重制版-高层建筑钢结构-第五章构件的设计
《金属结构设计》第五章 拉弯和压弯构件
mx ——等效弯矩系数。
5. 拉弯和压弯构件
§5.3.1弯矩作用平面内的稳定计算（续6） 上式中的等效弯矩系数应按下列规定采用。 ① 框架柱和两端支承的构件：
a.无横向荷载作用：
mx
0.65 0.35
率（无反弯点）时取同号，使构件产生反向曲率（有反弯点）时取异号， M1 M 2 ；
5. 拉弯和压弯构件
§5.1拉弯和压弯构件的特点（续2）
进行拉弯和压弯构件设计时，应同时满足: 承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求。 拉弯构件：需要计算强度和刚度（限制长细比）； 压弯构件：需要计算强度、整体稳定（弯矩作用平面内稳定和弯矩作用平面外稳 定）、局部稳定和刚度（限制长细比）。 拉弯构件的容许长细比和轴心拉杆相同，压弯构件的容许长细比和轴心压杆相同。
N A
mx M x
N xW2 x 1 1.25 / N Ex
f
（5-12）
式中：W1x——受拉侧最外纤维的毛截面模量。 式中的系数1.25是经过与理论计算结果比较后引进的修正系数。
5. 拉弯和压弯构件
§5.3.2弯矩作用平面外的稳定计算 开口薄壁截面压弯构件的抗扭刚度及弯矩作用平面外的抗弯刚度通常较小，当构件 在弯矩作用平面外没有足够的支撑以阻止其产生侧向位移和扭转时，构件可能因弯扭屈 曲而破坏。 《钢结构设汁规范》采用的实腹式压弯构件弯矩作用平面外稳定计算的相关公式 M N tx x f （5-13） y A bW1x 式中：Mx——所计算构件段范围内（构件侧向支承点间）的最大弯矩； βtx——等效弯矩系数，应根据两相邻支承点间构件段内的荷载和内力情况确定， 取值方法与弯矩作用平面内的等效弯矩系数βmx相同； η——截面影响系数，闭合截面η＝0.7，其他截面η＝1.0； fy——弯矩作用平面外的轴心受压构件稳定系数； fb——均匀弯曲受弯构件的整体稳定系数，采用近似计算公式计算，这些公式 已考虑了构件的弹塑性失稳问题，因此当fb大于0.6时不必再换算。 对闭口截面 fb＝1.0；
高层钢结构设计规范
高层钢结构设计规范
高层钢结构设计规范主要包括以下几个方面：结构设计、材料选取、施工工艺和技术要求等。
首先，对于高层钢结构的结构设计，需要根据建筑的功能和荷载要求进行合理的设计。
要考虑建筑的整体性和稳定性，同时确保结构的强度和刚度满足要求。
在设计过程中，需要充分考虑结构的抗震性能，采用合理的结构形式和布局，增强结构的整体刚度和稳定性。
其次，材料的选取也是高层钢结构设计的重要环节。
钢材作为高层建筑的主要结构材料，要求具有较高的强度和韧性，并且能够满足耐久性和使用寿命的要求。
在选择钢材时，需要考虑不同部位的荷载要求和工作环境条件，选用适当的钢种和规格。
施工工艺和技术要求也是高层钢结构设计中需要注意的问题。
施工工艺要合理，施工过程要科学，保证施工质量和安全。
施工过程中要严格控制焊接质量，确保焊缝的强度和可靠性。
钢结构的连接方式和装配方式也需要合理选择，以确保结构的整体性和稳定性。
此外，高层钢结构设计还需要考虑防火和防腐蚀等方面的技术要求。
防火是保障建筑安全的关键，需要对钢结构进行合理的防火设计和防火材料的选择。
防腐蚀是保证钢结构使用寿命的重要措施，需要选择适当的防腐蚀措施和材料，确保钢结构能够在恶劣环境下长时间使用。
总之，高层钢结构设计规范需要综合考虑结构的强度、稳定性、抗震性能等方面的要求，选择合适的材料和施工工艺，并符合防火和防腐蚀等技术要求。
只有在严格按照规范进行设计和施工的基础上，才能够确保高层钢结构的安全和可靠性。
多高层钢结构设计第五章
第五章 结构分析§5.1 结构分析方法 有限元方法 （机算） 简化方法 （手算）对结构进行简化的手算方法仍是极有意义的。
首先，计 算机方法结果的合理性与正确性不能直接判断时，采用手算 方法进行检验是较为可靠的。
其次，结构初步设计时几乎总 要进行数个方案的比较，从中选出最好的方案。
在众多的结 构方案中，可先采用手算方法进行结构方案合理判断与初 选，定出2～3个方案后再进一步采用计算机方法进行细致分 析，从而定出最佳结构方案。
§5.2 有限元方法 一、结构分析步骤：（1）划分单元 将结构分解细分为很多单元，单元与单元 之间通过节点联系。
（2）建立单元刚度方程 单元刚度（简称单刚）方程为单 元节点位移与单元节点力间的关系方程。
（3）建立结构的总体刚度方程 由单元刚度方程，根据单 元节点与结构节点的对应关系及结构各节点的力平衡 条件，可组装形成总体刚度（简称总刚）方程。
（4）确定结构变形 引入边界条件，求解结构总刚方程， 可获得结构各节点的变形。
（5）确定单元内力 由单元节点与结构节点的对应关系及 结构各节点的变形，确定各单元的变形，再由单元刚 度方程求得单元节点力。
