杨开:各科考点及注意事项之钢结构和抗震设计篇

linxiaoyun 2017.7.14 16:25 583 0
一注结构

钢结构

钢结构的题目主要以考察概念为主,若是概念很清晰,解答应该不难,大部分题目依据一本《钢规》就能解答出来。钢结构科目可以总结成六个字——强度、稳定、连接,而钢结构考试可以总结成四个字——稳定、连接。轴压稳定应力、平面内和平面外的压弯构件计算、计算长度系数(特别是单角钢)、焊缝连接强度和构造、螺栓连接等都是必考的知识点。需要注意的事项如下:

(1)注意焊缝实际长度和计算长度的区别,弄清题目条件给的是什么,需要求的是什么,图中标注的尺寸是什么。

(2)题干中若出现Q345或Q390,只要材料强度不是Q235,就要特别注意,计算轴心受压构件的稳定系数时,λ要乘\(\sqrt{f_y/235}\)再查表,角焊缝的强度设计值不是熟悉的160MPa。

(3)熟知角焊缝的构造要求,焊脚最大及最小高度(避免过烧、冷却过快),焊缝计算长度的限值(避免起落弧坑过近、侧面角焊缝长度方向受力不均),求解出hf后,要判断是否同时满足计算要求和构造规定。

(4)对于单角钢,斜平面、平面外和平面内失稳,计算长度和i在各种情况(是否有节点板、是否有缀条)下的取值,强度折减系数(连接和强度或稳定),双角钢T形截面,记得考虑λyz,双角钢十字形截面,一般是斜平面失稳。

(5)单角钢交叉腹杆最容易失稳的是平面外失稳,但本质是λmax的大小。对于缀条格构柱,当缀条有联系时,最容易失稳的是平面内失稳,只有在其没有联系,单角钢独立时,才是斜平面失稳。

(6)对于直接承受动力荷载的结构,在计算其强度和稳定性时,动力荷载设计值应乘以动力系数。

(7)单面连接的单角钢,考虑强度折减系数0.85后,可不考虑弯扭效应;应力计算时不需要考虑强度折减,在求解单角钢连接的焊缝长度等则需要考虑强度折减。

(8)区别对待轴心受力构件和其他受力构件的抗压强度。对于轴心受力构件,以焊接工字形截面为例,三个部分(上翼缘、下翼缘和腹板)抗压强度设计值不相等时,以较厚板为准。考试时很容易把三个板块分开处理,只记得厚度不同、强度不同而忘记轴心受力构件强度都相等问题。

(9)对于最基本的平面内、平面外、ixiy、强轴、弱轴这些概念,一定要搞透彻,根据实际的弯曲形态,自己画图想明白原理及他们的意义。特以两个具体例子加深印象:在格构柱中分肢稳定计算,ix对应平面外;H型钢桁架上弦杆稳定计算时,ix对应平面外。

(10)计算厂房阶形柱平面内计算长度系数时,不要忘记求到最后要看看纵向柱的数量引起折减。这个折减很容易被忘记,因为计算平面计算长度是要翻到附录D去查询的,然后通过一系列折腾才得出计算长度系数,若没有预先记忆,很容易选择未折减的干扰选项。

(11)应注意《钢规》附录D公式中的梁柱线刚度比和D值法求内力的梁柱线刚度比的异同。

(12)对于螺栓抗剪(无论是高强摩擦型螺栓还是普通螺栓),除螺栓群受扭之外,其余一律要考虑超长折减,即L1>15d0的情况,如螺栓群同时受拉力和剪力的共同作用。

(13)格构柱分肢稳定验算时,虽然平面外计算长度大于平面内计算长度,但是平面外回转半径要大于平面内回转半径,哪个方向长细比大还不一定,千万不要惯性思维认为一定是平面外失稳。假如是轧制型工字钢,此时要特别当心是a类还是b类截面,截面塑性发展系数是否要考虑等。

(14)对于楼面活荷载大于4kN/m2的情况,要特别注意:工业房屋的活荷载分项系数是1.3而不是1.4。

(15)在计算螺栓的抗剪设计时,计算螺栓剪力时是计算一个螺栓的剪力设计值,这个时候不要考虑剪切面数量,只有在得到了一个螺栓的剪力设计值之后去计算抗力的时候,才需要把剪切面数量考虑进去,高强和普通有所差别。这里很容易在计算内力时就会考虑剪切面数量,这样会出现交叉混淆。最容易犯错的是如果是复合受力的情况就更容易出错,而且力学思想也是违背规范精神的。

