美国钢结构规范设计培训资料

STAAD.Pro美国规范钢结构设计培训李晓峰2013年5月
内容
1.标准与条件
2.分析与设计方法
3.抗风设计
4.抗震设计
5.建模注意事项
6.结果查看与输出
7.节点设计
1.标准与条件
•标准与资料
–UBC
–IBC
–ASCE7
–AISC360,
–AISC341，358–NEHRP
–SEAOC
•基本设计条件
•设计目标（非抗震，引自ASCE7）
•设计目标（抗震,引自ASCE7 ）
2.分析与设计方法
•分析方法
一阶弹性分析+计算长度
一阶弹性分析+放大系数
二阶分析+缺陷法（direct analysis)
位移迭代法
几何刚度法
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2.分析与设计方法（续）
•设计方法
LRFD ASD
3.抗风设计
•设计方法-整体性荷载及其组合LRFD
ASD
Nx = 0.01 Wx
•风荷载
•计算流程
•风荷载基本参数•风载设计工况•变形检验
•评述
•风载计算流程
•风荷载基本参数Basic Wind Speed, V
E xternal Pressure Coefficients, C p
Velocity pressure exposure coefficient, K Z
Wind directionality factor, K d Topographic factor, K zt
G ust-effect factor，G
I nternal pressure coefficient,
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基本风速Basic Wind Speed, V
重现期为三档：300年，700年，1700年离地10米3秒钟瞬时风速
在LRFD组合中不再使用1.6的分项系数
Basic Wind Speed, V
通常的结构（风险类别为类的），使用700年
一遇的风进行强度设计风的重要性系数取消
不同重现期风速的换算公式
不同时距的风速的
换算表
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3.抗风设计-续•基本参数
E xternal PressureCoefficients,
Cp
按不同暴露类别查表选取
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3.抗风设计-续•基本参数
E xternal PressureCoefficients,
Cp
按不同暴露类别查表选取
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•基本参数
velocity pressure exposure coefficient, K Z
按不同暴露类比查表或按公式计算选取
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•基本参数Topographic factor, K zt
一般不在山坡或类似区域
的，K zt=1.0 否则按右表计算
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3.抗风设计-续•基本参数
Wind directionality factor, K d
通常在风载进行荷载组合
时考虑，一般可取
K d=0.85 特殊结构略有不同，如右
表所示
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3.抗风设计续
•基本参数
Gust-effect factor，G
对刚性建筑或结构（频率小于1Hz, Gf=0.85
否则需计算或通过分析确定。

一般情况下，G不单独使用，而是与C p或C pi配合使用。

Cp或Cpi相当于“体型系数”
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3.抗风设计-续•基本参数
Internal pressure coefficient, (GCpi)
部分敞开和敞开结构差异很大另外，内压需要分正负和
外压组合
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•风荷载设计工况
•变形验算-挠度
F or serviceability limit states involving visually objectionable deformations, repairable
c racking or other damage to interior finishes, an
d other short-term effects,
thesuggested load combinations are:
D + L (CC-1a) D
+ 0.5S (CC-1b)
For serviceability limit states involving creep,settlement, or similar long-term or
permanent effects, the suggested load combination is
D + 0.5L (CC-2)
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3.抗风设计-续
•变形验算-层间位移比
Drift limits in common usage for building design are on the order
of 1/600 to 1/400 of the building or story height.
T he following load combination, derived similarly to Eqs. CC-1a and
CC-1b, can be used to check shortterm effects:
D + 0.5L + W a (CC-3)
in which W a is wind load based on serviceability wind speeds in Figs. CC-1 through
CC-4.
Some designers have used a 10-year MRI (annual probability of 0.1)
f or checkin
g drift under wind loads for typical buildings (Griffi s 1993),
w hereas others have used a 50-year MRI (annual probability of 0.02) or
a 100-year MRI (annual probability of 0.01) for more drift-sensitive
b uildings. The selection of the MRI for serviceability evaluation is a
m atter of engineering judgment that should be exercised in consultation
w ith the building client.
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3.抗风设计-续
•在现阶段，通常的结构，其抗风设计（与抗震设计相比），要相对“简单”。

只要把风荷载正确的施加上去后，主要工作就完成了。

一般结构不会考虑进行复杂的风动力分析。

而对抗震设计而言，荷载的施加只是第一步工作。

•相对地震荷载，风载的变异性更大。

对很多实际的结构，风的体型系数和风的动力效应都是难以精确知道的。

地震虽然也很复杂，但规范规定的却很精确。

相对地震荷载，风载的施加是更加“主观”的操作。

4.抗震设计
•设防分类
•抗震体系及不规则判断
•基本参数
•分析方法（等效侧向力法，反应谱）•地震效应组合
•二阶效应
•变形验算
•其他
•设防分类
–风险等级(RC)
•设防类别-续
–抗震设防类别（SDC)
•抗震体系及不规则判别-建筑结构抗震体系
•抗震体系及不规则判别-非建筑结构抗震体系1
•抗震体系及不规则判别-非建筑结构抗震体系2
•抗震体系及不规则判别
•抗震体系的选用是美标设计极为关键的一步。

一般来说，首先需要区分建筑（building）和
非建筑（nonbuilding）。

对非建筑结构（工业结构），还要看其是否“类似于”建筑（即具
有通常的层构造）。

对很多工业结构，其抗震
性能的研究是不充分的，因此大多使用较小的R 系数，采用偏保守的弹性设计。

•同一个结构，在不同的方向可以使用不同的抗
震体系。

对同一个抗侧力方向，不同的抗震体
系也可以进行组合。

•抗震体系及不规则判-平面不规则
•抗震体系及不规则判-竖向不规则
•抗震体系及不规则判别
•规则或不规则，主要是针对具有层的建筑结构而言。

但很多工业结构不具有典型的层结构，那么就不应机械的按此规定执行。

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•基本参数
•重要性系数（Seismic importance factor, I e.）•Mapped spectral response acceleration parameters,S S and S1,PGA •Design spectral response acceleration.,SD S and SD1
•场地类别Site class.
•冗余度系数，redundancy factor, ρ
•Basic seismic force-resisting system(s).
–Response Modification Coefficient(s), R.
–Deflection Amplification Factor, C d
–Overstrength Factor, Ω0
•重要性系数（Seismic importance factor, I e.）,引自ASCE7
•Mapped spectral response acceleration parameters,S S and S1•/hazards/designmaps/pdfs/?code=ASCE +7&edition=2010。