夜雨聆风
钢结构设计必看!3D3S软件操作指南(六)
第三章 多高层钢结构
3.1 标准层建模
在多高层菜单下，点击【组装模型】状态下【楼层控制】>【添加标准层】，若之前没有建立标准层，则自动新建一个标准层并进入到标准层菜单；若之前已经建立标准层，则可选择某一标准层复制得到新的标准层，或者直接点击右上角的标准层按钮进入标准层菜单。
3.1.1 轴网编辑
点击【正交轴网】显示如图所示对话框，点选【定制轴线】，点击【编辑】进入轴网对话框。
当轴线间距多样时，可点击【定制轴网】，分别输入横、竖两个方向的轴线间距，双击列表内各轴线可修改其参数，勾选【自动标号】可以快速插入相同的轴线，如下图所示。
除了正交轴网建模外，还提供了【圆弧轴网】建模，单独添加【直轴网】、【圆弧轴网】等功能，以及编辑轴网的功能，方便快速建立各种轴网。
3.1.2 构件布置
3.1.2.1 柱布置
点击【构件布置】菜单中的【柱】，弹出【定义柱】对话框如图所示。
对话框中点击截面、材料可以选择柱的截面形式和材料，点击【选择网格点定义为柱】将框选的网格节点布置为柱。
✒️设计建议：
（1）钢结构整体建模时因未考虑加劲肋、螺栓等构件，同时钢构件一般需涂刷防腐、防火涂料，故钢结构自重需考虑进行适度的放大，可在【定义属性】中点击【材性】，将钢材的质量密度由默认的7.85e-006kg/mm3改8.1e-006kg/mm3。
（2）钢柱常用截面包含：H型、矩形、圆形等，多高层钢结构中，钢柱以矩形截面居多（主要考虑两方向截面特性较接近），矩形截面又可分为焊接箱型截面和冷弯矩形钢管两大类，当采用焊接箱型截面时，需注意壁厚不宜小于16mm（主要考虑焊接工艺要求）。
➡ 规范索引
①《建筑抗震设计规范》第8.3.4条第2款
8.3.4-2 柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时宜采用箱形截面，并在梁翼缘连接处设置隔板；隔板采用电渣焊时，柱壁板厚度不宜小于16mm，小于16mm时可改用工字形柱或采用贯通式隔板。当柱仅在一个方向与梁刚接时，宜采用工字形截面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。
②《高层民用建筑钢结构技术规程》第8.4.2条
8.4.2 箱形柱宜为焊接柱，其角部的组装焊缝一般应采用V形坡口部分熔透焊缝。当箱形柱壁板的Z向性能有保证，通过工艺试验确认不会引起层状撕裂时，可采用单边V形坡口焊缝。
箱形柱含有组装焊缝一侧与框架梁连接后，其抗震性能低于未设焊缝的一侧，应将不含组装焊缝的一侧置于主要受力方向。
组装焊缝厚度不应小于板厚的l/3，且不应小于16mm，抗震设计时不应小于板厚的1/2（图8.4.2-1a）。当梁与柱刚性连接时，在框架梁翼缘的上、下500mm范围内，应采用全熔透焊缝；柱宽度大于600mm时，应在框架梁翼缘的上、下600mm范围内采用全熔透焊缝（图8.4.2-1b）。
十字形柱应由钢板或两个H形钢焊接组合而成（图8.4.2-2）；组装焊缝均应采用部分熔透的K形坡口焊缝，每边焊接深度不应小于1/3板厚。
图 8.4.2-1 箱形组合柱的角部组装焊缝
图8.4.2-2 十字形柱的组装焊缝
3.1.2.2 梁布置
可依次点击【主梁】、【次梁】对话框，选择不同的截面、材料依次完成主梁、次梁的布置，如图所示。
✒️设计建议：
（1）常用的钢梁截面类型主要为H型，包括热轧H型截面和焊接组合H形截面两大类，其中，热轧H型截面按照翼缘宽度的不同又可分为窄翼缘型（代号：HN）、中翼缘型（代号：HM）、宽翼缘型（代号：HW）。热轧H型截面尺寸均为固定值，大部分情况下，可以天然满足板件宽厚比的要求。当选用焊接组合H形截面时，需验算板件宽厚比，截面宽度与高度比值一般可取1/4~1/2，腹板厚度与翼缘厚度比值一般可取0.6；
（2）初选截面时，钢梁高度与跨度的比值可按1/15~1/20估算。
3.1.2.3 支撑布置
点击【支撑】对话框，选择不同的支撑类型，包括中心支撑和偏心支撑，如下图所示。
➡ 规范索引
①《高层民用建筑钢结构技术规程》第7.5.1条
7.5.1 高层民用建筑钢结构的中心支撑宜采用：十字交叉斜杆（图7.5.1-1a），单斜杆（图7.5.1-1b），人字形斜杆（图7.5.1-1c），或V形斜杆体系。中心支撑斜杆的轴线应交汇于框架梁柱的轴线上。抗震设计的结构不得采用K形斜杆体系（图7.5.1-1d）。当采用只能受拉的单斜杆体系时，应同时设不同倾斜方向的两组单斜杆（图7.5.1-2），且每层不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。
图7.5.1-1 中心支撑类型
图7.5.1-2 单斜杆支撑
②《高层民用建筑钢结构技术规程》第7.6.1条
7.6.1 偏心支撑框架中的支撑斜杆，应至少有一端与梁连接，并在支撑与梁交点和柱之间或支撑同一跨内另一支撑与梁交点之间形成消能梁段（图7.6.1）。超过50m的钢结构采用偏心支撑框架时，顶层可采用中心支撑。
图7.6.1 偏心支撑框架立面图
1—消能梁段
3.1.2.4 楼板布置
