STS门刚二维设计补充用户手册.docx

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STS门刚二维设计补充用户手册

对于轻钢厂房（包括门式刚架和单层轻钢屋面厂房）一般均采用STS中“门式刚架二维设计”模块进行设计；对于多层厂房的轻钢屋面部分也应采用“门式刚架二维设计”模块来计算，同时可以复核下部混凝土部分的梁柱配筋。

程序启动界面如下：

对于同一个建筑结构，当采用不同的规范进行控制验算时，所得计算结果也会有所不同。

实际设计中，用户应根据单体建筑的结构形式，来具体确定合理的验算规范及控制参数。

软件遵循的主要设计规范....................................

1.《建筑结构荷载规范》GB50009-2001

2.《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:

2002

3.《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002

4.《钢结构设计规范》GB50017-2003

5.《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

6.上海市《轻型钢结构设计规程》DBJ08-68-97

7.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002

设计控制标准..............................................

STS软件在设计时需要用户手工指定结构的设计控制参数，用于显示计算结果时是否提示超限信息，这些参数的确定需要用户根据工程实际情况，选择相应的规范控制值。

在轻钢结构的材料强度指标、强度控制标准、稳定控制指标方面几本相关规范基本相同，主要的不同点在于变截面（即楔形断面）构件的计算上面，如《门规》对于变截面构件有详细的验算公式，而《钢规》中是没有的。

建议在进行轻钢结构的设计时，验算规范均选择《门规》，而对于控制指标可手工指定。

鉴于几本规范中对相同控制参数的限值有所不同，故在实际设计中，可按照《轻钢结构技术措施》（院标）执行。

结构类型参数..............................................

