鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)-某五層鋼結(jié)構(gòu)賓館設(shè)計(jì)（全套建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、計(jì)算書）

鋼結(jié)構(gòu)廠房畢業(yè)設(shè)計(jì)-某五層鋼結(jié)構(gòu)賓館設(shè)計(jì)（全套建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、計(jì)算書）,鋼結(jié)構(gòu)廠房,畢業(yè)設(shè)計(jì),某五層,鋼結(jié)構(gòu),賓館,設(shè)計(jì),全套,建筑,結(jié)構(gòu)圖,計(jì)算 沈陽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 沈陽市嘉禾賓館 院（系）專業(yè)班級(jí) 土木工程學(xué)院 土木工程 零一八班 學(xué) 生 姓 名 李和根 性別 男 指 導(dǎo) 教 師 許峰 職稱 講師 2005年 6 月16 日 沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 沈陽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題報(bào)告 土木工程學(xué)院 院（系） 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 沈陽市嘉禾賓館 指導(dǎo)教師姓名 許 峰 職稱 講師 專業(yè) 土木工程 教研室名稱 鋼混教研室 是否首次指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì) 否 選題內(nèi)容提要 本建筑位于沈陽市東陵區(qū)；建筑面積4500—5500平方米，層數(shù)5—6層；框架結(jié)構(gòu)或框架-支撐結(jié)構(gòu)（鋼結(jié)構(gòu)），要求： 1． 完成設(shè)計(jì)說明書， （1）中外文摘要；（2）建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論述；（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書；（4）列出參考資料和文獻(xiàn)；（5）外文資料翻譯5000字（要求與建筑工程相關(guān)的資料，可自選，但需要指導(dǎo)教師確認(rèn)）。 2．設(shè)計(jì)圖紙部分 繪制圖紙：繪制建筑施工圖和結(jié)構(gòu)施工圖，圖紙規(guī)格A1（白圖），13張。 選題的必要性 本設(shè)計(jì)題目是房屋建筑采用主要的工程結(jié)構(gòu)形式之一，應(yīng)用很廣泛。通過設(shè)計(jì)使學(xué)生將所學(xué)的工程力學(xué)、工程材料、房屋建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工等基本理論和知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)踐中去，獲得工程師的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析解決問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力；進(jìn)一步熟練應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的計(jì)算和繪圖、外國語應(yīng)用等技能；加強(qiáng)遵守國家的法律、法規(guī)意識(shí)。 選題的可行性 本課題來自工程實(shí)踐，真題假做，適合于土木工程專業(yè)建筑工程方向。完成此設(shè)計(jì)要求學(xué)生具備房屋建筑設(shè)計(jì)的基本知識(shí)與建筑設(shè)計(jì)的一般技能；建筑材料的基本知識(shí)，材料的選擇和材料的施工；工程力學(xué)的基本理論，基本知識(shí)；建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理，基本知識(shí)；多高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)基本原理和基本知識(shí)；建筑施工的基本知識(shí)；建筑識(shí)圖、制圖的基本技能；計(jì)算機(jī)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用的基本技能；外語應(yīng)用能力。難易程度適當(dāng)，學(xué)生能夠完成規(guī)定的任務(wù)要求。 審核意見 教研室主任意見 院（系）教學(xué)工作分委員會(huì)意見 簽字： 年 月 日 簽字： 年 月 日 沈陽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題 目 沈陽市嘉禾賓館 起訖日期 2005 年 2 月 21 日至 2005 年 6 月 13 日 學(xué)生姓名 李和根 院（系） 土木工程 專業(yè)班級(jí) 01-8班 指導(dǎo)教師 許峰 職 稱 講師 指導(dǎo)教師單位 設(shè)計(jì)地點(diǎn) 1． 設(shè)計(jì)（論文）的原始資料及依據(jù)： 1)、建筑地點(diǎn)及擬建基地平面圖 本建筑位于沈陽市東陵區(qū)。由主管批準(zhǔn)擬建基地平面圖見下圖。 基地平面圖 2)、建筑面積和層數(shù) 建筑面積4500-5500平方米;層數(shù)5-6層。 3)、結(jié)構(gòu)形式 框架結(jié)構(gòu)（全鋼結(jié)構(gòu)） 4)、建筑技術(shù)條件 ．氣象條件 沈陽地區(qū)基本風(fēng)壓0.50kN/m , 基本雪壓0.40kN/m。 ．工程地質(zhì)條件 根據(jù)對(duì)建筑基地的勘察結(jié)果，地質(zhì)情況見表１ 建筑地層一覽表(標(biāo)準(zhǔn)值) 表１ 序 號(hào) 巖 土 分 類 土 層 深 度 (M) 厚 度 范 圍 (M) 地基承載力fk (kpa) 樁 端 阻力qp(kpa) 樁周摩 擦 力 qs(kpa) 1 雜填土 0. 