什么是预制结构计算?

预制钢筋混凝土结构由工厂生产的柱、梁、檩条和墙板等构件在施工现场装配而成。在单层大跨度工业厂房中,屋面梁通常与柱销接,采用沿高度变化的屋架梁,屋面覆盖层可能不具有刚性楼板的性能。

TBDY 2018 第 8 章规定了这类结构中连接的设计,附录 8B 规定以等效斜撑模拟屋面平面,4.3.6 则规定了带夹层建筑上、下部分采用不同的承重体系系数。对于设有桥式吊车的建筑,吊车荷载也是设计的一部分;外墙板需考虑第 6 章的地震力;基础滑移同样需要校核。

StatiCAD 通过专为预制建筑设计的工具,将这些要求纳入通用分析流程:连接按分析得到的内力进行设计,每次计算都会生成一条将纳入计算报告的记录。

StatiCAD 在预制结构中能做什么?

从建模到连接设计,预制工业厂房的完整流程。

变截面与预制截面

  • 变截面(nonprismatic)梁:沿梁长变化的截面以单根杆件表示,按实际刚度变化计算
  • 线性、抛物线和三次刚度变化;双坡(人字形)屋面梁
  • Precast I、Precast T、Precast U、箱形和梯形参数化截面模板
  • 以预制截面定义导出至 SAP2000

销接连接与屋面楼板

  • 一条命令将所选梁端设为铰接(M2 + M3)
  • TBDY 附录 8B:以等效斜撑模拟压型钢板或夹芯板屋面
  • 等效轴向刚度、斜撑承载力及适用性条件
  • 刚性或半刚性楼板选项;对于有数千个节点的屋面,给出刚性楼板的精确解
  • 半刚性楼板下按柱计算相对层间位移;在“钢筋混凝土预制”建筑类型中自动开启

桥式吊车与附加质量

  • 由制造商轮压反力得到吊车梁设计弯矩和剪力
  • 吊车荷载以独立荷载工况的形式写入轨道柱:竖向反力和牛腿弯矩、沿桥架和轨道方向的水平力、桥架自重
  • 吊车组合由程序自动生成,并纳入柱、梁、基础和连接的设计
  • 桥架质量自动作为地震附加质量写入;外墙板质量通过预定义节点输入

不同的 R 与 D(TBDY 4.3.6)

  • 带夹层建筑的下部分采用不同的结构性能系数与超强系数
  • ν 系数可由楼层重量自动计算或手动输入
  • 下部分内力、抗剪承载力计算和层间位移角按规范修正

连接设计(TBDY 第 8 章)

  • 销接铰接连接:倾覆、插筋和销栓抗剪
  • 上部湿接、下部焊接的抗弯连接:连续钢筋、焊缝和弯矩承载力
  • 檩条与天沟梁连接:销栓剪切摩擦、角焊缝及檩条屈曲
  • 内力需求可一键取自所选梁的分析结果

外墙板、基础滑移与梁配筋

  • 外墙板等效地震荷载(TBDY 第 6 章)
  • 基础滑移校核(TBDY 16.8.4)
  • 多边形、预制和变截面钢筋混凝土梁的自动配筋计算
  • 梁横截面图中给出真实的截面轮廓、保护层和配筋布置

程序截图

StatiCAD 中预制工业厂房的三维模型:柱、屋面梁、天沟梁、檩条和夹层

土耳其预制协会示例工业厂房的三维模型:柱、屋面梁、天沟梁、檩条和夹层

Precast I 参数化截面模板窗口:截面参数与带尺寸的预览

Precast I 参数化截面模板:参数与带尺寸的预览

TBDY 附录 8B 屋面楼板等效斜撑窗口:输入与计算结果

屋面楼板等效斜撑(TBDY 附录 8B):输入与计算结果

上、下部分采用不同 R 与 D 的窗口:下部分系数与计算值

上、下部分采用不同的 R 与 D(TBDY 4.3.6):ν、(R̄a)alt 和 D̄alt 值

预制连接设计窗口:销接铰接连接,内力需求取自分析结果

预制连接设计(TBDY 第 8 章):销接铰接连接,内力需求取自所选梁的分析结果

计算报告中的预制连接设计页

计算报告中的“预制连接设计”页:需求、承载力、比值和结论

结合这些截图的分步解答:示例解答——预制工业厂房(知识库)