【结构类型】程序分为〖单层钢结构厂房〗〖门式刚架轻型房屋钢结构〗〖不超过12层的钢结、、构〗及〖超过12层的钢结构〗四种，见下图。

用户根据建筑结构的实际情况来选择合适的结构类型，程序将按相应规范采取不同的计算与控制。

一般来说，对于多层的钢结构应该使用三维的计算更合适一点。

本参数主要对【阻尼比】的取值有影响。

【设计规范】程序分为《钢规》《门规》《上海轻钢》及《冷弯薄壁》四种。

除了结构构件的变形控制不同外，《钢规》和《门规》的主要不同是对梁、柱腹板的高厚比要求不同。

对于轻钢结构，采用《门规》控制较经济，即考虑利用腹板屈曲后的强度。

根据《抗规》9.2.1条的规定，如果在STS软件中选择采用《门规》计算门式刚架，则《抗规》规定的构造要求不再适用。

当选择了“单层钢结构厂房”并采用《门规》计算时，软件按两本规范要求同时控制，超限信息在Stscpj.out文件中给出。

对于混凝土构件，程序会自动选用《砼规范》进行设计。

【受压构件的容许长细比】一般钢结构根据《钢规》5.3.8选用150或200；轻钢结构根据表《门规》3.5.2-1选用180或220。

表轻钢结构中的屋面刚性系杆及柱间交叉支撑的压杆长细比按1/200控制；而其它用以减少构件平面外计算长度的支撑构件长细比按1/220控制。

【受拉构件的容许长细比】一般钢结构根据《钢规》5.3.9选用200或350；轻钢结构根据表《门规》表3.5.2-2选用300或400。

【柱顶位移的限值】一般钢结构根据《钢规》附录A.2.1条选用；轻钢结构根据《门规》3.4.2-1表选用。

【钢梁的挠跨比限值】一般钢结构根据《钢规》附录的表A.1.1选用；轻钢结构根据《门规》表3.4.2-2选用。

注意：

门规中对屋面斜梁（无吊顶）的挠跨比限值是1/180，但其3.4.2条第三款规定，“由于柱顶和构件挠度产生的屋面坡度改变值，不应大于坡度设计值的1/3”。

实际设计中，一般均由1/3限值控制。

从经济角度出发，建议屋面斜梁的挠跨比按《上海轻钢》中的1/200控制。

【[VT]/梁跨度限值】及【[VQ]/梁跨度限值】当选用《钢规》来验算时，程序要求填写钢梁在永久和可变荷载、及可变荷载分别作用下的挠度限值。

一般钢结构根据《钢规》附录的表A.1.1选用。

前者主要是观感要求；后者主要是使用要求。

【单层厂房排架柱计算长度折减系数】该项只有在选择《钢规》验算时才需要填写，用户可以根据《钢规》表5.3.4填写。

单层厂房框架柱内力分析，多数是以一个平面受荷面积为一个计算单元，而忽略了厂房的空间整体作用。

单层厂房阶形柱主要承受吊车荷载，一个柱达到最大竖直荷载时，相对的另一个柱竖直荷载较小。

荷载大的柱要丧失稳定，必然受到荷载小的柱的支承作用，从而较按独立柱求得的计算长度要小，故将柱的计算长度进行折减。

【多台吊车组合时的吊车荷载折减系数】该项用户可以根据《荷规》表5.2.2填写。

【钢梁还要按压弯构件验算平面内稳定性】该项只有在设计规范选取《门规》验算时才需要选取。

如果选取该项，程序对门式刚架钢梁的平面内稳定按压弯构件验算，否则不进行其平面内稳定性验算。

《门规》6.1.6条1款规定，“实腹式刚架斜梁在平面内可按压弯构件计算强度，在平面外应按压弯构件计算稳定”。

当屋面坡度较大时，轴力对稳定性的影响在刚架平面内外都不容忽视。

当屋面坡度较小（i<1:

2.5，《冷规》10.1.1条条文说明）时，在平面内可仅按压弯构件计算其强度，而其平面内的稳定性可不计算。

对钢梁的平面外，其强度和稳定性都需要计算。

轻钢结构的屋面排水坡度一般为5~10%，故一般建议不勾选。

【摇摆柱设计内力放大系数】该项只有设计规范选取《门规》验算时才需要填写。

摇摆柱一般按两端铰接设计，考虑在实际工程中铰接端实际有嵌固作用，而并非理想的铰接，摇摆柱实际受力《2005版STS门刚二维设计补充用户手册》BY老虎空间wxh53302008-02-27往往要大于计算值，故有专家建议应对其设计内力进行放大，放大系数可取1.5。

用户可根据需要自行设定。

注意：

支承托梁或托架的中柱不宜采用摇摆柱，详见《门规》6.1.3条2款的条文说明。

总信息参数................................................

【钢材钢号】程序在此处统一指定钢构件的钢号，可选用Q235、Q345、Q390及Q420，常用Q235及Q345两种钢号。

一般当结构由变形控制时选用Q235；当结构由强度控制时选用Q345。

【自重计算放大系数】程序只在钢构件自重荷载计算时考虑该项参数，用钢量计算时没有计入该放大系数。

只要用于考虑节点部分构件增加的重量。

一般可取1.15。

【钢柱计算长度系数计算方法】程序分两种“有侧移”和“无侧移、桁架”。

只对按《钢规》线刚度比计算柱平面内计算长度系数时起作用。

有侧移或无侧移框架的界定，应按《钢规》执行。

钢桁架应按无侧移结构计算。

当选用《门规》验算时，程序会输出线刚度比计算结果，但最终验算是按门规计算方法确定计算长度系数的。

轻钢厂房一般按”有侧移”计算。

【净截面和毛截面的比值】该项参数对程序强度计算结果产生影响，强度计算时要考虑这项净截面系数，对稳定验算没有影响。

一般对于门式刚架因其截面无削弱，故可取1.0；对于钢框架考虑其螺栓开孔较多，可取0.85。

【结构重要性系数】对于不同的结构类型和结构设计使用年限的要求，修改该项参数将对结构构件的设计内力进行调整。

详见《荷规》中3.2.2条。

【梁柱自重计算信息】该项控制结构分析时是否考虑梁或柱的自重作用。

【基础计算信息】该项只有在用户在“补充数据”→“布置基础”中布置了基础后，才能进行选择。

因为轻钢结构一般不由地震作用控制，故选“算（不考虑地震）”。

【恒载作用下柱的轴向变形】钢结构一般都应考虑恒载作用下柱的轴向变形，尤其是对柱轴向变形比较敏感的结构，如桁架等，否则当结构变形以轴向变形为主时，考虑轴向变形和不考虑轴向变形内力和变形判别较大。

【混凝土构件参数】当无混凝土构件时可采用默认值；当有混凝土构件时，按实际情况填写。

该部分参数只对混凝土构件起作用；对钢构件则不起作用。

地震计算参数..............................................