0--0.5 0.5 2 粉 土 0. 5—1.5 1.0 120 10 3 中 砂 1.5--2.5 1.0 200 25 4 礫 砂 2. 5—6.5 4.0 300 2400 30 5 圓 礫 6.5—12.5 6.0 500 3500 60 注：１）地下穩(wěn)定水位距地坪－8 M以下； ２）表中給定土層深度由自然地坪算起。 建筑地點(diǎn)冰凍深度：－1.2 M； 建筑場地類別：Ⅱ類場地土； 地震設(shè)防烈度：７度。 2． 設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及要求： （一）建筑設(shè)計(jì)部分 1)．使用要求 客房包括四人間、三人間、高級(jí)套間。其中，四人間1500-2000m2,三人間500-1000 m2,高級(jí)套間500 m2,三人間和高級(jí)套間自帶衛(wèi)生間。每層設(shè)公用衛(wèi)生間及盥洗室60 m2。 附屬設(shè)施包括：門廳80-150 m2,接待室40-60 m2,會(huì)客室40-60 m2,辦公室50-100 m2,服務(wù)臺(tái)及過道200-280 m2,餐廳150-200 m2,小賣60 m2,理發(fā)50 m2,儲(chǔ)存室10-15 m2,開水間10 m2,電話總機(jī)30 m2,配電室30 m2,小會(huì)議室30 m2,大會(huì)議室80-120 m2,休息室30 m2,倉庫30 m2,其它100 m2。 立面設(shè)計(jì)要體現(xiàn)現(xiàn)代化建筑風(fēng)格，色彩簡潔明快。 2）．設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）建筑方案及其初步設(shè)計(jì)； （2）建筑平面、立面和剖面設(shè)計(jì) （3）主要部位的建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)及材料作法； （4）繪制建筑施工圖。 3）．成果形式 （1）建筑設(shè)計(jì)說明書 （2）繪制圖紙 建筑設(shè)計(jì)說明，總平面圖（比例1:500）； 首層平面圖、二層－五層平面圖（任選其中二層）、正立面圖、側(cè)立面圖不少于２個(gè)（比例1:100）；剖面圖２個(gè)（比例1:100）；維護(hù)結(jié)構(gòu)與柱連接構(gòu)造，屋面構(gòu)造以及其他必要的節(jié)點(diǎn)大樣圖共5～6個(gè)，（比例1:20～1:10） （二）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分 1)內(nèi)容要求 確定結(jié)構(gòu)方案：上部承重結(jié)構(gòu)方案與布置；樓（屋）蓋結(jié)構(gòu)方案與布置；基礎(chǔ)方案布置；結(jié)構(gòu)措施及其特殊部位的處理等。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 荷載匯集；地震作用計(jì)算；風(fēng)荷載計(jì)算；荷載組合及內(nèi)力分析；一榀框架計(jì)算；梁柱連接節(jié)點(diǎn)計(jì)算；現(xiàn)澆板計(jì)算；樓梯計(jì)算；墻梁計(jì)算；基礎(chǔ)及基礎(chǔ)梁計(jì)算；其它必 要的構(gòu)件計(jì)算。 2)成果形式 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書 繪制圖紙：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明；基礎(chǔ)平面布置圖和基礎(chǔ)詳圖（比例1:100和1:30～1:50）；結(jié)構(gòu)平面布置圖及配筋圖（比例1:100，1－5層任選其一）；一榀框架結(jié)構(gòu)圖（比例1:30～1:50）；豎向支撐布置及詳圖；樓梯配筋圖（比例1:30～1:50）；屋面結(jié)構(gòu)布置圖（比例1:100）；其它必要的節(jié)點(diǎn)詳圖（比例1:50～1:30）。 3． 對(duì)設(shè)計(jì)說明書（論文）內(nèi)容的要求： 設(shè)計(jì)說明書部分（采用統(tǒng)一稿紙，并由打印機(jī)輸出） （1）中外文摘要(600字左右) （2）建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明書（3000－4000字，含圖表） （3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書（約2萬字） （4）列出參考資料和文獻(xiàn) （5）外文資料翻譯5000字（要求與建筑工程相關(guān)的資料，可自選，但需要指導(dǎo)教師確認(rèn)）。 4． 圖紙（程序、上機(jī)、實(shí)驗(yàn)、外文翻譯）要求： 設(shè)計(jì)圖紙部分 繪制圖紙：圖紙規(guī)格A1（白圖），10～12張，其中3張應(yīng)為計(jì)算機(jī)（CAD）繪圖（建筑圖1張，結(jié)構(gòu)圖2張）。 5． 時(shí)間進(jìn)度安排： 順序 階段日期 計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容 備注 一 2.21-2.27 畢業(yè)實(shí)習(xí) 二 2.38-3.6 建筑設(shè)計(jì)：確定建筑方案 三 3.7-3.13 建筑設(shè)計(jì)：繪制建筑圖（擴(kuò)初設(shè)計(jì)） 四 3.14-3.20 建筑設(shè)計(jì)：繪制建筑圖（擴(kuò)初設(shè)計(jì)），完成建筑設(shè)計(jì)論述 五 3.21-3.27 確定結(jié)構(gòu)方案；結(jié)構(gòu)計(jì)算：選擇構(gòu)件，確定構(gòu)件形式初估截面尺寸 六 3.28-4.3 荷載匯集；地震作用計(jì)算（1） 七 4.4-4.10 地震作用計(jì)算（2）；地震作用下的一榀框架內(nèi)力計(jì)算 八 4.11-4.17 風(fēng)荷載計(jì)算；風(fēng)荷載作用下一榀框架內(nèi)力計(jì)算 九 4.18-4.24 