二、单元的类型与划分多高层钢结构体系中会用到两种类型的结构，一类为杆 系结构，由结构体系中的梁、柱、支撑等构成；另一类为墙板 结构，由结构体系中的墙、楼板构成。
1 7 4 10 7 131 16 3 17 5 182 823 954 66811 14912 15杆系结构单元划分14 11 2 3 12 417 15 13 618 16 819 910 7 1 5墙板结构单元划分三、平面受力梁单元lδδ1M1N Q1zM2θ2Q2 图 5.5 平面受力梁单元的受力与变形δ2θ1梁单元的刚度方程为[k ]g {δ } g式中= { f }g{δ }g = [δ 1 ,θ 1 , δ 2 ,θ 2 ]T{ f } g = [Q1 , M 1 , Q2 , M 2 ]T6 ⎡ 12 ψ2 ⎢ l 2 ψ1 l ⎢ 6 ⎢ 4ψ 3 EI ⎢ l ψ 2 = l ⎢− 12ψ − 6ψ 2 ⎢ l 1 l ⎢ 6 ⎢ ψ2 2ψ 4 ⎣ l − 122[k ]gl 6 − ψ2 l 12 l2ψ1ψ16 − ψ2 l6 ⎤ ψ2 ⎥ l ⎥ 2ψ 4 ⎥ ⎥ 6 − ψ2⎥ l ⎥ ⎥ 4ψ 3 ⎥ ⎦（1）简单梁单元 简单梁单元是指不考虑轴力影响及剪切变形影响的梁单元ψ1 = ψ 2 = ψ 3 = ψ 4 = 1故[ k ] g = [ k ] go（2）Timoshenko梁单元 Timoshenko梁单元是指不考虑轴力影响但考虑剪切变形 影响的梁单元 1 ψ1 = 1+ r 1 ψ2 = 1+ r 1+ r / 4 ψ3 = 1+ r 1− r / 2 ψ4 = 1+ r其中12 μEI r= GAl 2[k ] g = [k ]gT⎡ 12 ⎢ l2 ⎢ 6 ⎢ EI ⎢ l = (1 + r )l ⎢− 12 ⎢ l2 ⎢ 6 ⎢ ⎣ l6 l 4+r 6 − l 2−r12 − 2 l 6 − l 12 l2 6 − l6 ⎤ l ⎥ ⎥ 2 − r⎥ ⎥ 6⎥ − ⎥ l ⎥ 4 + r⎥ ⎦其中12μEI r= GAl 2（3）Euler梁单元 Euler梁单元是指考虑轴力影响但不考虑剪切变形影响的梁单元对于受拉梁单元（N>0）ψ1 = ψ2 = ψ3 = ψ4 =其中1 (αl ) 3 sinh αl 12ψ t 1 6ψ t 1 4ψ t 1 2ψ t (αl ) 2 (cosh αl − 1)αl (αl cosh αl − sinh αl )αl (sinh αl − αl )ψ t = 2 − 2 cosh αl + αl sinh αl对于受压梁单元（N<0）ψ1 = ψ2 =1 (αl ) 3 sin αl 12ψ c 1 6ψ c (αl ) 2 (1 − cos αl )ψ3 = ψ4 =其中1 4ψ c 1 2ψ cαl (sin αl − αl cos αl )αl (αl − sin αl )ψ c = 2 − 2 cos αl − αl sin αlα2 =N EI简化(αl ) 2 (αl ) 2 (αl ) 2 ψ 1 ≈ [1 + ] ≈ 1+ ][1 − 6 15 10 (αl ) 2 (αl ) 2 (αl ) 2 ][1 − ] ≈ 1+ ψ 2 ≈ [1 + 12 15 60 (αl ) 2 (αl ) 2 (αl ) 2 ][1 − ] ≈ 1+ ψ 3 ≈ [1 + 10 15 30 (αl ) 2 (αl ) 2 (αl ) 2 ψ 4 ≈ [1 + ][1 − ] ≈ 1− 20 15 60[k ]g = [k ]g 0 + [ k ] gG其中[k ]g0 ——忽略轴力和剪力变形影响的梁单元刚度矩阵； [k ]gG ——由轴力引起的附加刚度矩阵，称为几何刚度矩阵。
高层建筑钢结构设计
高层建筑钢结构设计在现代建筑领域中，高层建筑的设计与施工一直是工程师们的挑战之一。
随着人们对城市发展的需求不断增长，高层建筑的需求也逐渐增加。
而其中一个关键的设计要素就是钢结构。
本文将深入探讨高层建筑钢结构的设计原理、设计要素以及相关挑战。
一、设计原理高层建筑钢结构设计的主要原理是结合建筑物的荷载特点和结构的强度要求来选择和设计合适的钢结构形式。
设计师需要考虑到重力荷载、风荷载和地震荷载等多个方面。
为了使设计符合所需的性能要求，必须充分利用钢材的高强度和优异的延性。
钢结构的设计原理还包括钢柱、钢梁和钢框架等的选择与优化。
二、设计要素1. 结构材料选择高层建筑钢结构的设计要素之一是结构材料的选择。
钢材具有高强度、优异的延性和可塑性等优点，因此在高层建筑中被广泛应用。
设计师需要仔细考虑钢材的牌号、规格和质量等因素，以确保结构的安全性和可靠性。
2. 结构形式选择高层建筑的钢结构形式多种多样，包括钢框架、钢筋混凝土框架和钢管混凝土框架等。
设计师需要根据建筑物的功能、荷载特点和施工条件等因素来选择合适的结构形式。
同时，还需要结合建筑的美学需求和施工成本等因素进行综合考虑。
3. 结构设计优化高层建筑钢结构设计还需要考虑结构的优化问题。