【地震作用计算】分为〖不考虑〗〖水平地震〗〖水平和竖向地震〗及〖竖向地震〗4项。

用户可根据《抗规》5.1.1条决定。

“大跨度和长悬臂”结构定义见《抗规》5.1.1条的条文说明。

【竖向地震作用系数】可根据《抗规》表5.3.2填写。

【砼构件抗震等级】对于钢结构来说，没有抗震等级的概念。

对于“混凝土柱+钢梁”的排架结构，可根据《砼规》表11.1.4中“单层厂房结构”来确定抗震等级。

7度区混凝土排架抗震等级为3级。

【计算振型个数】一般对于单层结构填3，对于多层结构可取3n（n为结构层数）。

【地震烈度】及【场地土类别】根据实际情况选取，以对应不同的地震力影响系数最大值αmax。

【周期折减系数】根据具体工程的填充墙的布置情况填写。

当围护墙为嵌砌时，填0.7；当围护墙为轻质墙（如彩钢板）或贴柱外皮砌时，填1.0。

【阻尼比】详见《门规》3.1.6条、《抗规》5.1.5条1款及8.2.2条，对于单层工业或民用建筑及不大于3层的建筑钢结构（包括门式刚架）可取0.05；≤12层时取0.035；>12层时取0.02。

【附加重量的质点数】正常使用阶段不考虑这部分荷载，仅在地震作用计算时需要计入这部分附加质量到质点上，如部分墙板的重量。

【地震作用效应增大系数】根据《抗规》5.2.3条1款，“短边可按1.15采用，长边可按1.05采用”。

排架结构一般是取结构横向一榀（即短边）来计算的，故一般填1.15。

【地震力计算方式】一般选取“振型分解法”即可。

荷载分项及组合系数........................................

【荷载分项及组合系数】本页中荷载系数应根据《荷载规范》中对应条文填写，一般不需修改。

当结构楼面活荷载标准值大于4kN/㎡时，活载分项系数应填写1.3，而对于其它不大于4kN/m2的楼层活荷载应乘以1.4/1.3的系数放大后取用。

【考虑活荷载最不利布置】一般多跨结构时勾选，单跨结构不勾选。

构件验算规范..............................................

点取[参数输入]菜单，输入设计参数后，显示程序缺省的构件验算规范，可以点取[构件验算]菜单修改构件的验算规范。

对于框架顶层为门式刚架的结构，或带变截面斜梁的排架结构，整体需要考虑按《钢规》进行验算，但对于变截面梁柱构件、斜梁等轴力影响较大的梁杆件，可以选取《门规》进行构件的中强度、稳定的验算。

局部带夹层的门式刚架结构形式，整体按《门规》进行设计，但对于夹层梁柱，有时需按《钢规》进行校核。

其它结构类型一般不需要修改，默认按参数输入中的验算规范进行验算。

修改构件验算规范后，该构件的强度和稳定性将按指定的规范计算。

风荷载输入与修改..........................................

荷载正负规定：

无论左风、右风、吸力或压力，水平荷载一律规定向右为正，竖向荷载一律规定向下为正，顺时针方向的弯矩为正，反之为负。

如，输入右风荷载时，应输入负值。

【风载计算规范】当结构的跨高比L/H<2.3（柱脚铰接）和L/H<3.0（柱脚刚接）时，应按《荷载规范》取用；而其它情况应按《门规》取用。

详见《门规》A.0.1的条文说明。

在《民用建筑技术措施》（结构篇）2003版中是以高跨比为4来区分的。

【迎风宽度】对于中间跨，取柱距；对于端跨，取柱距的一半。

【调整系数】当风载按《荷规》取用时，应填1.0；当风载按《门规》取用时，应填1.05，且风载不考虑阵风系数。

详见《门规》A.0.1的条文说明。

【柱底标高】因风压高度变化系数μs是指离地面h处的调整值，故此处应填入室内外高差。

风载修改】当结构的体型系数程序可自动判别时，一般不需修改。

当程序出现如下提示时，用户应对构件上的风载手工修改。

注意：

桁架上作用的风荷载需要等效为节点荷载来输入，不能采用自动布置。

吊车荷载数据..............................................