一榀框架在豎向荷載作用下內(nèi)力計(jì)算；荷載（內(nèi)力）組合（1） 十 4.25-5.1 荷載（內(nèi)力）組合（2）；構(gòu)件截面驗(yàn)算：梁 柱 十一 5.2-5.8 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)；樓板配筋計(jì)算 十二 5.9-5.15 樓梯設(shè)計(jì)計(jì)算；基礎(chǔ)設(shè)計(jì)就算；完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論述 十三 5.16-5.22 繪制結(jié)構(gòu)施工圖 十四 5.23-5.29 繪制結(jié)構(gòu)施工圖 十五 5.30-6.5 繪制，輸出建筑 結(jié)構(gòu)施工圖，打印設(shè)計(jì)說明書，本建筑經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)；交指導(dǎo)老師審查 十六 6.6-6.12 指導(dǎo)老師閱圖，修改，裝訂 十七 6.13-6.29 畢業(yè) 設(shè)計(jì)答辯 6． 主要參考資料（文獻(xiàn)）： 1)、國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程 《總圖制圖標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ 103-87) 《房屋建筑制圖統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ1-86) 《建筑結(jié)構(gòu)制圖標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ 105-87) 《辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(JBJ 67-89) 《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GBJ 16-87) 《民用建筑設(shè)計(jì)通則》(JGJ 37-87) 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2001) 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2002) 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007-2002) 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2001) 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2002） 2)、參考書 教科書 建筑設(shè)計(jì)資料集 鋼筋混凝土、建筑抗震、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè) 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè) 建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造資料集 遼寧省建筑、結(jié)構(gòu)通用圖集 完成日期： 年 月 日 （若本頁填寫不下可另加附頁） 沈陽建筑大學(xué) 指導(dǎo)教師評(píng)閱意見書 指導(dǎo)教師單位： 指導(dǎo)教師職稱： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 沈陽建筑大學(xué) 評(píng)閱人評(píng)閱意見書 評(píng)閱教師單位： 評(píng)閱教師職稱： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日 沈陽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 專業(yè) 班級(jí) 學(xué)生 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 答辯時(shí)間： 年 月 日 時(shí) 分 至 時(shí) 分 出 席 人 主任委員（組長） 委 員（組員） 、 、 答辯委員會(huì)（答辯小組）提出的問題和答辯情況： 記錄人： 年 月 日 沈陽建筑大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)評(píng)審意見 學(xué)生姓名： 院（系）： 專業(yè)班級(jí)： 題目名稱： 評(píng)審意見： 經(jīng)評(píng)定，該生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績?yōu)椋? 是否建議授予學(xué)士學(xué)位： 沈陽建筑大學(xué) 院（系）答辯委員會(huì) 院 長（簽字）： 年 月 日 沈陽建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) iv 摘要 本工程為沈陽市嘉禾賓館，位于沈陽市東陵區(qū)?？拐鹪O(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基準(zhǔn) 期50年。基本風(fēng)壓0.50kN/m2 ， 基本雪壓為0.4kN/m2。 本工程占地面積約1800平方米左右，建筑面積6800平方米。本建筑共五層，底層層高4.2米，其他3.9米，總高度20.7米，室內(nèi)外高差為0.45米，女兒墻高0.9米，外墻厚300mm。內(nèi)墻厚160mm，輕質(zhì)隔墻厚86mm。建筑平面呈四方形，總長度為63.3米，總寬度為21.9米。建筑立面規(guī)整，采用大理石裝飾外墻。除正面中門為玻璃門外，其余均采用實(shí)木門，窗為塑鋼窗。本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼框架——支撐結(jié)構(gòu)體系，柱采用HW型鋼，一層邊柱截面3503001219，二到三層3003001015，四到五層3002501012，中柱一層3943981118二到三層3503501219，四到五層3503001219。