夜雨聆风
钢结构设计必看!3D3S软件操作指南(二)
1.3.4 温度作用
当需要考虑温度作用时，可点击【温度作用】进行温升、温降的定义。
【温度增量1】：表示最大温升的工况；
【温度增量2】：表示最大温降的工况；
温度荷载可以选定作用的构件，不同的构件单元可以设置不同的温差，这样可以计算整个结构不同区域不同温差时的反映。
1.3.5 荷载显示
点击【荷载显示】可以显示已经定义的各类荷载，通过显示各类荷载可以判断荷载方向是否正确；选择【荷载统计】可以显示各类荷载的总数值，对各类荷载有一个大致的判断。
1.3.6 荷载组合
点击【荷载组合】弹出对话框中的【快速生成】，可以快速生成各类荷载组合类型。
1.4 内力分析
完成荷载定义即可进入【内力分析】栏，分析前应先定义【结构类型】。
✒️设计建议：
一般将自重转化为质量选择为Z方向。
1.4.1 模型检查
在进行内力分析之前，一般都要进行模型检查的操作，以免因为模型的一些常见错误引起软件的错误提示。
✒️设计建议：
当模型检查给出提示信息时，可通过点击【仅显示有误的构件和节点】和【显示】按钮快速定位查看。另外需注意，初步的检查时只针对特定项，检查出来不符合特定项的内容不一定是模型的错误，比如两根剪刀撑可以在相交点不打断，但软件仍旧提示该处没有打断；同时模型的错误如果不在特定项中，软件也不能自动检查出来；因此本命令只是一个辅助工具，模型错误的检查主要取决用户的熟练程度。
1.4.2 结构计算
检查无误后，便可进入【结构计算】，参数无误后即可点击计算。
✒️设计建议：
在基本分析模块计算内容只能进行线性分析，要进行非线性的分析需要进入高级分析模块中，基本分析中的计算参数一般可以保持默认不修改，计算振型数量可以根据实际工程情况选取。
1.4.3 动力特性结果
计算完成后，可先查看动力计算结果：即周期和振型。
1.4.4 结果显示
本栏可以图形的方式查看内力、变形、支座反力等各项结果。
1.4.5 结果查询
本栏可以文本的方式查看单个或节点详细的各项计算结果。
1.5 设计验算
1.5.1 选择规范
完成内力分析后，需判断各个构件是否满足要求，须进行【设计验算】，首先应选择验算的规范及进行参数设置，点击【选择规范】弹出对话框。
✒️设计建议：
不同的钢结构形式应选用不同的适用规范，如钢框架结构可选择《钢结构设计标准》，门式刚架结构可选择《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》，网架结构可选择《空间网格结构技术规程》，不同的规范，对应不同的参数，具体参数解析详后续各不同章节。
1.5.2 设计验算
完成前述步骤后即可以进行构件验算，先定义一个应力比范围，在此范围内均认为是安全的，再点击设计验算即可，验算完成即会弹出验算结果。
1.5.3 验算结果
对于不足的杆件截面，可以点击【不足构件】单独显示不足构件，并点击【结果查询】取查询构件的详细结算过程，根据验算结构进行相应调整。
1.6 钢结构防火验算
说明：室外雨棚一般不考虑防火，本章节为演示软件防火验算的过程，仍以前述的钢雨棚模型为例。
1.6.1 受火区域
用来定义受火灾影响的区域，可选择模型的一部分或者整个模型。
【非防火分区单元】：钢构件温度等于常温，不直接施加高温荷载，不调整各项材料性能。
【防火分区单元】：钢构件温度根据升温曲线计算，默认情况下程序对所有构件均考虑热膨胀效应，即施加高温荷载，防火分区内单元均调整各项材料性能。
✒️设计建议：
钢结构必须进行防火设计，须在施工图设计阶段进行，不可放到二次深化设计中。
➡规范索引
《建筑钢结构防火技术规范》第3.2.1条
3.2.1 钢结构应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计。
1.6.2 构件防火参数定义
点击【构件防火参数定义】，对耐火极限、热膨胀系数、比热容、热对流传热系数、综合辐射率、弯曲变形占比影响系数等参数进行定义。
【耐火极限】：一般由建筑专业根据《建筑设计防火规范》确定，此参数为影响防火验算最重要的参数；
【热膨胀系数】：若希望不考虑热膨胀效应，用户可将此项数值设为0；
【弯曲变形占比影响系数】：对于框架柱等以弯曲变形为主的构件，一般可取0.7；
其余参数均可根据《建筑钢结构防火技术规范》的建议值，一般不用进行修改。