通过合理的结构布局、减少材料的使用量和提高结构的力学性能等手段，可以实现结构的轻量化和优化。
这不仅可以提高建筑物的安全性，还可以降低施工成本和减少资源的消耗。
三、面临的挑战高层建筑钢结构设计面临着一些挑战。
首先是风荷载的考虑。
高层建筑特别容易受到风力的影响，因此需要采取相应的设计措施来抵御风荷载的影响。
其次是地震荷载的考虑。
地震是高层建筑的重要设计因素之一，设计师需要考虑地震荷载对结构的影响，并采取适当的设计措施来提高建筑物的抗震性能。
此外，还需要考虑施工的难度和工期等因素，以保证工程的质量和进度。
综上所述，高层建筑钢结构设计是一个复杂而关键的任务。
设计师需要根据建筑物的特点和要求，选择合适的材料和结构形式，并进行合理的设计优化。
高层民用建筑钢结构设计规程
高层民用建筑钢结构设计规程一、前言高层民用建筑钢结构设计规程是为了保证高层民用建筑的安全性、经济性和适用性而制定的。
本规程适用于高层民用建筑的钢结构设计，包括住宅、办公楼、商业综合体等。
二、术语和符号本规程中使用的术语和符号均按照相关标准进行定义和解释。
三、设计基础1. 结构形式：根据高层建筑的不同要求，可采用框架结构、桁架结构、空间网格结构等形式。
2. 荷载标准：按照国家现行荷载标准进行设计。
3. 抗震设防烈度：根据工程所在地区确定相应抗震设防烈度。
4. 钢材材质：选取符合国家标准和相关规范要求的钢材。
5. 焊接工艺：采用符合国家标准和相关规范要求的焊接工艺。
四、荷载计算1. 建立模型：根据实际情况建立荷载计算模型。
2. 荷载分析：对各种荷载进行分析并计算出其作用效果。
3. 荷载组合：根据国家现行荷载标准进行荷载组合计算。
五、结构设计1. 设计原则：设计应满足结构强度、稳定性、刚度和耐久性等要求。
2. 结构形式：根据建筑要求和荷载特点，选取合适的结构形式。
3. 板材设计：板材应满足强度和刚度要求，并考虑其防火性能。
4. 梁柱设计：梁柱应满足强度、稳定性和刚度等要求，并考虑其防火性能。
5. 连接件设计：连接件应满足强度和刚度要求，并采用符合国家标准和相关规范要求的连接方式。
六、抗震设计1. 设计原则：抗震设计应满足建筑在地震作用下的安全性和稳定性等要求。
2. 抗震设防烈度：根据工程所在地区确定相应抗震设防烈度，并进行相应的抗震分析和计算。
3. 结构抗震措施：采取加强节点、增加剪力墙、设置隔震层等措施提高结构的抗震能力。
七、防火设计1. 设计原则：防火设计应满足建筑在火灾作用下的安全性和稳定性等要求。
2. 防火等级：根据建筑所在地区的防火标准确定相应的防火等级，并进行相应的防火措施设计。
3. 结构防火措施：采取加强结构钢材的耐高温性能、设置防火涂料等措施提高结构的防火能力。
八、施工与验收1. 施工管理：按照相关规范要求进行施工管理，确保施工质量。
高层民用建筑钢结构设计规程
高层民用建筑钢结构设计规程一、引言在现代建筑设计中，钢结构作为一种轻质、高强度、易于构造的结构体系，被广泛应用于高层民用建筑。
为了确保建筑的安全性、稳定性和可持续性发展，制定了高层民用建筑钢结构设计规程，本文将对相关规程进行全面、详细、完整和深入的探讨。
二、规程概述高层民用建筑钢结构设计规程是根据国家相关法律法规和建筑工程标准制定的，旨在规范高层民用建筑钢结构设计和施工，确保建筑的结构安全可靠。
规程包括建筑结构设计的原则、材料要求、荷载计算、容许应力和变形、连接构造、施工质量控制等方面内容。
2.1 建筑结构设计原则1.安全性原则：设计应满足建筑结构的安全工作状态要求，确保结构在额定荷载下不发生失稳、破坏等问题。
2.经济性原则：在满足安全性的前提下，追求结构造价的合理性，力求减小钢材用量，提高结构的经济效益。
3.可施工性原则：设计应考虑到施工工艺和施工工人的实际情况，保证结构的施工质量和施工进度。
2.2 钢结构材料要求1.钢材规格：选用符合国家标准的钢材规格，如Q235B、Q345B等。
2.材料性能要求：钢材的抗拉强度、屈服强度、冲击韧性、焊接性能等应符合相关规定。
3.防腐要求：外露结构应采取防腐措施，如涂装、热浸镀锌等。
三、高层民用建筑钢结构设计3.1 荷载计算1.自重荷载：包括结构、设备、装修等的自重。
2.活载荷载：包括人员、家具、设备等的活动荷载。
3.风荷载：考虑建筑所在地的风速，计算风压荷载。
4.地震荷载：根据工程地区确定地震烈度和设计地震加速度。
3.2 容许应力和变形1.容许应力：根据材料的强度和使用要求，设置合理的容许应力限值，避免应力过大导致结构破坏。
2.容许变形：结构在受荷期间的变形应满足相关规定，如水平位移、垂直变形等。
3.3 连接构造1.接头设计：钢结构的连接构造应满足受力要求，采用适当的连接形式，如焊接、螺栓连接等。
2.焊接质量要求：焊缝应符合国家标准，焊接过程应进行质量控制，确保焊接强度和质量。
高层建筑钢结构设计
高层建筑钢结构设计高层建筑的钢结构设计具有重要的意义，它关系到建筑的稳定性、安全性和经济性等方面。