梁采用HM型鋼，6米跨梁截面340250914，9米跨梁截面4403001118，基礎(chǔ)用C25混凝土，建筑地點(diǎn)地質(zhì)條件良好，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ).縱向設(shè)置支撐，支撐杠件采用雙角鋼，用焊縫連接。設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守我國現(xiàn)行規(guī)范，計(jì)算中包括荷載計(jì)算，內(nèi)力組合，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算，柱，梁的強(qiáng)度驗(yàn)算和整體穩(wěn)定驗(yàn)算，樓梯設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞：鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)體系 獨(dú)立基礎(chǔ) 支撐 鋼筋混凝土 整體穩(wěn)定 Abstract The project is the Hotel of Shen Yang JiaHe which located in the DongLing district of Shenyang city. The seismic of fortification intensity of this building is grade 7. The design reference period is fifty years. The reference snow pressure is 0.4kN/m2 and the reference wind pressure is 0.50kN/m2 The areas covered by this engineering are 1800 square meters which own five stores. The total building areas are 6800 square meters. The height of the first stores is 4.2m and the others are 3.9m.Total height is 21.9 meters. The elevation of indoor ground is higher than the outside for 0.45m.The height of parapet is 0.9m.The thickness of the outside wall is 300mm and the inner wall is 160mm.The lightweight inner wall is 86mm.The shape of the building plan is rectangle. The total length is 63.3m and total width is 21.95m.The outward form of building is formal. The outside wall is decorated with marble. The middle front door is glass door and the others are solid wood doors. All the windows are plastic-steel windows. The structural form of this engineering is steel frame with bracing. All columns are HW profiled bar .The cross sections of the first layer side-column are 3503001219,both second and third’s are 3003001015 ,the forth and fifth’s are 3002501012. The cross section of the first layer middle-column are 3943981118 ,the second and third’s 3503501219,the forth and fifth’s are 3503001219.All beams are HM profiled bar .The cross sections of the 6m spans are 340250914 and the 9m spans’ are 4403001118.For the soil condition of the building site is good, so the foundation of column is independent foundation under column with the concrete of C25 for every column. The bracings that made of double angle irons are mounted in the portrait frames and the bracing angle irons are connected with frames by welding line. The design strictly complied with the currently used code of our country. The calculation includes the calculation of the load, the composition of internal forces. the design and checking computations of the foundation ,the strength and the overall stability of the columns and beams , the calculation of stairs. In the Keyword： Steel frame with bracing, Independent foundation, Bracing Reinforced concrete, Overall stability 序 寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。