PKPM钢结构设计:常见问题与解决方法

1、二维模块,弯矩包络图中显示柱底正弯矩值分别为503.6KN.m和579.8KN.m,但为何在“支座反力”和“基础结果文件JCdata”的基本组合中没有找到这个值?

图1 弯矩包络和支座反力

答:该工程在设计时考虑了性能化设计,也就是在设计参数中勾选了“轻屋盖厂房按“低延性,高弹性”性能化设计,2倍地震力作用”,因此模型在结构计算时考虑了2倍地震力作用,故而得到的构件包络内力普遍较大,但基础设计不用考虑2倍地震力作用的基本组合,因此支座反力相对较小,自然也就在支座反力和基础文件中找不到503.6和579.8这两个数值了。

图2 构件和支座反力的基本组合

2、钢结构二维模块中,地震力计算时质量集中节点的质点重量程序是怎么考虑的?

图3 质点重量

答:程序在求质点重量时是考虑恒载+0.5活载,有吊车荷载和附加重量时还要加上吊车桥架重量及附加重量;恒载包括布置的恒荷载和构件的自重,而构件自重的考虑原则是梁自重全部考虑,柱自重按一半考虑,还须考虑参数输入中填写的自重放大系数。因此质点质量的计算公式为:恒载+(柱自重*0.5+梁自重)*自重放大系数+0.5*活载+吊车桥架重+附加重量。比如上面的质量重量:32.4(恒载)+(5.04*0.5+6.51)*1.2(自重放大系数)+0.5*54(活载)=70.24kN。

图4 质点重量校核

3、钢结构工具箱中的隅撑计算,这里红框中的强度设计值是按照规范哪个公式确定的?

图5 隅撑计算书

答:隅撑一般采用角钢,而隅撑的计算主要是计算角钢的稳定应力,根据门刚规范3.2.5条第1款,:单面连接的角钢,按轴心受力计算稳定性时,等边角钢应乘以系数0.6+0.0015*λ,但不大于1.0;因此这里的强度设计值是考虑该折减系数的,隅撑计算书中也输出了折减系数:0.6+0.0015*151.561=0.827342(上图紫色方框中的折减系数),所以最终取的强度设计值为215*0.827342=177.878N/mm2

4、钢结构二维桁架腹杆,强度计算轴力选择的是组合号: 4,N=-470.68,但是稳定选择的是组合73,N= 72.07,为何强度和稳定计算采用不同组合?是程序在选择组合的时候就简单取最大值?

图6 构件验算信息

答:回答这个问题之前我们先了解一下程序输出的内力是怎么表示的,对于柱构件而言,前面的弯矩和轴力表示柱下端的内力,后面的弯矩和轴力表示柱上端的内力。

图7 柱构件内力输出格式

内力的符号规定则是:柱下端正值表示压力、负值表示拉力;柱上端正值表示拉力、负值表示压力;看构件信息,4号组合下构件是轴心受拉,73号组合下构件是轴心受压(该组合下柱下端正数上端负数所以对杆件来说是轴压力),轴心受拉不需要计算稳定,只有受压才需要计算稳定;4号组合是强度验算的最不利组合,而73号组合是稳定验算的最不利组合,所以验算稳定时采用了73号组合。

图8 柱构件轴力符号规则

5、钢结构工具箱-柱构件设计时,格构柱缀条稳定计算的强度折减系数与规范公式手算结果不一致,是何原因?

图9 格构柱缀条计算书

答:这里程序不仅考虑了《钢结构设计标准》GB50017-2017的7.6.1-2式中的折减系数η,还考虑了钢标的7.6.3条的折减系数ρe,具体计算过程如下:先按7.6.1-2式计算的折减系数为0.6833,再考虑7.6.3条的折减系数0.8910,最终的折减系数为0.6833*0.8910=0.6089。

图10 钢标7.6.1条

图11 钢标7.6.3条

6、在门式刚架施工图绘制时,请问螺栓的列间距ew是怎么控制的?发现大直径的螺栓间距为什么会比小直径螺栓间距要小?直径27的螺栓列间距是65,而直径20的螺栓列间距是95。

图12 门刚节点图

答:程序确定列间距ew的逻辑是这样的:首先按照ew=2d0+tw/2,按5向大取整,tw为腹板厚度;然后根据第一步确定的ew再来计算端板的宽度B,B=max(2ew+2*1.5d0 , 梁翼缘宽度,柱翼缘宽度 ),注意1.5d0按5向大取整;最后还要判断螺栓中心到端板边距B/2-ew是否大于4d0,如果小于4d0,则ew=B/2-4d0。

如果不想让程序走上面的最后一步,可以在“连接参数”中取消勾选“当螺栓中心到端板边距离大于4倍孔径时,自动调整”这个勾选项。

图13 参数勾选项

7、外包式柱脚的配筋根据什么计算的?为什么都特别大?

图14 外包柱脚及计算书

答:外包柱脚的配筋根据柱脚实际内力计算和满足极限承载力调整两者共同确定,往往是根据实际内力计算的配筋较小,但要满足柱脚极限受弯承载力验算(抗规8.2.8条)而需要较大配筋,最终的实际配筋基本都是在保证极限受弯承载力的前提下而配置的钢筋。

图15 外包柱脚极限承载力验算公式

8、同一钢结构模型,分别在SATWE和PMSAP模块计算,内力基本一样,但计算结果差异较大,是何原因?

图16 PMSAP计算结果

图17 SATWE计算结果

答:SATWE和PMSAP的计算条件不一样,SATWE中钢梁默认按单向受弯计算,而PMSAP中钢梁默认为双向受弯钢梁,只不过PMSAP在构件信息中没有输出面外弯矩,所以会让我们以为也是按单向受弯算的;可以在SATWE中将那个梁也定义为双向受弯钢梁,则计算结果基本和PMSAP一样。

图18 SATWE设置双向受弯钢梁后的计算结果

9、SATWE计算钢结构雨棚,三层顶的雨棚通过空间斜杆拉着,斜杆另一端设在五层顶,结果雨棚梁配筋出现异常,全部超筋了,什么原因呢?

图19 SATWE钢雨棚计算结果

答:雨棚的拉杆跨层了,需要设置一下施工次序以保证拉杆对雨棚梁起到作用,可按如下图设置后计算就可以了。此类结构一般按照一次性加载或将斜拉杆与下部构件定义为同一个施工次序时,计算结果正常合理,针对这种斜拉杆件一定要注意其施工次序,程序默认的施工次序3不能满足此类结构设计的要求。

图20 SATWE前处理设置施工次序

10、一个单层钢框架,计算结果显示横向中间主梁应力超限,构件信息显示N=-9.99,M=30.59,强度应力271.74N/mm2,输入轴力和弯矩用钢结构工具箱复核,结果算出来的强度应力为217左右,二者不一致,请问为什么会不一致?

图21 SATWE验算结果及构件信息

答:satwe模块中,当梁的构件信息中输出轴力时,说明该梁的轴力大于5KN了,程序会自动按照压弯构件验算强度和稳定,此时用工具箱复核时应该选择“柱构件”复核;另外在复核时构件的截面一定要选择正确,satwe中用的截面是轻型I16,工具箱复核时则用的是普通型钢I16,这两种截面的截面参数是不一样的,结果自然不一致。改换轻型I16后按柱构件计算,结果一致。

图22 SATWE中的截面类型

图23 工具箱验算结果

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