(16)变形和稳定、抗剪强度计算采用毛截面;抗弯、抗拉、抗压强度计算采用净截面。

(17)预先起拱量的计算时,应注意改善外观和使用条件与改善外观条件两种方式的区别。

(18)轴心受压强度计算时,应注意高强螺栓摩擦型连接的计算(同时应注意净截面的影响);轴心受压稳定计算时,应注意单轴对称截面应采用换算长细比以及对应的计算高度(支撑设置的影响);局部稳定计算(翼缘和腹板的计算)时,对于腹板局部稳定计算不满足要求时,可通过增设纵向加劲肋或采取有效腹板截面(仅考虑翼缘与腹板连接部分20tw,即考虑腹板屈曲后的强度)进行计算构件的强度和整体稳定计算,而稳定系数仍采用按全部截面计算所得的;同时注意受压构件与受弯构件稳定系数计算不同,对于受压稳定系数主要由截面形式和长细比控制(注意板厚对截面类别的判定影响),受弯构件稳定系数应注意简化计算公式及相应的修正。

(19)格构式构件的轴心受压计算时,实轴计算时与实腹式类似,而对虚轴须采用换算长细比;缀条、缀板的计算(轴心受压、线刚度以及连接焊缝的计算)时,注意分肢的长细比计算(分肢计算长度应注意缀板与分肢的连接方式是焊缝还是螺栓)和构件绕虚轴的计算;同时注意缀板线刚度要求,即同一截面上的缀板线刚度要大于分肢线刚度的6倍。

(20)实腹式单向弯曲压弯构件的整体稳定计算包括:弯矩作用平面内的整体稳定计算(等效弯矩系数的计算,对于单轴对称截面构件,尚须对无翼缘一侧进行计算);弯矩作用平面外的整体稳定计算;实腹式双向弯曲压弯构件的整体稳定计算,两个方向均应进行计算;格构式构件的整体稳定计算与实腹式的类似(弯矩绕虚轴,平面内整体稳定计算,其长细比应采用换算长细比求稳定系数,对于平面外稳定,仅需对分肢构件按轴心受力构件考虑,而对于双向压弯构件,分肢的计算按实腹式单向弯曲压弯构件的整体稳定考虑,注意计算长度以及分肢轴力和弯矩的取值)。

(21)确定构件计算长度时应注意:桁架与框架结构(注意摇摆柱的修正及对应梁的远端铰接修正)、有支撑与无支撑的区别、横梁计算刚度的修正(轴心压力较大和远端的节点连接)、对于在强轴方向即x轴有支撑,则是减小弱轴方向即y轴方向的计算长度。注意对于屋架上双脚钢组合的T形截面强轴(x轴)和弱轴(y轴)对应的计算长度求解,注意支撑设置的平面对其影响。通常y方向大于x方向,注意对于排架柱和框架柱的拉弯和压弯计算,应注意弯矩作用平面内和弯矩作用平面外所对应的是否有支撑,而相应影响的有无侧移及计算长度,如对于排架结构,往往在纵向设置支撑,则在纵向为无侧移而横向有侧移。强弱支撑框架的验算:注意支撑在单位侧倾角产生的水平力。

(22)连接计算应注意:焊缝的尺寸限制,螺栓最小布置要求;工字形(T字形)截面对接焊缝受弯计算采用折算应力评价;角焊缝应注意正焊缝(作用力垂直于焊缝方向,提高系数)和侧面焊缝(计算长度不宜大于60hf)的计算不同,角焊缝长度不得小于8hf和40mm;对于对接焊缝在受弯矩时,有效焊缝的惯性矩应注意扣除无引弧板的焊缝长度(每条焊缝均应扣除2t);对于角焊缝的惯性矩及面积,应在焊缝端部扣除hf,焊缝拐角处不需进行扣除(即焊缝长度的计算在端部若转角处有焊缝则不需减hf),而焊缝宽度取有效宽度进行计算面积及惯性矩(he=0.7 hf),同时应注意参与计算的焊缝条数,不能遗漏;注意单角钢焊缝连接,验算焊缝强度应乘以0.85系数。注意加劲肋的传递荷载路径(注意顶紧(承压计算)与采用焊缝(正面角焊缝)传递的区别)。

(23)螺栓受剪计算:普通螺栓取受剪承载力(剪切面数)和承压面承载力(最小承压厚度,按受力方向进行考虑)的较小值;高强螺栓承压型注意剪切面的位置(栓杆或螺纹处),普通螺栓取栓杆直径;高强螺栓摩擦型直接与摩擦面和预拉力有关;螺栓群的受力计算,注意连接长度对轴心受力的修正(注意连接长度的计算,仅在螺栓群受剪计算中体现),以及螺栓数量的增加修正(如填板、单面连接、短角钢连接以及铆钉铆合总厚度),螺栓受拉计算取螺纹处有效截面;在验算螺栓连接强度后,还需验算连接钢板及连接板的强度(取连接钢板和连接板最小净截面,同时注意折线面的考虑,以及角钢最小净截面的计算,将角钢展开成平面进行计算)。