一滴汗水，一份收獲。在三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中，我收獲許多也感慨許多！畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)四年大學(xué)學(xué)習(xí)生活的一次檢測，也是對(duì)大學(xué)所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用的一次拉練。其目的就是為了融會(huì)貫通我們?cè)诟鱾€(gè)階段的學(xué)習(xí)成果。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，分析和解決實(shí)際問題的能力。， 隨著我經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)制造能力的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)建筑越來越多的出現(xiàn)在我們的視野當(dāng)中 ，而且在今后的建筑領(lǐng)域中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會(huì)出現(xiàn)得越來越多，是建筑業(yè)的一大趨勢，所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我選擇鋼結(jié)構(gòu)，題目是沈陽市嘉禾賓館 。剛開始時(shí)自己對(duì)賓館的設(shè)計(jì)茫無頭緒，不知從何做起。在經(jīng)過數(shù)次畢業(yè)設(shè)計(jì)講座，實(shí)地參觀和指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)后，我對(duì)建筑設(shè)計(jì)才有了比較清晰的認(rèn)識(shí)?？此埔蛔乃姆椒剑喓唵螁谓ㄖ?，設(shè)計(jì)起來要考慮很多方面的要求——采光，人體工學(xué)，抗震，建筑，結(jié)構(gòu)等?。∈且粋€(gè)系統(tǒng)的工程。 在這三個(gè)月的設(shè)計(jì)中，有老師的殷勤指導(dǎo)，同學(xué)的幫助關(guān)心，更有自己的勤學(xué)好問，使自己不斷的獲得充實(shí)。傾以全力的去應(yīng)對(duì)每個(gè)問題，繪制自己的藍(lán)圖，譜寫自己的篇章?？粗约旱淖髌吩絹碓酵暾恼宫F(xiàn)在自己的眼前，表現(xiàn)在自己的手中，一種成就感和自豪感油然而生。四年的學(xué)習(xí)是完成了量的積累，三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)成就了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)的腳步聲越來越近，離去的鐘聲即將敲響，我可謂是百感交急，因?yàn)槲疑钌畹闹牢疫€有很多的缺點(diǎn)和不足需要在以后的學(xué)習(xí) 改正。感謝老師諄諄教導(dǎo)，同學(xué)的熱心幫助，我將在以后的工作學(xué)習(xí)當(dāng)中不斷的完善自己，譜寫人生新篇章。 目 錄 中文摘要……………………………………………………………………………………………………i 英文摘要……………………………………………………………………………………………………ii 正文 設(shè)計(jì)說明書 一 方案設(shè)計(jì)論述……………………………………………………………………………………………1 二 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………………3 三 荷載匯集…………………………………………………………………………………………………7 四 水平地震計(jì)算……………………………………………………………………………………………12 五 風(fēng)荷載計(jì)算………………………………………………………………………………………………27 六 豎向荷載計(jì)算……………………………………………………………………………………………32 七 內(nèi)力組合…………………………………………………………………………………………………41 八 梁，柱截面驗(yàn)算…………………………………………………………………………………………51 九 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………………………56 十 柱腳設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………………………………69 十一 柱下獨(dú)立基礎(chǔ)…………………………………………………………………………………………71 十二 樓板設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………………………81 十三 樓梯設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………………………83 附： 一 鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性分析 二 致 謝 三 參考資料 四 外文翻譯 英文翻譯 Inelastic Cyclic Model for Steel Braces 李和根 01021022 土木工程01-8班 鋼支柱的非彈性循環(huán)模型 Jun Jin1 and Sherif El-Tawil, P.E., M.ASCE2 摘要：一種能夠精確模擬鋼支撐非彈性循環(huán)反復(fù)運(yùn)動(dòng)的梁—柱構(gòu)件已經(jīng)出現(xiàn)。在壓力—合成領(lǐng)域，一種采用以前的Euler運(yùn)算法則的約束表面可塑性模型 用來演示橫截面塑性的變化軌跡。由于局部帶扣而引起的橫截面剛度的衰退可以通過一種損傷模型來計(jì)算。提出的計(jì)算公式已經(jīng)應(yīng)用于一個(gè)大的變形分析程序上面，通過觀察模擬地震條件下各種不同的構(gòu)件在承受反復(fù)循環(huán)荷載和沖擊時(shí)的非彈性工作性能顯示其能夠預(yù)算變形并有足夠的精確度。 