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《PKPM軟件在應(yīng)用中的問題解析》講義(十八)

更新時(shí)間:2009-10-19 15:27:29 來源:|0 瀏覽0收藏0

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  第十八章 鋼結(jié)構(gòu)

  (一)Mu < 1.2Mp何意?如何解決?

 �、乓�(guī)范要求:根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《抗震規(guī)范》)第 8.2.8條的規(guī)定:鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接應(yīng)按地震組合內(nèi)力進(jìn)行彈性設(shè)計(jì),并應(yīng)進(jìn)行極限承載力計(jì)算;

  梁與柱連接彈性設(shè)計(jì)時(shí),梁上下翼緣的端截面應(yīng)滿足連接的彈性設(shè)計(jì)要求,梁腹板應(yīng)計(jì)入剪力和彎矩。梁與柱連接的極限受彎、受剪承載力,應(yīng)符合下列要求:

  Mu ≥ 1.2Mp---(8.2.8-1)

  式中:Mu-梁上下翼緣全熔透坡口焊縫的極限受彎承載力,其計(jì)算公式為:

  Mu =Af(h-tf)fy

  MP-梁(梁貫通時(shí)為柱)的全塑性受彎承載力,其計(jì)算公式為:

  Mp =Wpfy

  Wp-構(gòu)件截面塑性抵抗矩

 �、乒こ虒�(shí)例:某工程為5層鋼框架結(jié)構(gòu),地震設(shè)防烈度為8度,地震加速度為0.2g,場(chǎng)地土類別為三類,設(shè)計(jì)地震為第一組,梁、柱均采用焊接工字鋼,鋼號(hào)均為Q345,首層平面圖如圖1所示:(圖略)

  通過STS軟件計(jì)算可知,圖1中所示GL27與柱GZ6的節(jié)點(diǎn)連接設(shè)計(jì)不滿足《抗震規(guī)范》第8.2.8條的規(guī)定。由于有些設(shè)計(jì)人貝對(duì)公式(8.2.8-1)缺乏正確的理解,在處理此問題時(shí)盲目加大鋼梁截面,調(diào)整結(jié)果如表1所示:(表略)

  從表1可以看出,增大梁的截面尺寸后,仍不能滿足要求,構(gòu)件的極限承載能力提高的非常地有限,僅提高了0.72%,但用鋼量每延米卻增大了 64%,這顯然不合理。通過對(duì)《抗震規(guī)范》中Mu和1.2Mp的計(jì)算公式的分析,我們得知:

  ①M(fèi)u主要與梁翼緣板面積和梁高有關(guān),與梁腹板厚無關(guān);

 �、贛p的大小主要受構(gòu)件截面塑性抵抗矩Mp的控制,而Wp的大小則與截面的尺寸有關(guān)。

  ③增大梁翼緣板尺寸和梁高雖然可以增大Mu的值,但Wp的值也會(huì)相應(yīng)增大,這也是為什么如表1所示增大梁截面尺寸但計(jì)算結(jié)果卻沒有明顯改善的主要原因。

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 �、墙鉀Q方案: 根據(jù)強(qiáng)連接弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)特點(diǎn),采取如下技術(shù)措施:

 �、僭诹荷舷乱砭壧幖有ㄐ伟�(如圖2所示,圖略)。通過在梁端上下翼緣處加楔形板,增大全熔透坡口焊縫的長(zhǎng)度,從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

  以本工程為例,設(shè)楔形板挑出長(zhǎng)度為0.08m,根據(jù)公式(1):

  Mu=0.08×(0.15+0.016)×(0.25-0.008)×4.7×105=151.05kn-m>1.2Mp=145.73kn-m

  滿足規(guī)范要求

 �、诹荷舷乱砭壖有ㄐ紊w板(如圖3所示,圖略)

  通過在梁端上下翼緣處加楔形蓋板,增大全熔透坡口焊縫的高度,從而增加了焊縫的極限抗彎承載力。

  以本工程為例,設(shè)楔形蓋板板厚為 0 008m,根據(jù)公式(1):

  Mu=(0.008+0.006)×0.15×(0.25-0.008)×4.7×105=238.85kn-m>1.2Mp=145.73kn-m

  滿足規(guī)范要求

  需要指出的是,在梁端上下翼緣處加楔形蓋板后,梁翼緣厚與楔形蓋板厚之和應(yīng)小于柱翼緣的厚度,否則就有可能使梁翼緣的抗彎承載力大于柱翼緣的抗彎承載力,從而將柱翼緣拉壞。