(24)螺栓群偏心受拉计算,普通螺栓群先按小偏心受拉(假定中和轴在螺栓群中心处,且最下排螺栓受拉力而非压力)计算,若不满足,则按大偏心受拉计算(假定中和轴在最外排螺栓的中心线上,即用力的平衡进行求解螺栓的力),高强螺栓按小偏心受拉计算,而纯受弯构件则按大偏心受拉构件计算;注意梁柱连接,支托的作用可用来承担梁传递过来的剪力。

(25)钢结构的疲劳计算(对于往复承受动力荷载需要进行此项计算),采用容许应力幅法,应力按弹性状况计算;计算时应注意计算点的位置(焊缝(16项第8类)、其他均为主体金属)、受力方式、施工方式等;荷载采用标准值,且不需考虑动力系数;在疲劳验算时,不能忽略在基本组合下的强度验算;疲劳计算主要针对动力部分(即重力荷载可不考虑),组合工字梁翼缘与腹板的焊缝计算见规范7.3.1条。

(26)塑性设计应注意:材料要求,构造要求,允许长细比,构件承载计算(塑性惯性矩,即指塑性中和轴上下部分对中和轴的面积矩,对工字形截面包含翼缘和腹板),对于压弯构件,包含平面内稳定、平面外稳定(需根据侧向支撑点和弯矩进行分段计算,长细比根据侧向支撑点的分段进行确定)计算,而对于弯曲构件仅有平面内计算;平面外的侧向支撑点间距即为计算区段的计算长度。

(27)钢管结构计算应注意:构造要求(外径与壁厚之比),焊缝长度计算(分圆管与圆管、矩形管与矩形管,矩形管与圆管三种形式),杆件承载力的计算应考虑节点管的截面形状(分圆管与圆管、矩形管与矩形管,矩形管与圆管三种形式)、节点形式(X、T或Y、TT、K、KK)和支管的受力状态(受压、受拉)。

(28)对于压弯构件,应验算弯矩作用平面内稳定、弯矩作用平面外稳定,对单轴对称截面,验算弯矩作用平面内稳定时,对于翼缘受压时,还应补充验算另一侧的腹板端点。

(29)对于部分焊透的对接焊缝按角焊缝进行计算,应根据焊缝的坡口形式(V单边双边,K,J,U)确定焊缝的有效宽度,熔合线处的焊缝截面边长等于或接近最短距离s时,抗剪强度应乘以0.9。

(30)在计算构件长细比时要注意腹板的朝向是在平面内还是垂直于平面。

 

 

抗震设计

抗震的题目贯穿在整个注册考试中,《混规》的第11章是抗震设计,而第6章的承载力能力极限状态计算的公式中,都没有考虑承载力抗震调整系数(要自己加上gRE)。《钢规》中没有考虑抗震,钢结构的抗震主要在《抗规》第8章和第9章2节,出的题目也较难;《砌规》第10章是抗震设计,但主要的构造措施和要求在《抗规》第7章;《地规》和《桩规》的计算公式中,都没有考虑承载力抗震调整系数(要自己加上gRE),《抗规》第4章是场地、地基和基础的抗震规定;《抗规》的第6章是对不同结构体系的基本抗震构造措施要求,与《高规》的规定有很多一致的地方。抗震设计也是结构设计的重点内容,掌握好《抗规》对考试和工作都有很大的帮助。需要注意的事项如下:

(1)正确确定结构地震作用,抗震措施,抗震构造措施的抗震设防标准,是进行抗震设计的前提条件,应重点掌握(具体方法和步骤详见各类参考书)。

(2)结构抗震等级的确定是重中之重,应根据是否超A级高度、场地类别、设防类别、房屋高度以及结构类型来确定,每一步都要认真核对判断。

(3)力的调整:强柱弱梁、强剪弱弯、强柱根(只适用于框架结构)、角柱、偏拉等。

(4)框架梁的抗震构造措施(《抗规》6.3和《高规》6.3)——x/h0rmin、梁端As’/As、箍筋(加密区长度、最大间距、最小直径<r大于2%,箍筋直径+2mm>、肢距)、rmaxr>2.5%(As’·fy’≥0.5As·fy)、通长钢筋、纵筋最大直径限值、箍筋面积配筋率。