本文旨在探讨高层建筑钢结构设计的关键问题，包括设计原则、常见的结构形式以及相关的工程实践经验。
一、设计原则高层建筑钢结构设计的原则主要包括结构安全性、经济性和可施工性三个方面。
1. 结构安全性高层建筑的钢结构设计必须能够满足建筑物的稳定性和抗震性要求。
在设计中，需要充分考虑地震、风荷载等因素对结构的影响，并合理设计结构的强度和刚度，以确保建筑的整体安全性。
2. 结构经济性高层建筑的钢结构设计要尽量减少材料的使用量和工程的成本。
设计师需要根据建筑的功能需求和荷载要求，合理选用钢材并进行优化设计，以降低结构的造价。
3. 结构可施工性高层建筑的钢结构设计在施工过程中要能够顺利进行，并且要考虑到结构的拼装、安装和施工工艺等问题。
合理的结构设计能够简化施工工序，提高施工效率。
二、常见的结构形式高层建筑的钢结构可以采用多种形式，常见的包括框架、悬挑、桁架等。
1. 框架结构框架结构是高层建筑中最常见的结构形式之一，它通过水平和竖直的构件组成稳定的网壳结构。
框架结构具有刚性好、承载能力高等特点，适用于多层和高层建筑。
2. 悬挑结构悬挑结构是指建筑物的一部分悬浮在建筑外部的结构形式。
这种结构形式不仅能够增加建筑物的可视性和空间感，还可以起到减轻结构自重的作用，提高建筑的稳定性。
3. 桁架结构桁架结构是由多个构件通过节点连接而成的结构系统。
它具有重量轻、刚度大等特点，适用于大跨度的建筑。
桁架结构广泛应用于高层建筑的屋顶和立面设计。
三、工程实践经验在高层建筑钢结构设计的实践中，有一些经验可以参考。
1. 优化设计在设计过程中，应充分考虑结构的复杂性和不确定性，采用合理的优化方法进行设计，以提高结构的经济性和安全性。
2. 施工工艺钢结构在施工过程中需要进行焊接、连接等工艺操作。
设计师应了解各种钢结构的施工特点和要求，确保设计的可施工性。
建筑结构第五章
设缝的缺点：
地震作用时，防震缝两侧的房屋很容易发生碰幢而造成震害。
5.1 概述
高层建筑设防震缝情况： 1）平面长度和突出部分尺寸超出表5-6的限值，而又没
采取加强措施。
2）各部分结构刚度、荷载或质量相差悬殊，而又没采取有 效措施。
3）房屋有较大错层时。
5.1 概述
设置防震缝的要求：
1）防震缝最小宽度 框架结构：高度≤15ｍ时，取70mm；＞15ｍ时，每增加2~5m，加宽20mm；
5.1 概述
沉降缝不但应贯通上部结构，而且应贯通基础本身。
设置沉降缝后，上部结构应在缝的两侧分别布置抗
侧力结构，形成双梁、双柱和双墙的现象。
5.1 概述
一般地，对建筑结构各部分不均匀沉降采取“放”、“抗”、
“调”方法来处理。 放——即设沉降缝，让各部分自由沉降，互不影响；
抗——即采用端承桩或利用刚度很大的基础来抵抗沉降差
可塑性，其造价较低，其缺点是构件断面大、自重大。
2. 高层建筑的受力特点 高层建筑结构要同时承受竖向荷载和水平作用（即风荷载、
水平地震作用）。
在多层建筑结构中，水平作用产生的荷载效应逐渐增大；在 高层建筑结构中，水平作用将成为控制因素。
5.1 概述
（a）轴力与高度的关系；（b)弯矩与高度的关系；（c）侧向位移与高度的关系
V y ,i
Vy ,i 0.8Vy ,i 1
5.1 概述
4）抗震设计时，结构竖向抗侧力构件宜上、下连续贯通。
5.1 概述
5）当结构上部楼层相对于下部楼层有收进、或外挑时，应 满足： ①当上部楼层有收进，且 H1/H之比大于 0.2 时，B1不宜小 于B的 0.75 倍； ②当上部楼层有外挑时，B不宜小于上部楼层水平尺寸B1 的0.9倍，且水 平外挑尺寸a不宜大于4m。
高层建筑结构设计 第五章
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法 5.2整体墙和小开口墙计算 等效抗弯刚度：
为了计算方便，引入等效刚度EIeq的概念，它把剪切变
形与弯曲变形综合成用弯曲变形的形式表达，写成:
11 V0 H 3 60 EI eq 3 1 V0 H 8 EI eq 1 V0 H 3 3 EI eq 倒三角形分布荷载 均布荷载
qH
1
V0 H 3 V0 H V0 H 2 V0 H 2 V0 H 2 4 u (1 2 ) 8EI 2GA 8EI H GA 8EI (1 4 EI / H 2GA) 8EI eq
EI eq EI (1 4EI / H 2 GA)
高层建筑结构设计
第五章 剪力墙结构近似计算方法 5.3 连续化方法计算联肢剪力墙 1.连梁连续化的分析方法： 此法将每一楼层的联系梁假想为分布在整个楼层高度的 一系列连续连杆，借助于连杆的位移协调条件建立墙的内
第五章 剪力墙结构近似计算方法 求解微分方程关键问题：
（1）建立连梁与墙肢的约束弯矩与连梁剪力关系式：
m( x) 2c ( x)
'' （2）建立 m 与外荷载对外荷载任意 和 m( x) 的关系式：
x
截面的总剪力 V
p
dM p 1 1 m ( m) (Vp m) E( I1 I 2 ) dx E ( I1 I 2 )
