從廠房、體育館等傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)建筑形式，到現(xiàn)代住宅、別墅等一些民用建筑中，都能看到鋼結(jié)構(gòu)的身影。鋼結(jié)構(gòu)作為主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一，存在著安裝便利、造價(jià)成本較低等優(yōu)勢(shì)。



近年來，裝配式建筑的發(fā)展與國(guó)家政策的推廣，使得國(guó)內(nèi)各省市對(duì)裝配式建筑提出了更高的要求，鋼結(jié)構(gòu)作為最能實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的產(chǎn)品被重視起來。

由于裝配式建筑的預(yù)制生產(chǎn)和拼裝，需要鋼結(jié)構(gòu)提供精確的設(shè)計(jì)與參數(shù)，因此鋼結(jié)構(gòu)前期設(shè)計(jì)的要求非常高。BIM技術(shù)的引入，不僅能可視化鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還能利用鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行各種抗震性能分析和計(jì)算統(tǒng)計(jì)，提高結(jié)構(gòu)算量的準(zhǔn)確性和建筑質(zhì)量。



鋼結(jié)構(gòu)BIM建模

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鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

1.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析考慮因素

為了提高鋼結(jié)構(gòu)抗震性能，我們需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在荷載作用下，外力和內(nèi)力保持平衡的狀態(tài)。判斷結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，要看處于平衡狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件，在沒有外界干擾后，是否回到初始平衡狀態(tài)的位置。能回到初始平衡位置的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，反之即不穩(wěn)定。

下面，我們一起來看下結(jié)構(gòu)內(nèi)力和外力對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。



內(nèi)力分析

結(jié)構(gòu)內(nèi)力指的是因荷載等作用而引起的內(nèi)部產(chǎn)生抵抗變形的力。建筑構(gòu)件通常承受的內(nèi)力有軸力、剪力、彎矩、扭矩等。

1）軸力：指與桿件軸線相重合的內(nèi)力。當(dāng)桿件受拉時(shí)，軸力為拉力，當(dāng)桿件受壓時(shí)，軸力為壓力。

2）剪力：又叫剪切力，指垂直于桿件的力。剪力會(huì)產(chǎn)生彎矩。對(duì)一個(gè)建筑桿件截面而言，剪力主要分布于截面中性軸。增加抗剪性能最直接的方法就是增加桿件寬度。

3）彎矩：一般由剪力產(chǎn)生，多余有偏向的軸力也會(huì)產(chǎn)生。是使建筑構(gòu)件產(chǎn)生撓度的主要原因。主要分布在建筑桿件截面遠(yuǎn)離中性軸的兩端。故增加抗彎最直接的方法就是增加桿件高度。

4）扭矩：造成桿件轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)力。由于剛度及荷載不均產(chǎn)生。對(duì)建筑物而言是非常不利的內(nèi)力。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中也規(guī)定，建筑前兩階振型中不應(yīng)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，應(yīng)通過調(diào)整桿件剛度避免建筑受扭。



動(dòng)力分析

結(jié)構(gòu)動(dòng)力研究的是結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的振動(dòng)問題。在動(dòng)力荷載作用下，我們要考慮慣性力影響，和位移、內(nèi)力、速度、加速度均隨時(shí)間變化的影響。在動(dòng)力分析中，結(jié)構(gòu)一般包塊特征值分析、反應(yīng)譜分析、時(shí)程分析三大塊。

1）特征值分析也稱結(jié)構(gòu)自振特性分析，主要求解結(jié)構(gòu)的自振周期和振型向量。

2）反應(yīng)譜分析基于振型分解反應(yīng)譜理論，是一種工程上最常用的計(jì)算地震作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方法，但這種方法只限于線彈性結(jié)構(gòu)，彈塑性階段振型分解法不再適用。

3）時(shí)程分析包括線彈性時(shí)程分析和彈塑性時(shí)程分析兩大類，與振型分解法的主要區(qū)別在于采用實(shí)測(cè)的地震波輸入結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，彈塑性時(shí)程分析具體還可分為靜力彈塑性時(shí)程分析（也稱Pushover分析）和動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析兩類。

上述結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，特征值分析和反應(yīng)譜分析比較常用。而時(shí)程分析一般僅針對(duì)重要建筑以及體型非常復(fù)雜的建筑。小震水準(zhǔn)下可進(jìn)行結(jié)構(gòu)線彈性時(shí)程分析，大震水準(zhǔn)下需要采用結(jié)構(gòu)彈塑性時(shí)程分析方法。

2.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析方式

STAAD 是一個(gè)全面集成的有限元分析和設(shè)計(jì)解決方案，具有包括良好的用戶界面、可視化工具和國(guó)際設(shè)計(jì)規(guī)范。能用于分析受靜力載荷、動(dòng)力響應(yīng)、土壤結(jié)構(gòu)相互作用或風(fēng)力、地震及移動(dòng)載荷影響的幾乎所有結(jié)構(gòu)類型。



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