【吊车荷载值】吊车荷载是指吊车在运行轨迹中最大轮压和最小轮压对柱牛腿产生的作用，并不是起重机厂提供的吊车资料。

用户可以利用STS软件提供的导入功能“

”，在下面窗口中填入吊车资料后，很方便的计算出吊车荷载的大小，并直接导入吊车荷载库中进行布置。

用户也可以在主体结构计算前，先用“STS工具箱”模块计算吊车梁，然后将吊车梁计算书中的吊车荷载结果填入该处，可免去对吊车资料的重复输入。

一般建议采用后者。

注意：

①吊车桥架重用于地震作用计算时的集中质点质量。

②吊车横向水平荷载Tmax应为总值，程序在计算时会自动对每边取一半。

③根据《抗规》5.1.3条的规定：

对于硬钩吊车，应计入吊车悬吊物重力，而程序在自动形成的振动质点的重量中只计入了恒载、活载和吊车桥架重，并未计入吊车吊重。

用户可在“补充数据”中用填写附加质点重量的方法输入硬钩吊车竖向荷载，或者在输入吊车桥架重中包括30%硬钩吊车吊重，这样在附加质点重量里就可以不包括硬钩吊车吊重。

【考虑空间工作和扭转影响的效应调整系数】根据实际情况，按照《抗规》中附表H.2.3-1填写。

【吊车桥架引起的地震剪力和弯矩增大系数】根据实际情况，按照《抗规》中附表H.3.1填写。

其它问题..................................................

【杆件布置】杆件当作柱输入和当作梁输入，其内力计算结果是一样的。

应力验算时，区别在于：

当作柱输入时，砼构件在配筋时当作偏拉偏压构件，钢结构按《钢规》计算时，当压弯构件作强度和稳定性计算，强度验算时验算两端截面。

当作梁输入时，砼构件配筋按受弯构件计算，钢结构按《钢规》计算时，按纯弯构件作上下翼缘的正应力和剪应力计算和挠度计算，应力分别验算跨中13个截面。

注意：

钢桁架中，杆件一般都是压弯或轴心拉压杆件，所有构件应当作两端铰接的柱输入。

【设单拉杆】单拉杆是只能受拉，不能受压的柔性杆件，如屋面交叉水平支撑。

定义单拉杆后前，应使用“取消节点”命令来取消交叉点的节点；定义单拉杆后，杆件变为紫红色。

需注意的是，当杆件编号发生改变后，应重新检查单拉杆的定义。

详见07年《PKPM新天地》第4期中“如何采用STS软件进行单拉杆件的设计”一文。

【梁铰、柱铰及节点铰】计算砼柱钢梁的单层排架厂房时候，在sts三维建模后，抽取一榀框架到pk中去计算，想要把梁柱节点改为铰接。

上面有设置节点铰，设置粱铰、设置柱铰。

应该选择哪个？

分别有什么不同？

◆回复◆关于铰接节点的设置问题，sts说明书里没有给出具体解释。

下面用一个计算实例来探讨这个问题。

建立一个单跨，柱脚刚接的刚架。

节点按四种形式，刚接，梁铰，柱铰和节点铰来比较。

结果表明：

铰接节点设置对于内力分布和梁的稳定性没有什么影响，而对柱子的计算长度影响较大，柱子的计算长度系数分别为：

①刚接节点，μx=1.27；

②梁铰节点，μx=2.03；

③柱铰节点，μx=1.70；

④节点铰接，μx=1.70。

其中按梁铰节点设置，柱计算长度是按《钢规》中有侧移框架计算的；而柱铰和节点铰的计算长度系数相同，柱计算长度系数有所折减，折减系数为0.85左右。

个人认为，按梁铰设置符合《钢规》要求，而且偏于安全；而按柱铰或节点铰设置，较符合实际，但没有查到依据。

实际设计中建议采用梁铰为宜。

注意：

与节点相联的杆件在该端均为铰接时，应把所有与该节点相联杆件在该端应都设置为铰接，可以使用“节点铰”功能实现。

另外，两端铰接构件不能采用变截面构件输入，因为两端铰接构件也不必作成变截面。

【关于柱偏心】在进行柱布置时，柱是否偏心布置有何不同？

◆回复◆门式刚架柱偏心只与施工图时标注轴线有关，而与结构内力计算无关，但会影响施工图时檩托的布置。

建议用户在建模时，刚架跨度输入边柱中心间距，柱偏心输入0，在施工图中手工移动轴线标注，可解决檩托的正确布置问题。

另外，在定义柱截面时，应注意H为柱在平面内沿跨度方向的截面尺寸，而B为柱平面外方向的截面尺寸。

柱偏心：

是指柱截面（变截面柱为小端截面）形心，与轴线之间的偏心。

以下图为例：

柱偏心就是绿色形心线与红色轴线之间的距离。

另：

吊车荷载的输入仍然是针对下柱截面形心而言。

【构件平面内外计算长度】在采用PK计算排架结构时，构件平面内外的计算长度如何取值？

◆回复◆构件平面内的计算长度系数默认为-1，即由程序自动计算。

程序按《门规》中6.1.3条进行计算。

门式刚架平面内计算长度的确定需要进行较复杂的计算，特别是中间存在摇摆柱时，摇摆柱自身的稳定性依赖于刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱上的轴力将促使刚架失稳的作用，此时边柱的计算长度会有一个较明显的放大。