DOI: 10.1061/~ASCE!0733-9399~2003!129:5~548! CE數(shù)據(jù)庫受以下因素的影響：扣件，扣件的位置，邊界曲面，可塑性。 緒論 有支撐的鋼—框架結(jié)構(gòu)在地震高發(fā)區(qū)域很流行。鋼支撐提高了結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度和強(qiáng)度，在地震期間通過非彈性變形的方式幫助分散地震能量。鋼支撐能夠被設(shè)計(jì)成僅僅抵抗張力或者同時(shí)抵抗軸向的張力和壓力。僅抵抗張力的鋼支撐是體形很薄建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這些構(gòu)件的帶扣早已經(jīng)在承受壓力的作用，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮這些張拉支撐的抗壓能力。在強(qiáng)地震期間，僅有張拉支撐的建筑表現(xiàn)不盡如人意。并且在經(jīng)常遭受強(qiáng)地震的地區(qū)這種結(jié)構(gòu)不是很流行尤其是在（Bruneau et al. 1998!.）。實(shí)驗(yàn)表明在總體上，張—壓支撐體系在強(qiáng)地震期間的表現(xiàn)更為出色，但是這種支撐在嚴(yán)重反復(fù)荷載的作用下，它的性能狀況是很復(fù)雜的并且還沒有被完全的研究透徹。 這些支撐構(gòu)件的非彈性循環(huán)反復(fù)工作性能比較復(fù)雜，它受以下的物理現(xiàn)象影響：張拉屈服，受壓狀態(tài)下的扣件，扣件處承受壓荷載的能力的衰退，反復(fù)荷載作用下的軸向剛度的衰退，在塑性鉸接接區(qū)的低循環(huán)疲勞破壞，Bauschinger 效應(yīng)。這些因素使得這種分析模型的表達(dá)試的有效率變得復(fù)雜，這種有效分析模型能夠精確模擬鋼支撐的非彈性工作狀態(tài)，然而，實(shí)用且可靠的分析工具對(duì)于現(xiàn)行的說明性抗震規(guī)范到實(shí)際應(yīng)用基本設(shè)計(jì)規(guī)范是很重要的，這種設(shè)計(jì)規(guī)范要求精確地預(yù)計(jì)到結(jié)構(gòu)倒塌的非彈性極限。 這篇文章中對(duì)于梁—柱構(gòu)件給出的公式能夠模擬管狀鋼支撐的非彈性循環(huán)反復(fù)工作狀態(tài)。這個(gè)模型應(yīng)用在計(jì)算機(jī)分析程序當(dāng)中，通過與分析計(jì)算做比較，從而檢驗(yàn)單個(gè)鋼支撐及三向支撐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 無彈性的支柱帶扣模型 根據(jù)要模擬梁柱非線性工作的具體要求，非彈性結(jié)構(gòu)模型可以被分門別類，分為大模型或小模型。 模型中所要強(qiáng)調(diào)的是與無明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的無明顯屈服點(diǎn)應(yīng)力（列如：與彎曲現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的彎矩）或者恰恰相反，在以面后的章出項(xiàng)的有有明顯屈服點(diǎn)應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。因此，大模型比起小模型來具有更高的計(jì)算精確度，構(gòu)成了絕大多數(shù)兩維和三維空間結(jié)構(gòu)大規(guī)模分析的基礎(chǔ)。典型的大模型或者是集中式或者是分散式。集中式的原理是所有非彈性都聚集在桿件的端上，在一個(gè)近似有效的方式中，以此來計(jì)算非彈性材料的工作性能。另一方面，分布式模型比集中式塑性模型更為合理，因?yàn)樗紤]到了沿長度方向上的所有截面而不是僅僅考慮到桿件的兩端。然而，也正因如此，這種模型的計(jì)算花費(fèi)也比集中式模型的更多。 根據(jù)Ikeda和Mahin 的研究，已用于模擬鋼支撐非彈性工作性能狀態(tài)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型能夠被有選擇性的分為有限構(gòu)件模型，現(xiàn)象模型和物理理論模型。但是，現(xiàn)象模型和物理理論模型有歸屬于大模型類別。由于其自身的功能特性，支撐桿件有限構(gòu)件模型是最為嚴(yán)格和合理模型。但是有限構(gòu)件模型應(yīng)用成本高?，F(xiàn)象模型是基于簡化的hysteretic 規(guī)則，這個(gè)規(guī)則僅僅模擬相應(yīng)支撐桿件中對(duì)應(yīng)于軸向位移的可觀察到的軸向應(yīng)力。這些模型都擁有局部自由度，采用磁滯周期來表示荷載—位移，這種方法又采用大量的直線段來表示?，F(xiàn)象模型的使用要求為每個(gè)要分析的桿件輸入的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)具有一定的規(guī)范性。輸入的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)或者是更為精確的分析模型的結(jié)果。盡管決定要輸入什么樣的數(shù)據(jù)有困難，現(xiàn)象模型已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于非線性地震分析。例如：1973年的Nilforoushan地震，1977年的Singh地震，1978年的Jain地震 ，1980年的Maison 和 Popov 地震，1984的Ikeda地震 和1989 Fukuta地震。 物理理論模型比現(xiàn)象模型更為基礎(chǔ)，其表達(dá)式建立在能影響非彈性支撐工作性能狀態(tài)的物理性質(zhì)的基礎(chǔ)上。例如：物理理論模型考慮到了撓度和軸向間相互作用的結(jié)果并且是大變形分析公式的一部分。跟現(xiàn)象模型不一樣的是，給物理理論模型輸入的參數(shù)是以材料的性質(zhì)為基礎(chǔ)的，比如：鋼材的屈服強(qiáng)度，彈性模量，幾何性質(zhì)上的截面面積和慣量等等。