适用范围及计算精度,并与GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的方法进行了对比。研究表明：对于206个钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法较GB 50017—2017方法的适用范围更广,且与已有文献的计算精度相当;对于7个单轴对称工字形截面焊接高强钢梁试件,基于轴压构件稳定系数的计算方法略偏安全且精度高,而GB 50017—2017中的方法偏不安全;对于44个荷载工况不包含在GB 50017—2017中的钢梁试件,建议方法所得极限弯矩计算值与实测值之比的均值、标准差分别为0.908、0.125,精度较高且偏于安全。     

某高层建筑屋顶玻璃阳光房结构分析及加固

结合GB50009—2001建筑结构荷载规范和GB50017—2003钢结构设计规范,对某高层建筑屋顶阳光房结构进行了验算,针对构件承载力不足和柱顶侧移过大等问题,提出了加固方案并作了具体阐述,实践证明加固方案安全有效。     

高强钢焊接箱形截面双向压弯构件屈曲后强度设计方法研究

相比于《钢结构设计规范》(GB 50017—2003),《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)取得了较大的进步,允许板件先于构件发生屈曲,并利用了板件屈曲后强度。GB 50017—2017对轴心受压构件、受弯构件和单向压弯构件均给出了屈曲后强度计算公式,但对双向压弯构件却未给出计算公式。分析了已有的高强钢压弯构件屈曲后强度计算方法,基于GB 50017—2017中的压弯构件稳定承载力计算公式,提出了双向压弯构件屈曲后强度计算公式,收集已有高强钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度的试验和有限元结果以验证公式的有效性。研究结果表明,提出的计算公式能在大部分构件长细比和板件宽厚比范围内偏于保守地预测名义屈服强度为460 MPa和690 MPa的高强钢焊接箱形截面双向压弯构件的屈曲后强度。     

南京河西CBD苏宁广场塔楼超限高层结构抗震设计

该工程为高度400m的超高层建筑,承担风载和地震荷载的横向支撑体系由钢混结构的核心筒,附加在设备层的外伸桁架以及每层的外框架组成。采用基于性能化要求的抗震设计方法,提出合理的抗震性能目标、性能水准及实现性能设计的主要方法,对结构进行多遇地震作用下的弹性分析以及罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析,分析结果表明在不同水准的地震动作用下结构不同部位的水平和竖向构件承载力及变形能力能够满足预定的性能目标要求,形成预期的多道抗震防线理念。     

某中医院综合楼超限结构设计

某工程裙房与主楼连为一体,为抗震超限高层医疗建筑,采用YJK和Midas building两种软件进行了多遇地震及风荷载下的整体弹性计算分析,利用性能化设计方法进行了多遇地震、设防地震及罕遇地震作用下计算分析,采用SAUSAGE软件进行了动力弹塑性时程分析,并对关键构件及重要部位采取加强措施。结果表明,结构各项指标均满足设计规范要求,设定的性能目标均能满足,结构设计安全可靠。     

上海某钢筋混凝土大空间高层结构超限设计

某钢筋混凝土高层因建筑使用功能需要,连续多层楼板大面积缺失,局部形成跃层柱。且建筑底层由于层高较高,成为软弱层。经判定本工程为平面及竖向不规则的超限高层建筑。本文详细介绍了针对结构各项不规则所采取的措施,以及为重要构件制定的性能化设计目标。为准确计算跃层柱受力情况,采用了线弹性屈曲分析的方法确定跃层柱无约束侧的计算长度系数。此外还对结构进行了设防烈度作用下的构件承载力、变形计算和楼板应力分析,以及罕遇地震作用下的静力弹塑性分析。各项分析结果表明,结构具有较好的抗震性能,能满足既定的设防目标。     

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙整体稳定性分析

考虑几何初始缺陷和材料非线性,对带钢管混凝土端柱的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙进行有限元弹塑性整体稳定性分析,研究高度、宽度、厚度、钢板与钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等参数对墙体整体稳定性能的影响。通过有限元分析,得到极限稳定承载力、荷载-位移曲线和与组合剪力墙发生失稳时的应力云图。采用三项式和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的整体稳定系数公式进行分段拟合,拟合出整体稳定系数计算公式。最后提出轴压作用下的组合剪力墙的极限稳定承载力公式。结果表明：拟合公式计算的整体稳定系数略低于有限元模拟结果,说明本文提出的整体稳定系数计算公式较为安全合理。     

基于二阶假想荷载法的直接分析法研究

《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）加入了直接分析法这一新的内容,此类方法重要的一环是对初始缺陷的考虑。重点总结归纳了中国、美国、欧洲的现行钢结构规范所推荐且运用方便的“假想荷载法”的基本原理。从假想荷载法的不足出发,针对《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）,令具有初始几何缺陷的轴压构件的最大二阶弯矩等效于受假想力作用的理想轴压构件的最大二阶弯矩,推导出了使用假想力来考虑初始缺陷的“二阶假想荷载法”的计算式,并从理论出发定义了计算式的物理量以及二阶假想荷载的施加方式。用直接分析法软件NIDA对经典算例进行二阶弹塑性分析。通过对比不同规范的计算结果,验证了该方法的可靠度以及“假想荷载法”的不足,让传统的设计理念更好地和直接分析法衔接起来,推动新设计方法的应用。     

基于中美钢结构设计规范的受弯构件抗弯强度可靠度比较

通过对《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)和美国规范AISC 360-10中关于钢结构受弯构件抗弯强度计算的比较,得出两种规范在荷载组合及设计方法方面的差异。进而结合算例采用蒙特卡罗法,在荷载比(活载比恒载)依次取0. 1,0. 25,0. 5,1,2时,通过MATLAB模拟计算得出两种规范的可靠度差异。结果表明,在荷载比较小时,由中国钢结构规范计算的可靠度大于美国规范AISC 360-10,但随着荷载比的增大,由美国规范AISC 360-10计算的可靠度则超过中国钢结构规范。结果可供设计研究人员参考,进一步提高我国钢结构的设计水平。