第五章 剪力墙结构近似计算方法
第五章
剪力墙结构近似计算方法
5.1剪力墙结构计算方法和计算简图 1.剪力墙结构：由一系列的竖向纵、横向和平面楼板组 合在一起的空间盒子式结构体系。
高层建筑结构设计第5章框架一剪力墙结构设计ppt课件
刚结体系 VWVW m(x)
由平衡条件： V P V W V F V W m V F V W V F
式中 V Fm V FV PV W V F ：称为框架广义剪力
5.4 刚结体系协同任务计算
3、计算步骤
(1)由荷载方式、 、 查图表，得系数y、m、v
5.1框架—剪力墙构造布置原那 么
框架—剪力墙构造间距
5.2协同任务原理与计算简图
一、框架－剪力墙构造的变形与受力特征
框架 剪切形
剪力墙 框架-剪力墙 弯曲形 弯曲-剪切形
5.2协同任务原理与计算简图
一、框架－剪力墙构造的变形与受力特征 对比： 框架——剪切型
——层剪力按照D值分配 剪力墙——弯曲型
钢结连梁的约束弯矩使剪力墙x截面产生的弯矩为：
H
M m xБайду номын сангаасmdx
相应的剪力(等代剪力)：
Vm
dM m dx
m
相应的荷载(等代荷载)：
Pm
dV m dx
dm dx
➢ 钢结连梁的约束 弯矩所分担的剪 力和荷载
5.4 刚结体系协同任务计算
2、微分方程的建立〔与铰结体系相仿〕
EIW
d2y dx2
MW
5.1框架—剪力墙构造的构造要求
单片剪力墙底部承当的程度剪力不宜超越构造底 部总程度剪力的30％，以免受力过分集中； 剪力墙宜贯穿建筑物的全高，宜防止刚度突变； 剪力墙开洞时，洞口宜下对齐； 楼、电梯间等竖井的设置，宜尽量与其附近的框 架或剪力墙的布置相结合，使之构成延续、完好 的抗侧力构造。 抗震设计时，剪力墙的布置宜使构造各主轴方向 的侧向侧度接近。
Vcji
钢结构设计原理第五章.ppt
抗弯强度的计算
抗弯强度的计算
根据局部稳定要求，当梁受压翼缘的自由外伸宽度与
其厚度之比大于
但不超过
时，塑性
发展对翼缘局部稳定会有不利影响，应取 x ＝1.0。
对于需要计算疲劳的梁，因为有塑性区深入的截面，
塑性区钢材易发生硬化，促使疲劳断裂提前发生，宜取 x= y =1.0。
控制梁的刚度通过对标准荷载下的最大挠度加以限制实现。根据公
式：
w≤[w]
（5-13）
w——标准荷载下梁的最大挠度；
[w]——受弯构件的挠度限值，按表5-3规定采用。
梁的最大挠度可用材料力学、结构力学方法计算。
均布荷载下等 截面简支梁 集中荷载下等 截面简支梁
w 5qL4 5 MxL2 38E4xI 48ExI
w PL3 MxL2 4梁8整E体Ix稳定的1概2E念 Ix
式中， IMx—x———跨跨中中毛截截面面弯惯矩性矩
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁整体稳定的概念
梁可以看做是受拉构件和受压构件的组合体。 1 Y 1
受压翼缘其弱轴为1 -1轴，但由于有腹板作连 X X
续支承，（下翼缘和腹板下部均受拉，可以提
变形等）； 按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
受弯构件设计内容
受弯构件设计内容
强度
整体稳定 受
（承载能力极限状态）
弯
局部稳定
构
件
刚度 （正常使用极限状态）
应用
应用
梁在钢结构中是应用较广泛的一种基本构件。例如房屋建 筑中的楼盖梁、墙梁、檩条、吊车梁和工作平台梁，水工 钢闸门中的梁和采油平台梁等。
钢结构的构件设计
钢结构的构件设计钢结构是目前在建筑领域中应用广泛的一种结构形式。
比起传统的混凝土结构，钢结构具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，逐渐成为大型建筑项目中不可或缺的一部分。
然而，钢结构的构件设计也是一项非常重要的工作。
本文将从钢结构的构件设计入手，探讨它对整个钢结构系统的影响，以及常见的几种构件设计方案。
一、钢结构构件设计的作用钢结构构件设计是建筑工程中的一个重要环节。
它的主要作用是为钢结构提供合适的构件尺寸和构造方案，以满足预期的荷载条件，使得整个钢结构系统能够满足预期要求。
同时，设计师需要考虑构件节点的连接，以及在施工过程中的安全因素。
由于钢结构构件的连接方式和节点形式不同，可以适应各种复杂的主体结构形式，甚至可以用于极端气候条件下的建筑。
二、常见的钢结构构件设计方案1、单跨梁• 单跨梁是钢结构系统中最常见的一种构件。
• 当纵向跨径较大的时候，普通的钢板梁需要增加梁深度来满足荷载要求，但是这又会影响整个结构的开间，因此，设计师需要考虑平衡梁深和开间的影响，达到最优解。
• 此外，设计师还需考虑尽量减少钢结构的自重，降低建筑成本。
2、框架梁• 框架梁主要用于大跨度建筑，通过键接的方式将若干个梁键接在一起形成框架结构。
这种构件设计方案有利于均匀分布荷载，并可以提高钢结构的抗震性。