支撐桿件的物理理論模型最簡單最普遍的應(yīng)用是在集中式大模型當(dāng)中，比較特別的是，這樣的模型是由在跨中鉸接而成的 彈性元件組成。使用邊界條件是栓接，在桿件固接條件下，取有效長度部分作為栓接考慮。這種模型的例子可以在以下的文獻(xiàn)中找到：Nilforoushan （1973），Nonaka （1973,1977）， Gugerli and Goel （1982），Shibata （1982），Remennikovand Walpole （1997b）。 在已出版的物理理論模型當(dāng)中，絕大多數(shù)都有大的限制，最為重要的是：（1）假設(shè)集中非彈性狀態(tài)是發(fā)生在塑性鉸接區(qū)域，并沒有明確地考慮到沿構(gòu)件長度方向塑性展開。（2）從塑性到塑性的過度迅速?zèng)]有考慮到Bauschinger 效應(yīng)（3） 循環(huán)反復(fù)作用下，軸向剛度的降低沒有被模擬到。（4）邊界條件是栓——栓接的。精確的物理理論模型試圖解決一個(gè)或更多的這樣的限制。例如：1984年的Ikeda and Mahin模型，1997年的Remennikov and Walpole模型都考慮到了Bauschinger 效應(yīng)和循環(huán)反復(fù)荷載作用下支撐軸向剛度的降低。 這篇文章描述了被用來演示非彈性支撐扣的梁——柱模型。提出的模型解決了前面的所有限制。也就是說它考慮到了沿長度方向和截面方向塑性的逐漸展開，模擬了循環(huán)反復(fù)荷載作用下軸向剛度的降低，在邊界條件上也沒有限制。這個(gè)模型屬于分布試大模型，利用到了約束表面的塑性模型（約束表面塑性模型應(yīng)用在截面水平上表現(xiàn)應(yīng)力合成和無明顯屈服點(diǎn)的截面應(yīng)變之間的聯(lián)系，也就是和重心的軸向應(yīng)變和彎曲之間的聯(lián)系。提出的這個(gè)模型是對(duì)其他先前已經(jīng)被El-Tawil and Deierlein（2001a,b）發(fā)明的模型的一種延伸，并且被公式化。這個(gè)公式也考慮到了由模擬鋼支撐桿件非彈性工作狀態(tài)帶來的挑戰(zhàn)。通過分析數(shù)據(jù)和1979年P(guān)opov的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；1980年Black的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；1980年Ghanaat的實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的比較校驗(yàn)已發(fā)明的模型 應(yīng)力——合成塑性 梁柱的應(yīng)力——合成塑性模型涉及到對(duì)用以模擬在軸向力和彎矩共同作用下非彈性狀態(tài)的古典應(yīng)力——空間塑性規(guī)則的適應(yīng)。對(duì)于集中鉸接模型，桿件力跟桿件的端變形有關(guān)（軸向縮短和旋轉(zhuǎn)），然而，對(duì)于分布試模型，如例1所示，截面力跟無明顯屈服點(diǎn)的截面應(yīng)變有關(guān)（重心軸向應(yīng)變和彎曲）。增加的截面力dF和無明顯屈服點(diǎn)的應(yīng)變dE被定義為： dF=T （1） dE=T （2） Fig. 1. Stress resultants and corresponding generalized strains 其中：P=軸向荷載；Mz 和 My分別等于最大，最小彎矩;ε=軸向重心截面應(yīng)變；Фz和Фy分別是最大最小軸向彎曲率。增加的應(yīng)變能進(jìn)一步被分成彈性和塑性分量：de=dee+dep 約束表面模型運(yùn)動(dòng)學(xué) 塑性公式的運(yùn)動(dòng)學(xué)受約束表面模型的支配。塑性模型的受荷平面和約束表面如例2所示（二維空間平面）。模型由兩個(gè)嵌套表面組成，在由內(nèi)表面或者受荷表面包圍的一個(gè)區(qū)域里，我們假設(shè)橫截面是彈性的。兩個(gè)表面相交的部分對(duì)應(yīng)于橫截面的部分屈服，約束表面代表完全的塑性。這兩個(gè)表面的運(yùn)動(dòng)受一個(gè)運(yùn)動(dòng)學(xué)的硬性規(guī)則所支配，在規(guī)則中規(guī)定這兩表面可以被調(diào)動(dòng)但不能被改變形狀和旋轉(zhuǎn)。出于計(jì)算方便的目的，我們假設(shè)受荷表面是約束表面的鱗片化版本，這樣就能確保受荷表面的位置在約束表面之內(nèi)且沒有與約束表面交迭。 例2圖中點(diǎn)A表明：當(dāng)受荷表面里的合成應(yīng)力達(dá)到適當(dāng)值時(shí)，橫截面里就開始出現(xiàn)最初的屈服。在塑性受荷的起始值一定，且連續(xù)受荷情況下，約束表面上的一個(gè)變化點(diǎn)決定受荷表面沿連接A和的連線U調(diào)整。約束表面的調(diào)整方向跟受荷表面一樣，但是速度慢一些。如例2所示，在約束表面上的這個(gè)變化的點(diǎn)是決定了的，這樣才能使受荷和約束表面上的A和點(diǎn)處的法線相互平行。受荷表面的運(yùn)動(dòng)方向跟Mroz’s運(yùn)動(dòng)學(xué)上硬性規(guī)則所指方向一致（Mroz 1967）。為加強(qiáng)連續(xù)性條件，表面運(yùn)動(dòng)的量級(jí)是一定的，這樣可以維持加強(qiáng)點(diǎn)與受荷表面之間的聯(lián)系。一旦受荷表面與約束表面接觸，Mroz’s 規(guī)則就不再適用，因?yàn)榇嗣孢\(yùn)動(dòng)發(fā)生在表面傾斜方向上，也就是說平行于例2中的g。兩表面接觸后持續(xù)荷載就必然使用以往的Euler方案，這將在本章后面討論。時(shí)U是不明確的，并且，這樣的話，表面運(yùn)動(dòng)是假定由Prager規(guī)則支配的（Prager 1956），此時(shí)，表 Fig. 2. Bounding surface model for steel members JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS ? ASCE / MAY 2003 / 549 有明顯屈服的應(yīng)力——應(yīng)變關(guān)系 使用受力和約束表面時(shí)，后面的公式給出了相對(duì)于主要彎矩和軸向力的塑性橫截面剛度系數(shù)并如例3所示： （4） Fig. 3. Force versus generalized plastic strain relationship 其中：彈性截面剛度系數(shù)；=每個(gè)主要方向i的模型系數(shù)。