➡规范索引
《建筑钢结构防火技术规范》第3.1.1~3.1.3条
3.1.1 钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级，按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定确定。柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同，楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同，屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。
3.1.2 钢结构构件的耐火极限经验算低于设计耐火极限时，应采取防火保护措施。
3.1.3 钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同。
1.6.3 防火材料库
点击【防火材料库】，定义所使用的防火材料各项参数。
【防火保护层类型】：非轻质材料暂不可用，只能选轻质防火保护层。轻质防火保护层有分为膨胀型（即薄型）和非膨胀型（即厚型）；
对于膨胀型，可编辑的是等效热阻，对于非膨胀型，可编辑的是等效热传导系数和防火材料厚度。
【防火材料的等效热阻Ri】：一般取值范围0.1~0.5，数值越大，对防火计算越有利。
【等效热传导系数λi】：一般取值范围0.05~0.1，数值越小，对防火计算越有利。
【防火材料厚度di】：一般取值范围10~70，数值越大，对防火计算越有利。
✒️设计建议：
钢结构设计总说明中，需明确给出防火涂料的各项性能参数。
➡规范索引
①《建筑钢结构防火技术规范》第3.1.4条
3.1.4 钢结构的防火设计文件应注明建筑的耐火等级、构件的设计耐火极限、构件的防火保护措施、防火材料的性能要求及设计指标。
②《建筑钢结构防火技术规范》第4.1.3条
4.1.3 钢结构采用喷涂防火涂料保护时，应符合下列规定：
1 室内隐蔽构件，宜选用非膨胀型防火涂料：
2 设计耐火极限大于1.50h的构件，不宜选用膨胀型防火涂料；
3 室外、半室外钢结构采用膨胀型防火涂料时，应选用符合环境对其性能要求的产品；
4 非膨胀型防火涂料涂层的厚度不应小10mm；
5 防火涂料与防腐涂料应相容、匹配。
③《钢结构防火涂料应用技术规程》第3.2.1~3.2.8条
3.2.1 钢结构防锈漆宜选用环氧类防锈漆，不宜选用调和漆。
3.2.2 设计耐火极限大于1.50h的构件，宜选用非膨胀型钢结构防火涂料或环氧类膨胀型钢结构防火涂料。
3.2.3 设计耐火极限大于1.50h的全钢结构建筑，宜选用非膨胀型钢结构防火涂料或环氧类膨胀型钢结构防火涂料。
3.2.4 除钢管混凝土柱外，设计耐火极限大于2.00h的构件，应选用非膨胀型钢结构防火涂料或环氧类膨胀型钢结构防火涂料。
3.2.5 设计耐火极限大于2.00h的钢管混凝土柱，既可选用膨胀型钢结构防火涂料，也可选用非膨胀型钢结构防火涂料。
3.2.6 室内隐蔽钢结构，宜选用非膨胀型防火涂料或环氧类钢结构防火涂料。
3.2.7 室外或露天工程的钢结构应选用室外钢结构防火涂料。
3.2.8 海洋工程及石化工程钢结构建筑，应选用室外非膨胀型钢结构防火涂料或室外环氧类膨胀型钢结构防火涂料。
1.6.4 定义截面形状系数
点击【截面形状系数】，此功能用于定义构件的截面形状系数。
《钢防火规范》第6.2.1及第6.2.2条条文说明中，表9和表11给出了常用截面的截面形状系数，所有表格中情况软件均能根据表格提供公式进行计算。由于截面形状系数与截面形式以及构件与周边墙体的关系有关，所以对于其他情况应根据构件的单位长度受火表面积除以构件单位长度体积进行计算，并选择自定义方式进行设置。
1.6.5 荷载组合
点击【荷载组合】对话框的【快速生成】按钮，软件将自动根据《钢防火规范》第3.2.2条生成防火设计组合。
默认生成的组合只包括以下工况：恒荷载，活荷载，风荷载以及温度荷载；对于屋面活荷载、雪荷载等类似活荷载的工况，如果用户确实需要考虑，可以自行添加相应的组合；地震工况在当前模块不会计算，不支持用户添加相关的组合。
➡规范索引
《建筑钢结构防火技术规范》第3.2.2条
