钢结构静力弹性分析方法

钢结构静力弹性分析方法

钢结构静力弹性分析方法

对于不同的分析目的，结构计算模型和分析方法往往也不相同。从结构设计的需要，钢结构体系的主要分析问题有：①各种荷载作用下结构线弹性内力与变形分析；②竖向荷载作用下结构的弹性稳定分析；③结构非线性反应与极限承载力分析；

④结构弹性与弹塑性地震反应分析。其中①是结构常规分析问题，当框架的规模不大（层数和跨数不多）时，可采用传统的结构分析方法如力法、位移法、弯矩分配法、反弯点法以及D 值法进行分析。其它问题需要对结构进行二阶非线性分析（包括几何非线性和材料非线性），传统的结构分析方法已不再适应，目前多采用有限元法进行分析。多高层建筑钢结构的体形多样、受力复杂且杆件数量较多，因此在进行静力、动力分析时，一般都借助计算机采用有限单元法来完成，计算速度快且精度较高。

多层钢框架的内力一般进行弹性分析，且构件截面允许有塑性变形的发展。对于一般框架结构可以采用一阶弹性分析，而对侧移比较大的框架结构宜采用二阶弹性分析。一阶弹性分析不考虑结构二阶变形对内力产生的影响，根据未变形的结构建立平衡条件，按弹性阶段分析结构内力及位移。而二阶弹性分析考虑结构二阶变形对内力产生的影响，根据位移后的结构建立平衡条件，按弹性阶段分析结构内力及位移。

对于层数和跨数不多的多层平面钢框架模型一阶弹性分析，竖向荷载作用下可采用分层法和力矩分配法进行内力计算，水平荷载作用可采用反弯点法、改进反弯点法（D值法）进行内力计算。对于层数和跨数较多的多高层平面钢框架模型和空间钢框架模型一阶弹性分析，多采用有限单元法进行计算。对于钢

框架的二阶弹性分析，《钢结构规范》给出了假想水平荷载法和简化的二阶弹性分析法，目前多采用有限单元法进行计算。对于比较规则的钢框架，多采用三维杆系有限元法，即把梁和柱作为一般杆件单元处理；当结构的平面布置和竖向体型复杂，楼板开有大孔洞，或者为了实现建筑功能的转换使用了转换结构时，已不能再用单一杆件单元的计算模型去描述，而是采用具有多种单元（如弹性力学平面单元、墙元、板元、墙组元和壳元等）的全三维空间有限元法。

对于高度小于60m的建筑或在方案设计阶段估算截面时，掌握结构的近似计算方法还是具有重要意义的。用近似方法计算，可以检验有限元结果的合理性；学习近似方法也可以使设计师对结构的受力特点和传力路径有更深刻的理解；另外，在初步设计阶段，可以先用近似方法对结构方案进行比较选择。对于比较规则的结构，可以简化成平面结构，用近似方法计算。

对纯框架结构，计算竖向荷载作用下框架内力的简化方法有：力矩分配法、分层法、迭代法等；计算水平荷载作用下框架内力的简化方法有：反弯点法、改进反弯点法（D值法）、迭代法、门架法以及无剪力分配法等。

对柱-支撑结构体系，水平荷载作用下的内力计算可按剪力分配系数法计算。先计算出各柱间支撑在单位水平力作用下的剪力分配系数，即在单位水平力作用下的各层剪力；再根据各楼层所承受的水平荷载乘以剪力分配系数，即得每楼层各柱间支撑所承担的剪力，并以此计算各支撑的内力；已知支撑内力后，支撑与柱按铰接处理，即可求得柱的内力。

对双重抗侧力结构体系，如框架-支撑体系、框架-剪力墙结构体系，在水平荷载作用下，可将同一方向所有框架合并为总框架，所有支撑（或剪力墙）合并为总支撑（或总剪力墙），然后在每层楼盖处设置一根刚性水平链杆，将总框架与总支撑或

总剪力墙连接，形成框架-支撑并联计算模型或框架-剪力墙并联计算模型，最后按协同工作进行内力和位移计算。