Author: Felix.J

钢结构稳定设计向来都是结构工程专业的难点，里边充斥着许多抽象、难理解、易混淆的概念，老版的国标钢结构设计规范未能做到清晰的、准确的传递给工程设计人员稳定相关规定，其中的一些过分简化、易误解的规定条款，让工程师在面对真实、复杂的项目时经常缺乏信心。 本文希望借助美标钢结构稳定的理论和方法的介绍，让读者建立起钢结构稳定的全局观，然后在这种全局认知的基础上，通过工程实践或规范学习，慢慢的填充细节。 我们将从一个基本概念开始，逐步增加钢结构稳定分析中的影响因素，直至达到目前规范要求的深度，并借此对比 DM ELM FOM 三种方法分别如何考虑这些影响因素。 美标中所有的构件的强度验算都可以以下公式来表达Q < фRn其中，Q 是 LRFD 的荷载效应，ф 是材料抗力系数，Rn 是构件的名义强度。以下的推演过程也将分荷载效应和抗力两部分描述。 STEP 0起始的模型是基于以下假定：荷载效应1 结构没有任何初始缺陷2 钢材为理想弹性体3 不考虑二阶效应即挺直杆件在 LRFD 组合下的一阶线弹性分析抗力1 构件强度能够达到截面屈服强度，即 P = fyA, M = fyZ 如果结构设计止步于此，那么设计院的工作将简单而美好。 STEP 1 二阶效应二阶效应属于荷载效应的影响因素，不同于结构力学在未变形体建立平衡方程，二阶分析是在已变形体上建立平衡方程，下图是典型的二阶效应的示意图，二阶效应会放大结构在侧向力作用下的内力和位移。 目前有两种方法考虑二阶效应，分别是 直接二阶分析法 […]

美标钢结构设计规范 AISC 360-10 第 C 章规定了稳定分析的几种不同的方法，但无论采取哪种方法，都需要考虑钢结构体系初始缺陷（system initial imperfections），本文就详细展开论述分析模型中如何考虑初始缺陷。 体系初始缺陷对应的是钢结构施工中柱子垂直度（out of plumbness）的允许偏差，如图 1 所示。规范允许两种方法来考虑初始缺陷。 直接建模法：在分析模型的梁柱交点处直接施加位移，结构模型不是一个完全垂直的结构，而是伴随初始偏心的结构体系。这种方法的缺点是不同方向的初始偏心衍生出不同的分析模型。 名义荷载法：将体系初始缺陷等效成一种假想的名义水平力，使名义水平力对结构的倾覆作用与重力荷载在初始偏心下的倾覆作用相当，本文推荐采用名义荷载法。 名义荷载法取值对于 LRFD 设计方法，名义水平力的数值为： Ni = 0.002Yi 其中 Yi 是第 i 层楼面的竖向荷载的 LRFD 的组合值，系数 0.002 对应了钢结构使用最大允许垂直度偏差 1/500。 名义荷载组合工况 规范规定名义荷载 Ni 应参与所有的荷载组合，然而规范 […]

​风荷载是结构设计中的重要考虑因素之一。建筑物在风荷载作用下，除了顺风向的位移以外，还可能发生横风向位移。在某些情况下，风荷载在结构设计中起控制作用，特别是对风敏感的结构，这就是为什么不应将风荷载分析视为理所当然的原因。实际上，当建筑物太复杂时，可以考虑使用风洞实验程序。规范为我们设计中所需的风荷载分析程序设定了标准。 ASCE 7-10 提供了两种风荷载计算方法：简化程序和分析程序。简化程序适用于具有简单隔板，屋顶坡度小于10度，平均屋顶高度小于9米，规则形状的刚性建筑，无伸缩缝，平坦地形且不受特殊风吹的建筑。分析程序适用于所有建筑物和非建筑物结构。每种方法分为两类：主抗风系统（MWFRS）和围护构件（C＆C）。 本文主要讲解更为通用的分析程序方法，为风荷载的分析提供指导帮助。 确定基本风压 qz 风荷载分析的重要方面之一是风压。无论我们可以使用哪种分析方法，都需要风压。风压取决于风速和结构的地形位置（按照规范标准风压），高度 z 处的 qz 等效值应计算为 qz = 0.613KzKztKdV2 (N/m2) Kz 风压暴露系数 Kzt 地形系数 Kd 风向系数 V 基本风速 风压暴露系数 kz，可通过 ASCE 7-10（以下省略）表格 27.3-1 查询，或者按以下公式计算 Kz = 2.01 (z/zg)2/α z […]