• 在设计框架梁时，需要注意每个梁之间的连接方式，并确定合适的转移节点以减轻荷载。
3、空间网架• 空间网架是一种具有三维形态的钢结构，通过不同的支撑方式和连接节点将所有构件组合在一起，以支撑任意复杂的建筑形式。
• 在设计空间网架时，需要考虑各个节点的刚度和连接方案，以及节点连接的基础设计。
4、悬垂梁• 悬垂梁是一种被单点吊装、悬挂的钢结构构件，在设计中需要考虑其承受自重及荷载的能力。
• 在悬垂梁的设计中，需要考虑吊点的支撑方式，以提高整个悬垂梁的载荷能力，减轻悬垂梁的重量，提高安全系数。
三、设计中的注意事项1、施工现场的安全• 在设计过程中，应当尽量减少现场施工过程中的危险，并对现场施工的安全进行充分考虑。
高层钢结构构件设计[详细]
![高层钢结构构件设计[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/31be55fec850ad02de8041d6.png)
1 0.2
ns
（4-2）
Qi ——第i层及以上总重力荷载设计值；
ns ——框架的总层数，当
1 0.2
ns
>1.0时取1.0；
y ——钢材强度影响系数，Q235取1.0；Q345取1.1：Q390取1.2：Q420取1.25。
（2）有支撑框架体系
1）强支撑框架柱的计算长度系数μ应按无侧移框架确定，即 按《钢结构》（1）无侧移框架确定。
2) 由于弱支撑框架的抗侧移刚度介于强支撑框架（无侧移框
架）和无支撑纯框架（有侧移框架）的抗侧移刚度之间，所以
弱支撑框架柱的轴心受压杆稳定系数应按公式（4-3）求得。
0 (1 0 ) 3(1.2
Sb Nbi
N0i )
（4-3）
0
1
——框架柱按无侧移框架和有侧移框架柱的计算长度系数算得的轴心 压杆稳定系数。
4.3.5 框架柱的局部稳定
框架柱的局部稳定是通过其板件宽厚比来控制。非抗震设 防的框架柱板件宽厚比，可按我国现行《钢结构设计规范》 (GB 50017-2003)第5.4.1条至条5.4.6条的规定采用；抗震设防的 框架柱板件宽厚比，不应大于表4-5按房屋总层数划分所规定的 限值。
表4-5 钢框架柱的板件厚度宽厚比限值
4.3.4 框架柱的计算长度
现行的国内、外结构设计规范，基本都不直接计算结构的整 体稳定，而是通过对组成结构的框架柱的稳定分析来间接控制结 构的整体稳定，即先按一阶弹性分析方法计算结构由多种荷载产 生的内力设计值，然后把框架柱作为单独的压弯构件来设计。由 于该法在设计框架柱是应用了计算长度的概念，因此常被称为计 算长度法或有效长度法。其计算长度等于该层柱的高度乘以计算 长度系数。等截面框架柱在框架平面内的计算长度系数，按下列 规定确定：
《建筑结构》第五章习题答案
第五章 受弯构件正截面承载力计算《建筑结构》第五章习题：共用条件：一类环境使用，结构安全等级为二级。
5-25 一钢筋混凝土矩形梁截面尺寸200m m ×500mm ，弯矩设计值M=120kN ·M 。
混凝土强度等级C25，试计算其纵向受力钢筋截面面积：①当选用HPB235级钢筋时；②改用HRB400级钢筋时；最后画出相应配筋截面图。
解：依题意查得参数：γ0=1，fc=11.9N/mm 2，ft=1.27N/mm 2，c=25mm ，○1fy=210N/mm 2，ξb =0.614；a s =65mm 。
h 0=500-65=435mm 先按单筋矩形截面计算，266.04352009.111012026201=⨯⨯⨯==bh f M c s αα 614.032.0266.0211211=<=⨯--=--=b s ξαξAs=M/[fyh 0（1-0.5ξ）]=1560.65mm 2， 选5ø20，As=1571mm 2＞ρmin =0.45ftbh/fy=0.45×1.27×200×500*210=272mm 2＞0.02bh=0.002×200×500=200mm 2,○2 fy=360N/mm 2，ξb =0.517；a s =40mm ，h 0=500-40=460mm 先按单筋矩形截面计算，238.04602009.111012026201=⨯⨯⨯==bh f M c s αα517.028.0238.0211211=<=⨯--=--=b s ξαξAs=M/[fyh 0（1-0.5ξ）]=120×106/[360×460×（1-0.5×0.28）]=842.61mm 2， 选3#20，As=941mm 2，或4#18，As=1018mm 2＞ρmin =272 mm 2 ○1 ○25-26 某大楼中间走廊单跨简支板，计算跨度 2.18m ，承受均布荷载设计值g ＋q=6kN/m 2（包括自重），混凝土强度等级C20，HPB235级钢筋。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高层建筑钢结构
计算长度的确定方法：