3.2.2 钢结构耐火承载力极限状态的最不利荷载(作用)效应组合设计值，应考虑火灾时结构上可能同时出现的荷载(作用)，且应按下列组合值中的最不利值确定：🔥
（3.2.2-1）
（3.2.2-2）
式中：Sm——（荷载）作用效应组合的设计值；
SGk——按永久荷载标准值计算的荷载效应值；
STk——按火灾下结构的温度标准值计算的作用效应值；
SQk——按楼面或屋面活荷载标准值计算的荷载效应值；
SWk——按风荷载标准值计算的荷载效应值；
γ0T——结构重要性系数；对耐火等级为一级的建筑，；对于其他建筑，；
γG——永久荷载的分项系数，一般可取；当永久荷载有利时，取；
🔥
——风荷载的频遇值系数，取；
——楼面或屋面活荷载的频遇值系数，应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值；
——楼面或屋面活荷载的准永久值系数，应现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定取值
1.6.6 模型检查
点击【模型检查】，检查防火模型中的错误项和警告项，存在错误项必须修正后方可进行防火计算，而提示警告项中存在不符合要求的单元时，会在防火计算时提示该部分单元不做设计。
1.6.7 结构防火设计
前述操作完成后，即可点击【防火设计】。
【基本信息】：根据结构的具体情况填写。
【火灾前温度】：一般采用默认值。
【升温曲线】：默认选择标准升温曲线，在有确定实验数据情况下，也可以自定义升温曲线，自定义升温曲线只适用于承载力法。
【设计验算方法】：提供了临界温度法和承载力法两种选择。
【计算长度确定方法】：按实际情况选择。
1.6.8 温度上限编辑
在使用临界温度法进行防火设计后，若计算结果中存在设计耐火极限内最高温度Tm超过临界温度Td（包括Td为0的情况），则可以使用温度上限编辑功能，在有限的迭代计算次数内得出尽可能大的Tm计算结果（若用户定义的值大于迭代计算程序中的上限则缺省，若小于则选用定义的温度上限值）。
编辑后需再次进行防火设计，使程序计算所得防火材料参数更为合理。
1.6.9 防火材料编辑
在防火设计后，程序自动优选出各个杆件的材料参数，用户可以选择部分杆件查看结果。材料参数按照先非膨胀类型、后膨胀类型的顺序排列，同一类型材料按数值从大到小排列。单击其中一个参数行时，模型中对应的杆件会相应亮显，双击可进行数值的编辑。在执行修改后点击确定会保存，否则提示存在修改但不保存。表格内的数据来源于最后一次临界温度法计算所得的结果。
一般在防火设计结束后，用户可以在此功能对话框中进行修改、归并。例如有3根杆件优选出的材料厚度分别为30、31、32mm，用户可以将三根杆件均偏向安全地修改为32mm。若存在构件的材料厚度或等效热阻值为999，或其他可主观判断不合常理的数值，则为计算结果不通过，提示用户需要手动调整。无论是膨胀性材料还是非膨胀性材料，其等效热阻值或防火材料厚度值越大，则在火灾环境下越安全。
该功能与选择“承载力法”进行防火设计验算时，选用“编辑后数值”联动，即修改后的防火材料属性可以直接用于承载力法验算的数据。但若选用“初始数据”时，将不使用修改后的参数。
1.6.10 防火参数显示
点击【参数显示】命令，可查看主要防火设计参数的定义情况，注意此处显示的为用户输入的初始数值，临界温度调整后的材料参数不会在此处显示，用户可通过“结果显示”或“结果查询”查看具体构件。
下图为防火材料的显示效果：
1.6.11 设计结果显示
点击【设计结果显示】命令，可查看构件防火设计结果。
如下所示为采用临界温度法计算的结果，依次为：防火材料设计结果（图中为膨胀型防火涂料等效热阻），单元最高温度，临界温度，示例如下：
如下所示为采用承载力法计算的结果，第一排依次为：等效热阻，单元最高温度；
第二排依次为：强度应力比，2轴稳定应力比，3轴稳定应力比，示例如下：
✒️设计建议：
软件计算出来的防火涂料参数为理论值，如厚型涂料厚度计算出来往往较小，实际设计时，考虑到施工误差、防火涂料本身的稳定性等因素，建议在计算值的基础上，根据相关经验，再给一个最小（或最大）限值。
1.6.12 设计结果查询
点击【结果查询】命令，可查看构件防火设计的主要参数和结果。
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