對(duì)于例3，參數(shù)控制了殘余硬性剛度，同理參數(shù)控制了橫截面屈服開始后柔化率。 表示最接近約束表面的力點(diǎn)。當(dāng)d=時(shí)，截面是彈性的并且塑性剛度摸量設(shè)為無窮大。當(dāng)d=0時(shí)，力點(diǎn)在約束表面上，表明塑性剛度的軟化率等于。在兩極限之間（d=，0），塑性剛度是d的函數(shù)。 Table 1. Plasticity Calibration Parameters Direction ζk2 ζk Axial 0,005 6,0 1,0 0,1 1,0 Major 0,005 0,7 1,2 2,0 3,0 Bending Minor 0,005 0,7 0,85 2,0 3,0 Bending 反之，在應(yīng)力—基本塑性變形中，距離d一般被當(dāng)作是受荷表面和約束表面上力和變化點(diǎn)之間的距離。這對(duì)于應(yīng)力合成塑性是很不相稱的，此時(shí)，軸向應(yīng)力和彎矩的容許值在大小上有顯著的不同。在彎矩與軸向荷載相對(duì)應(yīng)時(shí)，容許值在單位上還是不一樣的。采用的這種方法分別求出三個(gè)主要方向上的塑性剛度模量，求出的值用來區(qū)分三個(gè)方向上的不同距離 在每個(gè)主要方向上， 是新的塑性荷載進(jìn)程開始處的距離。不管什么原因，d超過時(shí)，取值d。這在卸載時(shí)或是當(dāng)方向發(fā)生大的改變以至一個(gè)新的塑性進(jìn)程開始時(shí)都會(huì)發(fā)生。當(dāng)三個(gè)方向的任何一個(gè)d值超過時(shí)，每個(gè)方向上的初值都將被重新設(shè)定。卸載—加載循環(huán)的幅度過大也能引起問題，我們采用Sfakianakis and Fardis（1991）研究的出來的方法來處理。 研究中使用的塑性參數(shù)用光纖截面模型來校準(zhǔn)。把使用精確的（4）時(shí)與有明顯屈服應(yīng)變所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力與截面為w350*147的完全彈性的可塑性鋼試件的光纖分析數(shù)據(jù)做比較以達(dá)到校準(zhǔn)的目的。該方法的詳細(xì)內(nèi)容讀者可以查閱資料E1-Tawil和Deierlein(2001b)。選擇這種特殊截面用以代替典型中等重度包金箔的w型鋼。使用（4）的實(shí)驗(yàn)表明相應(yīng)的橫截面與所選的校準(zhǔn)參數(shù)的大小之間沒有關(guān)聯(lián)，并且實(shí)驗(yàn)在一定的截面重量和類型包括管狀桿件范圍內(nèi)進(jìn)行順利。校準(zhǔn)參數(shù)列在表1中。 塑性流 公式的一項(xiàng)功能就是以應(yīng)力合成結(jié)果F（一個(gè)描述在應(yīng)力合成空間表面位置的補(bǔ)償向量）描述受荷表面和變硬參數(shù)K。提出的公式中，這個(gè)表面表示橫截面的初始屈服。當(dāng)塑性能量的增量是正時(shí)，塑性加載發(fā)生。 1959年，Drucker 把強(qiáng)化塑性材料的工作定義為一項(xiàng)在荷載增量為正時(shí)完成的工作，并且在加載-卸載循環(huán)中完成的這項(xiàng)工作是非負(fù)的，漸漸地，這個(gè)定義就作為Drucker 假定為大家所知。雖然最初是為研究應(yīng)力-應(yīng)變性質(zhì)發(fā)明的，但可以延伸應(yīng)用到橫截面應(yīng)力合成分析研究。這個(gè)假定產(chǎn)生了兩個(gè)對(duì)強(qiáng)化橫截面工作很重要的結(jié)果，在Druckerde 判斷中，在正常條件下，對(duì)于受荷表面的突出部分來說，強(qiáng)化橫截面的工做是穩(wěn)定的。正常條件意味著受荷表面（屈服表面）的塑性變形是正常的，這一點(diǎn)對(duì)于非彈性剛度矩陣的引出及為塑性受荷和塑性卸荷的檢驗(yàn)提供一種簡便方法是至關(guān)重要的。 如果執(zhí)行正常假定的話，在屈服表面上的受力點(diǎn)，增加的塑性應(yīng)變矢量就必須跟常量g 成正比。 dep=dlg （5） 對(duì)于受荷橫截面來說，這里的dλ =塑性變形參數(shù)，g= 常量，下面給出的公式： 1998 年， E1-Tawil 和 Deierlein通過一系列的的分析首先研究了應(yīng)力合成塑性假設(shè)的精確度，在這些分析當(dāng)中，塑性流的方向用假定的受荷表面表示，正常條件被比喻成塑性流，這就決定了使用不受假定影響的光纖截面分析法分析。他們指出：雖然根據(jù)Mrozde 的研究，對(duì)于部分塑性化，正常態(tài)規(guī)則和表面移動(dòng)是相當(dāng)精確的，但是兩軸對(duì)稱截面容易受兩軸向彎曲的影響，對(duì)于受單軸彎曲和軸向荷載的影響的部分塑性化截面，正常態(tài)規(guī)則和表面移動(dòng)的相關(guān)性對(duì)部分塑性化截面是不利的。同時(shí)，他們還指出在約束表面上，在受力點(diǎn)接近全塑性化條件的過程中，數(shù)據(jù)上的流角跟理論上的流角之間有一致性。 研究到最后，E1-Tawil和Deierlein于1998年提出兩點(diǎn)建議（1）在軸向應(yīng)變和彎曲應(yīng)變之間嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)流規(guī)則時(shí)應(yīng)當(dāng)避開部分塑性化截面，尤其是當(dāng)受荷表面是完全塑性約束表面下開魚鱗狀并且跟本章中假設(shè)的真正初始表面不匹配時(shí)更要避開。（2）當(dāng)截面是完全塑性化時(shí)，正常態(tài)條件應(yīng)當(dāng)確定。 這些建議表明在截面是部分塑性化時(shí)，典型塑性規(guī)則不再適用，而是在鋼寬翼緣承受小彎矩時(shí)，提高計(jì)算結(jié)果。因此此規(guī)則在