荷载 ASCE 7-16 Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures 最小荷载规范，由 ASCE 和 SEI 联合出版，规定了结构设计所使用的最小荷载、风险类别、设计标准和性能目标等，内容详实。 IBC 2018 International Building Code 由 ICC 出版，规定了建筑设计的最低标准。内容包含使用功能、建筑、防火、结构、暖通、电气、施工、场地平整等众多方面，是一本大集合，条文相对简练，经常会索引至其他专业标准上。 PIP STC01015-2017 Structural Design Criteria 由 PIP 出版的专门针对工业建筑的荷载规范。 […]

本文讲述了结构工程师在进行抗震设计和计算时的常见错误，目的是帮助工程师避免这些错误。本文以清单格式编写，以便工程师可以自我检验，以及校核其他人的设计工作。本文基于 IBC 2012，ASCE/SEI 7-10，ACI 318-11，AISC 360-10，AISC 341-10 等标准。为方便识别，[ ] 中的数字专指 ASCE/SEI 7-10 中的章节号，除非另有说明。 1）抗震设计类别 A 在抗震设计类别（SDC）A 中时，不需要应用第 12 章的规定，而应按 [1.4] 的结构完整性一般规定进行设计。请注意这些规定包含一些经常被忽略的荷载。规定侧向力包括 1% 的恒载（对结构整体），5％ 的恒载加活载（对梁轴向力的节点），20％ 的墙重（对墙节点）。SDC A 中的非结构部件不需要做地震设计。参见 [1.4]，[11.4.1] 和 [11.7]。 2）重要性系数 I 重要性系数是基于风险类别以及相关的生命安全、危害或结构的本质确定的。[表 1.5-1] 和 […]

ACI 318 确实是这样的，只在第 19 章节规定最小允许 fc’，并没有像国标那样将常用的混凝土等级和相关设计参数列表。 其实不光是 ACI 协会，AISC 钢结构协会也是这么操作的，他们认为关于材料的信息都归 ASTM 标准负责，比如说 fc’ 的具体试验方法就是按照 ASTM C39 执行的。 尽管规范没有为我们提供这种便利，但常用的混凝土强度等级就这几种，最小从 2500 psi 开始，3000 psi 和 4000 psi （27.6 MPa）是现浇混凝土常用型号，5000 psi （34.5 MPa）和 6000 psi 是预应力混凝土常用型号，大部分型号是以 1000 psi 增加的，有个别的也会出现 […]

当我们从事海外项目设计，或学习欧美设计标准时，经常会遇到一些陌生的英文单词，直译解释不通，令人困惑。 一种原因可能是语言表达习惯的不同，不同语言中有不同的称呼，例如砌体中的构造柱，百度百科中翻译为 structural concrete column，国内有的设计院也会翻译成 construction column，这样的英语老外比较难理解，他们经常会简单的称作 cast in-situ tie-column。 另外一种可能的原因是国内外的工程做法不同，国外常用的一种结构、构件、或者设计方法，在国内没有这种做法，自然就很难理解其含义。例如美标或欧标抗震设计中的 capacity design，本质上是一种延性设计，因为国标抗震规范中规定中震通过构造措施来保证，并没有相应的延性设计方法，因此我们头脑中的概念方法是对应不上的，不少人会误以为 capacity design 是性能设计。 本篇文章我们从网络上收集整理了欧美结构工程中常见的英文专业术语及其释义，与大家分享。 这里也给大家分享一个小方法，当不确定某个英文单词表达是否准确时，可以在国外搜索引擎中搜索该单词，看看搜索出来的话题或图片是否是想表达的内容。 混凝土结构 Shear stud：栓钉 Welded wire fabric （mesh）：钢筋网片 Beam：主梁 Joist：次梁 Transverse bent：横向框架 Longitudinal bent：纵向框架 Primary beam：主梁 Secondary beam：次梁 […]

对于结构设计中的正常使用极限状态，需要明确层间位移限值，以防止由于过大的层间位移导致填充墙、玻璃幕墙、建筑装饰构件出现裂缝或损坏。根据调研，在不同层间位移比值下，常见非结构构件的破坏情况如下表所示。 层间位移比值 变形是否肉眼可见 典型现象 <1/1000 不可见 砖块开裂 1/1000 ~ 1/500 不可见 室内隔墙及装饰面层开裂 1/500 ~ 1/300 可见 一般建筑构件开始受损 1/300 ~ 1/200 可见 让人视觉不快 1/200 ~ 1/100 可见 门窗无法正常使用 本篇文章汇总了美标风荷载作用下，结构层间位移的设计限值的建议。不同于国标，美标没有在规范正文明确提出设计限值，而是在条文说明或设计指导中以建议的形式提出，也就意味着，层间位移的控制在现实工程设计中，给予了业主和工程师很大的选择空间，即高装饰标准的建筑，可以采用更严的限值；低装饰标准的建筑，可以选择更松的限值。一般情况下是由业主提出要求，以技术条款的形式，包含在项目合同文件中。 ASCE 7-16 附录C SERVICEABILITY CONSIDERATIONS 的条文说明中指出，可以使用重现期 10 […]