点击【楼板】，跳出如下对话框：
不勾选“考虑楼板刚度”时，楼板仅用于导荷载，不考虑其刚度对结构的影响。勾选“考虑楼板刚度”时，楼板厚度不能为“0”，且软件提供了4种楼板：
（1）壳单元：真实考虑平面内和平面外的刚度；
（2）膜单元：仅真实考虑平面内刚度，不考虑平面外刚度；
（3）板单元：真实考虑竖向位移和受弯变形，平面内考虑刚度穷大；
（4）隔板单元：平面内为刚度无穷大，平面外刚度为0。
✒️设计建议：
整体计算时，可采用楼板刚性假定，此时应选用“隔板”单元。钢结构中楼板一般采用压型钢板组合（或非组合）楼板、钢筋桁架楼承板居多。
3.1.2.5 洞口布置
用于在墙、板上编辑洞口，点击该命令后弹出以下对话框：
洞口布置可选择“直接输入”，输入值的X、Y坐标原点见下图红圈，图中L形标志为局部坐标。
洞口布置也可选择“屏幕点取”，可直接在模型中选择布置点，根据洞口左下角点（默认）或洞口中心点作为参考点进行布置。
3.1.3 荷载布置
点击【荷载工况】添加所需要的全部工况，再点击【施加荷载】菜单中的【楼板】弹出施加板荷载对话框如下图所示，双击“…”来添加板荷载，如定义工况0的恒载值为-5.0kN/m2，同理，再添加工况1的活荷载。点击【施加板荷载】将荷载施加在所有板单元上。同理，可依次输入梁线荷载、柱荷载、节点荷载等。
✒️设计建议：
《工程结构通用规范》（GB55001-2010）表4.2.2中，有多项楼面活荷载值较《荷规》有所增加，注意按《工通规》取值。
3.1.4 复制标准层
点击右上角下拉菜单中【添加新的标准层】，在【轴线编辑】中选择【轴网锁定】有利于对标准层的删改。新的标准层中添加构件、输入荷载等操作如前所述。
3.1.5 楼层组装
点击菜单中【返回组装模型】弹出如下图所示。按照图中所示进行信息输入，完毕后点击【确定】得到整体模型。
3.2 风荷载
点击【荷载控制】菜单中的风总信息定义风荷载的基本信息，点击【风荷载】菜单中的【整楼导风】弹出多高层风荷载对话框如图所示。注意勾选“执行《工程结构通用规范》GB55001-2021”。
双击“…”弹出下图所示对话框，左侧是默认风力作用面宽度，右侧定义工况为风工况和定义体型系数。
按照相同的操作，添加0度和90度两种风荷载，点击【确定】。
➡ 规范索引
①《建筑结构荷载规范》第8.4.4条
8.4.4 结构阻尼比，对钢结构可取0.01，对有填充墙的钢结构房屋可取0.02，对钢筋混凝土及砌体结构可取0.05，对其他结构可根据工程经验确定。
②《工程结构通用规范.》第4.6.5条
4.6.5 当采用风荷载放大系数的方法考虑风荷载脉动的增大效应时，风荷载放大系数应按下列规定采用：
1 主要受力结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性、结构周期、阻尼比等因素确定，其值不应小于1.2；
2 围护结构的风荷载放大系数应根据地形特征、脉动风特性和流场特征等因素确定，且不应小于，其中为风压高度变化系数。
3.3 地震作用
点击【地震信息】菜单中的【地震参数】，弹出如下图所示。
➡规范索引
①《建筑抗震设计规范》第8.1.4条
8.1.4 钢结构房屋需要设置防震缝时，缝宽应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。
②《建筑抗震设计规范》第8.2.2条
8.2.2 钢结构抗震计算的阻尼比宜符合下列规定：
1 多遇地震下的计算，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；
2 当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻尼比可比本条1款相应增加0.005；
3 在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05
③《高层民用建筑钢结构技术规程》第6.1.5条、第6.1.6条
6.1.5 计算各振型地震影响系数所采用的结构自振周期，应考虑非承重填充墙体的刚度影响予以折减。
6.1.6 当非承重墙体为填充轻质砌块、填充轻质墙板或外挂墙板时，自振周期折减系数可取0.9~1.0。
点击【偶然偏心】，弹出如下图所示。
➡ 规范索引
《高层民用建筑钢结构技术规程》第5.3.7条
5.3.7 多遇地震下计算双向水平地震作用效应时可不考虑偶然偏心的影响，但应验算单向水平地震作用下考虑偶然偏心影响的楼层竖向构件最大弹性水平位移与最大和最小弹性水平位移平均值之比；计算单向水平地震作用效应时应考虑偶然偏心的影响。每层质心沿垂直于地震作用方向的偏移值可按下列公式计算：
方形及矩形平面 ei=±0.05Li （5.3.7-1）
其他形式平面 ei=±0.172ri （5.3.7-2）
式中：ei——第层质心偏移值（m），各楼层质心偏移方向相同；
ri——第层相应质点所在楼层平面的转动半径（m）；
Li——第层垂直于地震作用方向的建筑物长度（m）。
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