问题描述:
某钢框架模型在进行钢结构设计后,发现 ID23 的钢柱(图 1)绕弱轴的计算长度系数为 2.038(图 2)。但是该方向上的钢梁并没有和钢柱铰接,而是两端均为刚接。因此,该计算长度系数明显偏大,请问这是什么原因?
图 1 某钢框架结构模型(虚线框是计算长度异常的钢柱)
图 2 ID23 钢柱的计算长度系数
解答:
SAP2000 钢框架结构的计算长度系数根据《新钢标》附录 E,按梁柱线刚度比计算。常规的钢框架结构,SAP2000 可以正确识别梁柱线刚度,计算长度系数的计算也没问题。针对这个模型,初步怀疑是 SAP2000 计算的梁柱线刚度比有问题。
通过对象收缩视图(图 3)查看该模型各构件的连接关系可以发现,与 ID24 钢梁相连的 ID6 钢柱未在梁柱相交处打断。
SAP2000 存在对象模型和分析模型两个概念,钢结构的设计是基于对象模型(图 3 对象收缩视图中看到的构件均为对象模型)。SAP2000 在确定 ID23 的钢柱计算长度系数所需的梁柱线刚度比时,由于 ID6 钢柱未在与 ID24 的钢梁相交处打断,故判断 ID24 钢梁的远端未与 ID6 钢柱刚接,则钢梁的线刚度为零,据此计算的计算长度系数为 2.038。
图 3 对象收缩视图
用户只需要选中所有钢框架柱,在框架梁柱相交处将这些钢柱进行分割打断,最后视图效果如图 4 所示。再次运行分析和设计,则如图 5 所示,ID23 的钢柱计算长度系数为 1.279(强轴)和 1.131(弱轴),符合预期。
图 4 ID6 钢柱在梁柱相交处打断后的对象收缩视图
图 5 ID6 钢柱在梁柱相交处打断后 ID23 的计算长度系数
通过本例,说明用户采用 SAP2000 进行钢框架结构设计时,需要注意梁柱的打断关系。构件是否打断基于构件的基本设计单元。对于钢框架结构,设计单元一般为每一跨的框架主梁和每一层的框架柱,因此在进行 SAP2000 建模时,需在框架梁柱相交处打断梁柱。
构件打断或合并对钢结构设计结果的影响除柱的计算长度系数(有效长度系数)外、还会影响等效弯矩系数 βmx、βmy、βtx 及 βty 的计算。具体细节可查阅以下知识库文档:《构件的合并与打断对设计结果的影响》。