工作流程

  1. 在“项目通用设置”中选择“钢筋混凝土预制”建筑类型;定义截面:矩形柱、预制模板和变截面屋面梁。
  2. 绘制柱和梁;用一条命令将屋面梁、檩条和天沟设为铰接。
  3. 确定屋面楼板;对压型钢板或夹芯板屋面生成 附录 8B 等效斜撑。
  4. 选中轨道柱,将桥式吊车荷载作为独立荷载工况写入,并将外墙板质量作为地震附加质量输入;对带夹层建筑设置不同的 R 与 D。
  5. 运行分析;按分析内力设计连接并生成报告。

报告

预制计算会加入总体计算报告:

  • “预制连接设计(TBDY 第 8 章)”页:每个连接的需求、承载力、比值与结论
  • 每条记录的输入与中间结果摘要,以及需求和承载力的来源
  • 变截面定义见截面报告
  • 多边形与变截面梁的配筋见展开图和材料统计
  • 土耳其语或英语报告

帮助文档

知识库中的分步使用说明、示例解答、理论基础和验证工作。

验证

预制功能依据土耳其预制协会(Türkiye Prefabrik Birliği)出版的《依据 TBDY-2018 的预制钢筋混凝土工业建筑实例分析与设计》一书中的示例建筑(40×75 m,带夹层,200 kN 桥式吊车)开发并进行了对比。

附录 8B、桥式吊车、不同的 R 与 D、连接、外墙板和基础滑移的计算均已与书中的数值算例对比;除程序按规范偏于安全执行的个别环节外,结果完全吻合。同一有限元模型在 SAP2000 v27 中独立建立后,周期相差在 1% 以内。

验证工作详情(知识库)

规范

TBDY 2018 第 8 章 TBDY 2018 附录 8B TBDY 2018 4.3.6 TBDY 2018 第 6 章 TBDY 2018 16.8.4 TS 500
哪些版本包含? 预制工具(“钢筋混凝土预制”建筑类型、连接设计、附录 8B 支撑、桥式吊车荷载、不同的 R 与 D、预制截面模板)包含在 StatiCAD Ultimate 中。变截面定义在所有版本中均可使用。

常见问题

变截面屋面梁如何建模?

梁以截面沿梁长变化的单根杆件定义:输入起始和结束截面、分段长度以及刚度变化形式(线性、抛物线、三次)。双坡人字形屋面梁由两段定义。分析、SAP2000 导出和配筋计算会自动采用变截面。

屋面楼板应按刚性考虑吗?

默认假定为刚性楼板。对于压型钢板或夹芯板屋面,可依据 TBDY 附录 8B,以等效斜撑模拟屋面平面的剪切刚度。此时建议同时运行刚性楼板的解以便对比。

桥式吊车荷载如何定义?

输入制造商表中的轮压反力、轮距、动力系数、吊车梁跨度和牛腿标高,并在平面图中选中轨道柱。程序计算吊车梁设计内力,将吊车荷载以独立荷载工况写入柱上,自动生成吊车组合,并将桥架质量作为地震附加质量加入。

连接计算需要手动输入内力吗?

不需要。分析之后选择一根梁,点击“取自所选梁”按钮,梁相应端部的内力即传入连接窗口。每次计算都会生成一条连接记录并纳入报告。

哪些 StatiCAD 版本包含该功能?

预制工具包含在 StatiCAD Ultimate 中;变截面定义在所有版本中均可使用。在 Ultimate 中编制的项目,其预制数据会保存在文件中。

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