(5)框架柱的抗震构造措施(《抗规》6.3节和《高规》6.4节)——轴压比(影响轴压比的因素)、rmin(一侧、全部)、箍筋构造、纵筋配置、rmax、小偏心受拉、箍筋加密区范围、体积配箍率(计算方法,特殊情况rvlv的提高)。

(6)剪力墙边缘构件——阴影范围的确定、约束边缘构件的设置及其最小配筋率和体积配箍率、核心筒剪力墙、剪力墙水平钢筋最小配筋率(0.2%、0.25%、0.3%、0.35%、0.4%)、连梁和框架梁的判别(斜截面受剪承载力公式不同)

(7)抗震设计三层次:1)大环境,本地区设防烈度。2)小环境,场地类别,体现在特征周期。3)建筑物自身,设防分类标准及自振周期,甲乙丙丁类。

(8)与III、IV类场地相关的内容:1)7度0.15g,8度0.3g分别按8度0.2g和9度0.4g采取抗震构造措施(《抗规》3.3.3条和《高规》3.9.2条)。2)7度III,IV类场地高层建筑宜进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算(《高规》3.7.4条)。3)IV类场地上且较高的高层,柱全部纵筋最小配筋率增加0.1%(《抗规》6.3.7条和《高规》6.4.3条)。4)IV类场地上较高的高层建筑,柱轴压比限值应适当减小(《抗规》6.3.6条和《高规》6.4.2条)。5)8,9度建造于III、IV场地,采用箱基、刚性较好的筏基和桩箱联合基础的钢筋混凝土高层建筑,当结构基本自振周期处于特征周期的1.2倍至5倍范围时,若计入地基与结构动力相互作用的影响,对刚性地基假定计算的水平地震力可折减(《抗规》5.2.7条)。6)一级框架和IV类场地的二级框架,框架单独柱基宜沿两主轴方向设置基础系梁(《抗规》6.1.11条)。7)8度III、IV类场地高大的单层钢筋混凝土结构应进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算(《抗规》5.5.2条)。8)8度III、IV类场地,梯形屋架端部上节点应沿厂房纵向设置水平压杆(《抗规》9.1.17条)。9)8度III、IV类场地,可在厂房单元中部1/3区段内设置两道柱间支撑(《抗规》9.1.23条)。10)大厅的钢筋混凝土柱和组合砖柱的纵向钢筋应符合下列要求(《抗规》10.1.14条):6度III、IV场地每侧不应少于4根14,7度III、IV场地每侧不应少于4根16且应满足计算要求。

(9)水平抗震剪力的计算(重力荷载代表值的计算,单质点多质点;水平影响系数、顶部附加力;楼层最小抗震剪力的复核)。同时注意薄弱层地震剪力的调整(《抗规》1.15节,《高规》1.25节);转换构件的地震内力调整;以及地震作用在未考虑扭转计算时,短榀和长榀地震作用的修正;水平地震在各层的分配其高度Hi是按照从基础顶面或地下室的嵌固端开始算起;顶部附加力作用在顶层而非突出构件(突出构件应考虑增大系数,但该增大部分也不往下传递,注意钢结构需要进行传递1~2层);振型分解反应谱法应以每条振型得到的内力分析结果后(应先求出各层的总剪力),再进行各振型的叠加(进而与每层总的最小抗震剪力进行对比)。

(10)楼层承载力突变时,薄弱层受剪承载力不应低于相邻上一楼层的65%。

(11)竖向抗震力的计算,注意重力荷载代表值的计算,以及构件竖向地震力的分担提高系数1.5。

(12)计算罕遇地震作用时,特征周期应增加0.05s,写在特征周期值的表格旁边,防止自己遗漏,类似的条件都要写在表格或公式旁边,不要以为自己知道,因为考试时不一定能记起来,还是写在旁边提醒自己更靠谱。

(13)常用结构阻尼比要熟记(写在《抗规》5.1.5条旁边,避免临时再去查找浪费时间),一般钢筋混凝土为0.05;钢结构高度不大于50m时可取0.04,高度大于50m且小于200m时,可取0.03,高度不小于200m时,宜取0.02,罕遇地震下的弹塑性分析,可取0.05;混合结构在多遇地震下取0.04;预应力混凝土框架结构宜取0.03,钢筋混凝土烟囱和砖烟囱阻尼比0.05,钢烟囱0.01。

(14)求基底地震剪力,特别注意题目是求标准值还是设计值。

 

作者简介:杨开,目前在中国建筑设计研究院范重结构设计工作室从事结构设计工作,主要参与超高层建筑和体育建筑结构设计。

Last Modified·2017年7月14日 19:16

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