基于STAADPro软件中钢结构设计.DOCVIP

钢结构抗震设计不规则程度量化分析 在STAAD.Pro软件中的应用 逯鹏 李博 石鑫 （华电重工股份有限公司郑州分公司，郑州 450099） 摘　要：建筑抗震设计规范GB50011-2010对建筑物体型及其构件布置的规则性提出了明确的要求，主要包括平面不规则和竖向不规则的情况。许多钢结构的设计由于建筑、工艺、电气等特殊要求，经常出现结构不规则的情况。对规范条文规定的理解及在钢结构有限元计算软件STAAD.Pro中对不规则情况程度判别计算的思路，是本文谈论的主要内容。 关键词：钢结构设计；结构不规则性；STAAD.Pro判别计算 1 规则建筑应具备的特性 合理的建筑形体和布置在抗震设计中是头等重要的。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸，抗侧力构件布置，质量分布，直至承载力分布等诸多因素的综合要求。结构平面布置的关键是避免扭转并确保水平传力途径的有效性，立面及竖向剖面布置的关键是避免承载力及楼层刚度的突变，避免出现薄弱层并确保竖向传力途径的有效性。 2 抗震设计规范的规定 本文主要论述钢结构抗震设计中房屋不规则类型的判别计算思路: 2.1 平面不规则的主要类型 表1 平面不规则的主要类型 不规则类型 定义和参考指标 1、扭转不规则 在规定的水平力作用下，楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移)平均值的1.2倍 2、凹凸不规则 平面凹进的尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30% 3、楼板局部不连续 楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积大于该层楼面面积的30%,或较大的楼层错层 2.2 竖向不规则类型 表2 竖向不规则的主要类型 不规则类型 定义和参考指标 1、侧向刚度不规则 该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%；除顶层或出屋面小建筑外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25% 2、竖向抗侧力构件不连续 竖向抗侧力构件(柱、抗震墙、抗震支撑)的内力由水平转换构件(梁、桁架等)向下传递 3、楼层承载力突变 抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的80% 3 对规范条文的理解 通过比较不难发现只有平面不规则中第1项及竖向不规则中第1项、第3项需要进行判别计算，本文只论述需要进行判别计算的条款。 3.1 进行不规则判别时，楼层弹性水平位移(或层间位移)的计算假定 3.1.1 采用“规定的水平力”计算：“规定的水平力”指采用振型组合(各振型水平力的CQC法或SRSS法，宜采用CQC法)后的楼层地震剪力换算的水平作用力。水平作用力换算的原则：每一楼层处的水平作用力，取该楼层处上、下两楼层地震剪力差的绝对值。 3.1.2 刚性楼板假定：按国外规范有关规定，在“规定的水平力”作用(作用在楼层各构件的质量中心)下，楼盖平面两端的最大位移δ2(与规定水平力同方向)不超过平均位移?δ值2倍的情况均视为刚性楼板。楼板平面内刚度考察的不仅仅是楼板本身平面内的刚度，也是对抗侧力结构布置均匀性以及楼板协调变形能力的综合考量。 3.1.3 考虑偶然偏心影响及扭转耦联地震效应：偶然偏心大小的取值，除采用该方向最大尺寸的5%外，也可考虑具体的平面形状和抗侧力构件的布置调整等。(根据规范规定，当计算双向地震作用时，可不考虑偶然偏心的影响，但应与单向地震作用考虑偶然偏心的计算结构进行对比，取不利的情况进行设计。软件STAAD.Pro可以采用组合的方法直接考虑双向地震作用，因此本文在此方面不做论述。) 3.2 平面不规则 3.2.1 对扭转不规则的判别： 扭转不规则的定义如图所示：其中δ1为楼层弹性水平位移(或层间位移)的最小值，δ2为楼层弹性水平位移(或层间位移)的最大值，?δ为楼层两端弹性水平位移(或层间位移)的平均值，采用刚性楼板假定时?δ=(δ1+δ2)/2。扭转位移比μ(μ=δ2/?δ) ≤1.2,即为扭转规则结构。 图1 平面扭转不规则示意 说明：这里所说的楼层弹性水平位移(或层间位移)是指抗侧力构件的位移，不是悬挑梁的梁端或悬挑板的板端位移；位移平均值?δ是楼层两端弹性水平位移(或层间位移)最大值和最小值的平均值，不是楼层的质心位移(即便是楼层质心与刚心完全重合的平面规则结构，由于需要考虑偶然偏心的影响，?δ也不同于质心位移)，也不是所有抗侧力构件位移的平均值(抗侧力构件位移的平均值，受抗侧力构件布置影响而在楼层平均位移中权重不同，其值与?δ也不相同)。 3.3 竖向不规则 3.3.1 对侧向刚度不规则的判别： 楼层侧向刚度Ki一般采用楼层剪力Vi与层间位移Δi的比值计算。Ki、Vi及Δi均应采用各振型效应CQC组合的计算结果(注意此处不采用“规定的水平力”作用下的计算值。)当采用刚性楼板假定时， V