因此，建议对于门式刚架结构，平面内计算长度系数由程序自动计算为宜。

在刚架平面外，构件的计算长度应取有效侧向支承点间的距离，平面外的计算长度确定必须由用户指定，默认情况下软件取构件长度作为计算值。

一般对于梁构件，往往需要布置隅撑来减小平面外的计算长度。

构件平面外计算长度默认为构件的长度，用户一般应人工修改。

对于柱平面外的计算长度根据《门规》6.1.4条1款中φy参数的解释“计算长度取纵向支撑点间的距离”，即柱间支撑沿柱高方向节点间距。

当柱平面外沿厂房纵向设置通长系杆时，也可取沿柱高方向系杆的间距。

用户可按长细比不超过220的构造要求来选定该系杆的截面。

对于梁平面外的计算长度根据《门规》6.1.6条2款“应取侧向支承点间的距离”，一般取隅撑的间距。

屋面檩条的一般是间距1.5m布置，而隅撑一般是间隔两个檩间布置，故屋面钢梁平面外的计算长度一般取3m。

实际设计中，用户应根据具体工程的隅撑间距来修改梁平面外的计算长度。

【超过20T门式刚架单厂设计建议】

1.对于吊车吨位超过20T的单层钢结构厂房，已经超出了《门规》的适用范围，应该按照《钢规》来进行设计与控制，如：

长细比、局部稳定、挠度、柱顶位移等控制指标，其中长细比、挠度、柱顶位移控制指标在参数输入中的设计控制参数中可以按照《钢规》进行人为指定，局部稳定程序会根据指定的构件验算规范按对应规范自动进行控制。

2.结构类型应选择“单层钢结构厂房”，如果为抗震地区且选择了地震作用计算，程序会自动按照《抗规》第9章关于单层钢结构厂房的规定进行控制。

3.屋面斜梁建议采用《门规》验算，因为：

①坡屋面的斜梁会有一定的轴力，而《钢规》中梁是按纯弯构件验算的；

②《钢规》中不能进行变截面梁的稳定计算。

4.对于柱的计算长度系数，程序默认按照总参数中选定的验算规范进行确定（与单个构件的验算规范无关）如果总参数中选择的是。

《钢规》对有吊车的柱，，程序按《钢规》5.3.4条阶形柱方式确定；对无吊车的柱，程序按《钢规》5.3.3条线刚度比方法确定；如果总参数中选择的是《门规》，则对所有柱计算长度系数按《门规》6.1.3条的一阶分析法确定。

对于吊车作用柱，如果上下柱段采用相同截面（非阶形柱），且梁柱连接采用刚接，建议柱计算长度按《门规》确定；如果上下柱段采用变截面的阶形柱，计算长度系数的确定，建议按《钢规》确定，但应手工修改柱的计算长度为梁柱铰接时确定的值。

详见06年《PKPM新天地》第5期中“超过20吨的门式刚架单层厂房设计建议”一文。

【对于“砼柱+钢梁”排架结构设计建议】

可参考06年《PKPM新天地》第4期中“混凝土柱实腹钢梁单层厂房设计建议”一文。

【实腹式屋面檩条计算时未注意屋面能否阻止檩条侧向失稳和扭转】

1.实腹式檩条在屋面荷载作用下，属双向受弯，当采用开口薄壁型钢（非双轴对称）时，因荷载作用点对截面弯心的偏心，有弯曲扭转双力矩的作用。

但由于板与檩条的连接能阻止或部分阻止侧向弯曲和扭转，为简化计算，不计入弯扭双力矩的影响。

2.所谓板与檩条的牢固连接，指采用自攻螺钉、螺栓、拉铆钉和射钉等的连接，且要求屋面板有一定的刚度（如压型钢板）时，才可不验算稳定。

3.对塑料瓦等刚度较弱或板与檩条连接不够牢固（如扣板、钩头螺栓连接）时，则应计算稳定性。

4.应按《冷规》式（8.1.1-1、2）计算实腹式檩条的强度和稳定性。

【轴压对Y轴截面分类】在STS二维计算变截面构件输入中，构件定义框中最下面一条（轴压对Y轴截面分类），此项怎么取值？

◆回复◆《钢规》表5.1.2有规定，压杆计算部分，根据截面类型和加工方法定。