确定模型 基本假定 稳定方程 进行简化 a）材料弹性 b）只在节点承受竖向荷载 c）所有柱子同时失稳 d）柱子失稳时，相交于同一节点的横梁 对柱提供约束弯矩，按柱线刚度之比 分配给柱，只考虑与该柱相连的横梁 e）无侧移失稳，横梁两端转角大小相等 方向相反；有侧移失稳，横梁两端转 角大小相等方向相同
抗震验算：上公式的设计强度应该除以抗震调 整系数γRE 。
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
2) 梁的整体稳定
抗震验算要考虑抗震调整系
数。 当梁端仅以腹板与柱(主梁) 连接时，整体稳定系数上应 乘以0.85的降低系数。 当为组合楼盖，或现浇钢筋 混凝土板与钢梁翼缘有可靠 连接时，可不验算钢梁的整 体稳定性。
16*350 10*800
H=8m
10*360 12*300
10*460 16*300
L=12m
L=12m
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
16*350 10*800
横梁 边柱 中柱
I0 1 803 /12+2 35 1.6 40.82 229100cm4
RE
使用毛截面面积 计算稳定系数时，厚板多为c、d类
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
1) 轴压柱
截面形式 强度验算
稳定验算 刚度验算 局部稳定
2014年5月26日星期一
工字形 截面
由长细比控制 长细比不宜大于120，一般40-60
箱形 截面
h0 tw
40
235
fy
高层建筑钢结构
高层建筑钢结构
1) 轴压柱
截面形式 强度验算
稳定验算 刚度验算 局部稳定
2014年5月26日星期一
非抗震： 抗震：
使用净截面面积
N f An
N f / RE An
高层建筑钢结构
1) 轴压柱
截面形式 强度验算
稳定验算 刚度验算 局部稳定
N 非抗震： f A
N 抗震： f/γ A
2014年5月26日星期一
计算长度
框架柱计算长度
平面内计算长度 平面外计算长度
框架的分类： 支撑框架 无支撑框架 弱支撑框架 无侧移 有侧移 钢规的分类
பைடு நூலகம்
高层中基本 上是前两类
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
计算长度的确定方法：
确定模型 基本假定 稳定方程 进行简化
表格公式
2014年5月26日星期一
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
式中：SGE－由重力荷载代表值引起的效应，有吊车时， 应包括悬吊物重力标准值的效应。重力荷载代 表值按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) 的5.1.3条取用； SEhk、SEvk－分别为水平或竖向地震作用标准值 引起的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整 系数； ψw－风荷载组合系数，无地震作用的组合中取 1.0；有地震作用的组合中取0.2。
翼缘
钢梁轴力
b1 9 tf
235 fy
b0 30 tf
235 fy
腹板
Nb 0.37 Af
Nb 0.37 Af
h0 100 Nb 235 (72 ) tw Af fy
h0 35 tw 235 fy
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
5.3 钢柱的设计特点(columns)
1.16
10 1.67，K 2 10， 1.13 柱C4,C6：K1 24 10 10 柱C5： K1 1.67，K 2 0， 2.22 48 高层建筑钢结构
2014年5月26日星期一
例2
图示铰接柱脚的双跨等截面柱框架 确定边柱和中柱在框架平面内的计算长度
确定框架类型 计算梁柱截面参数
稳定方程 进行简化
求梁柱线刚度比
查表或简化公式
钢结构设计规范 (GB50017-2003) 高层民用建筑钢结构技术规程 高层建筑钢结构 (JGJ99-98)
表格公式
2014年5月26日星期一
柱在框架平面外的计算长度：
与平面内计算方法相同
确定框架类型 计算梁柱截面参数 求梁柱线刚度比
2014年5月26日星期一
结构极限变形的验算
层间侧移延性比的验算
高层建筑钢结构
5.1 荷载效应组合及设计要求
1) 荷载效应组合
无地震作用时的组合
S G S Gk Q 1S Q 1k Q 2S Q 2k w w S wk
有地震作用时的组合
S G S GE Eh S Ehk Ev S Evk w w S wk
弱支撑框架： 基本假定 稳定方程 进行简化
Sb 0 (1 0 ) 3(1.2 Nbi N0i )
按无侧移框架柱 按有侧移框架柱
计算长度系数
表格公式
2014年5月26日星期一
轴心压杆稳定系数 高层建筑钢结构
计算长度的确定方法：