 �、酃饭欠�(如圖4所示,圖略)

  通過設(shè)置狗骨式節(jié)點(diǎn)連接方式,削弱梁瑞的全塑性受彎承載力以達(dá)到滿足規(guī)范的要求。(狗骨者,構(gòu)件兩端翼緣加寬)

 �、壬鲜鋈N連接方法的適用條件。

  上述三種設(shè)計(jì)方法主要用于梁柱剛性連接,對(duì)于梁柱鉸接連接的節(jié)點(diǎn),由于其連接方式不屬于“強(qiáng)連接弱構(gòu)件”,因此不需要進(jìn)行地震組合作用下的極限抗彎承載力驗(yàn)算。

  (二)節(jié)點(diǎn)域不滿足要求何意?如何解決?

 �、乓�(guī)范要求:根據(jù)《抗震規(guī)范》第8.2.5條第2款的規(guī)定:節(jié)點(diǎn)域的屈服承載力應(yīng)符合下式要求:

  [Ψ(Mpb1+Mpb2)/Vp]≤[(4/3)fv]----(8.2.5-2)

  工字形截面柱:Vp=hbhcbtw----(8.2.5-3)

  《抗震規(guī)范》第8.2.5條第3款的規(guī)定:工字形截面柱和箱形截面柱的節(jié)點(diǎn)域應(yīng)按下列公式驗(yàn)算:

  tw≥(hb+hb)/90-----(8.2.5-5)

  [Ψ(Mb1+Mb2)/Vp]≤[(4/3)fv/γRE]----(8.2.5-6)

  式中,Mpb1+Mpb2--分別為節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的全塑性受彎矩承載力;

  Mb1+Mb2--分別為節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的彎矩設(shè)計(jì)值;

  Vp--節(jié)點(diǎn)域的體積。

  通過鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接計(jì)算我們得知,公式(8.2.5-2)和(8.2.5-5)不滿足要求的最多,公式(8.2.5-6)一般較容易滿足要求。仔細(xì)分析這三個(gè)公式的具體含義,我們不難得出以下結(jié)論:

 �、俟�(8.2.5-2)主要驗(yàn)算的是節(jié)點(diǎn)域的屈服承載力,其大小只與構(gòu)件的截面大小等本身性質(zhì)有關(guān),而與外力無關(guān)。

 �、诠�(8.2.5-5)與(8.2.5-2)一樣,也是只與構(gòu)件的截面大小有關(guān)的物理量,而與外力無關(guān)。

 �、酃�(8.2.5-6)主要是驗(yàn)算節(jié)點(diǎn)域兩側(cè)梁的端彎矩之和所產(chǎn)生的強(qiáng)度應(yīng)力要滿足規(guī)范的允許限值。如果內(nèi)力不是很大,一般情況下都能滿足要求。

 �、乒こ虒�(shí)例:圖1結(jié)構(gòu)平面圖(圖略)

  工字形梁1和梁2斷面尺寸為:B×H×tw×tf=150×250×4.5×8

  工字形柱1斷面尺寸為;B×H×tw×tf=175×350×6×81

  將上述各參數(shù)代入公式(8.2.5-2)中得

  [Ψ(Mpb1+Mpb2)/Vp]=362.56>[(4/3)fv]=240

  不滿足規(guī)范要求

  tw=6<(hb+hc)/90=6.3

  也不滿足規(guī)范要求

  ⑶節(jié)點(diǎn)域的構(gòu)造措施:

 �、賹�(duì)于組合柱,直接將柱腹板在節(jié)點(diǎn)域范圍內(nèi)更換為較厚板件。加厚板件應(yīng)伸出柱橫向加勁肋之處各150mm,并采用對(duì)接焊縫與柱腹板相連。

 �、趯�(duì)于軋制H型柱,可貼焊補(bǔ)強(qiáng)板加強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)板上下邊緣可不伸過或伸出柱橫向加勁肋之處各150mm。當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)板不伸過往橫向加勁助時(shí),板厚不小于5mm。補(bǔ)強(qiáng)板側(cè)邊可采用角焊縫與柱翼緣相連,其板面尚應(yīng)采用塞焊與柱腹板連成整體。塞焊點(diǎn)之間的距離不應(yīng)大于相連板件中較薄板件厚度的21(235/fy)1/2倍。[(235/fy)1/2是[(235/fy)的1/2次方的意思]]

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