确定模型 基本假定
确定柱计算长度系数的方法小结：
建筑物顶部最大加速度a限值为 公寓建筑a≤0.20m/s2 公共建筑a≤0.28m/s2
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
4) 第二阶段抗震验算
层间侧移hi/50 (hi/70) 混合结构的限值见GB50011-2010的5.5.5条； 层间侧移延性比不应超过(高钢规) 结构形式 钢框架 偏心支撑框架 中心支撑框架 带混凝土剪力墙的钢框架 Δ/Δy 3.5 3.0 2.5 2.0
结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。
第一阶段抗震验算的最大层间质心侧移限值≤hi/300，
结构平面端部构件最大侧移，不得超过质心侧移的 1.3倍。
其它“钢－混凝土”混合结构的限值见GB50011-2001的5.5.1 条。
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
舒适度（风振加速度）限值
0.5 M1 1.0 Wpxf
侧向支承点间的构件长细比
y
y
M1 60 40 Wpx f
235 f y
y
M 45 10 1 Wpx f
235 f y
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
3) 梁板件的宽厚比限值
当验算结构的变形时，所有荷载分项系数均取1.0。
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
2) 承载力极限状态验算
非抗震验算时
S R/0
式中：γ0－结构重要性系数，使用年限100年及以上1.1， 50年1.0； S－结构构件内力组合设计值； R－结构构件承载力设计值；
抗震验算时
S R / RE
2) 框架柱（压弯柱 beam-columns）
承载力验算
抗震验算时除γRE
强度验算
稳定验算
mx M x N f 弯矩作用 N x A xW1x (1 0.8 ) 平面内： N EX
弯矩作用 平面外：
tx M x N f y A bW1x
高层建筑钢结构
高层建筑钢结构
1 1
1 2
K2
2 2
表格公式
2014年5月26日星期一
计算长度的确定方法：
确定模型 基本假定 稳定方程 进行简化
无支撑框架：
底层柱 柱脚刚性嵌固时
柱脚铰接时
表格公式
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
计算长度的确定方法：
确定模型
Sb 3(1.2 Nbi N0i )
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
式中：S－结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯矩、 轴力和剪力设计值； γG－重力荷载分项系数，一般情况采用1.2，当重力 荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于1.0； γQ1、γQ2、γw－分别为楼面活荷载、雪荷载和风荷载 等荷载分项系数，一般取1.4； γEh、γEv－水平、竖向地震作用分项系数，当仅计及 单向地震作用时，取1.3，当同时计算水平和竖向 地震作用时，γEh＝1.3(0.5)，γEv＝0.5(1.3)； SGk、SQ1k、SQ2k、Swk－分别为由永久荷载、楼面活 荷载、屋面雪荷载和风荷载等的标准值引起的构 件内的荷载效应；
高层建筑钢结构
表格公式
2014年5月26日星期一
计算长度的确定方法：
确定模型 基本假定 稳定方程 进行简化
转角位移方程组
确定稳定承载力Pcr
2 EI 与欧拉临界力公式相对比： P E 2 l 2 2 EI EI
Pcr
(l )
2
l
2 0
这里的μ即为计 算长度系数；l0 即为计算长度
一般钢梁板件的宽厚比限值
bf b1 tf b1
bf bo tf
tw
ho tf
tw
tw
ho tf
钢梁的截面形式
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
框架梁的板件宽厚比限值
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
钢结构房屋抗震等级的规定
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
兼作支撑横杆的梁和塑性设计时梁板件的宽厚比限值
式中：γRE－构件的承载力抗震调整系数，柱、梁、支 撑、节点板件、螺栓、焊缝强度计算时为0.75； 柱、支撑稳定计算时为0.8。
2014年5月26日星期一
高层建筑钢结构
3) 正常使用极限状态验算
重力荷载作用下梁的挠度限值
主梁≤l/400, 次梁≤l/250