多层钢结构设计

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竖向地震作用(仅在计算多层 框架内大跨度或大悬臂构件时 考虑) FVO V GEO
竖向地震作用系数αv: 8度0.1/9度0.2
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二、荷载效应组合
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荷载效应组合
不考虑地震的组合
n
永久荷载控制: 0 (G SGK ciQiSQiK ) R i 1 n
可变荷载控制: 0 (G SGK Q1SQ1K ciQi SQiK ) R i2
组合梁的分类
普通混凝土翼板组合梁 压型钢板组合梁 预制装配式混凝土板组合梁
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组合梁设计
组合梁的优点
节约钢材,降低造价; 增大截面刚度,减小钢梁挠度; 减小结构高度及建筑物总高度; 增强结构整体性; 钢梁为组合板支撑,节约模板,缩短工期
柱-支撑体系刚度大,用钢量省,条件允许时应优 先选用;支撑布置应合理、均匀。
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4.2 多层钢结构荷载效应和组合
荷载效应计算 荷载效应组合
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一、荷载效应计算
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荷载效应计算
永久荷载:分项系数1.2 ;1.35 ;
1.0
可变荷载:分项系数1.4
雪荷载
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组合梁设计
组合梁的缺点
耐火等级差; 需在钢梁上焊接连接件
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4.5 多层钢结构的连接
连接的一般规定 梁柱节点 柱的拼接节点 柱脚节点
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4.1 多层钢结构体系
多层钢结构一般采用框架类结构体系,也 称多层钢框架结构;
多层钢结构一般由柱、梁、楼盖结构、支 撑结构、墙板或墙架组成。
层数<=10;高度<=60m 受力特点:竖向力/侧向力
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一、多层钢结构类型
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多层钢结构类型
柱-支撑体系:
梁柱节点均为铰接,纵、横向沿柱高设置柱间 支撑(抗侧力构件),适用于柱距不大但允许 双向设置支撑的建筑物;设计安装简便,侧向 刚度大,构件受力明确,耗钢量小;
斜截面抗剪承载力 Vc=<0.07fcmbh0
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钢与混凝土组合板
负弯矩段的截面强度和裂缝宽度按《混凝土结 构设计规范》计算
组合板挠度分别按荷载短期效应组合和长期效 应组合计算。
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组合板构造要求
压型钢板净厚度>=0.75mm,镀锌层厚度满足防 腐要求;
浇注混凝土的槽(肋)宽>=50mm;槽内设圆 柱头焊钉连接件时压型钢板高=<80mm;
一、连接的一般规定
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连接的一般规定
焊接、高强螺栓连接或栓焊混合连接 栓焊混合连接仅可用于同一连接/不同部位 重要或复杂的节点,承载力提高10-15% 节点焊接的要求:
全熔透对接焊缝,一级/二级,等强 不同材料的焊接 焊接施工条件,空间/方位/位置,折减系数0.9
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多层钢结构的梁
梁的设计
按受弯构件设计 应采用最不利截面的最不利组合内力进行梁截
面验算,最不利截面一般在梁的两端、跨中或 集中荷载作用点; 框架梁截面调整幅度较大(30%)时,应重新 进行内力分析; 楼板为压型钢板组合楼板且与梁可靠连接,按 钢-混凝土组合楼盖进行设计。
材沿厚度方向的性能,防止分层。
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五、多层钢结构的支撑
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多层钢结构的支撑
支撑的布置和形式
支撑布置原则:承受水平荷载,保证结构稳定性,避免过大的次应力和 温度应力
平面布置:支撑应沿结构纵向和横向分别布置,最好沿结构主轴对称, 如正方平面,支撑布置在房屋中央和四角;长方形平面,支撑布置在长 边的两端和中部,沿横向多布,沿纵向少布。
二、多层钢结构布置原 则
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多层钢结构布置原则
柱网及梁系布置合理,纵、横向刚度均匀,构件 传力明确、类型统一,节点构造简单,便于施工;
应采用平面刚性楼盖,保证空间整体刚度及空间 协调工作;
横向框架为柱-支撑体系且采用平面刚性楼盖时, 柱间支撑间距不大于4L;
钢柱及支撑沿竖向可以变截面,但应防止层间刚 度突变;
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钢与混凝土组合板
压型钢板跨中变形v>20mm时,确定混凝土自 重时应考虑凹坑效应,厚度+0.7v或增设支撑
组合板有局部荷载时,有效宽度的确定 抗弯计算: 简支板 bem=bm+2lp(1-lp/l); 连续板 bem=bm+[4lp(1-lp/l)]/3 抗剪计算: bem=bm+lp(1-lp/l) 其中: bm=bp+2(hc+hf)
纯框架体系:
纵横两个方向均为刚接框架,适用于柱距较大 但无法设置支撑的建筑物;节点构造较复杂, 用钢量较大;
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多层钢结构类型
框架-支撑体系:
纵向柱-支撑体系,横向为纯框架体系,一方面 满足建筑功能要求,另一方面,简化设计、施 工,减小用钢量。
框架-支撑组合体系 混合体系
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积灰荷载
楼 项面 系活 数wk 荷1.3w载0:z>s=z4.0kN/m2时,分
屋面活荷载
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风荷载
荷载效应计算
偶然荷载:地震荷载
水平地震作用(内力组合中起主 要作用)
多遇地震(应):承载力及变形 验算;振型分解反应谱法/弹性时 程分析/底部剪力法
罕遇地震(宜):弹塑性时程分 析/静力弹塑性分析(pushover)
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荷载效应组合
考虑地震的组合
0 (G SGE EhSEhK EvSEvK wwSwK ) R
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4.3 多层钢结构的内力分析
一般规定 计算方法 多层钢结构的梁 多层钢结构的柱 多层钢结构的支撑
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一、一般规定
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组合板厚度>=90mm,hc>=50mm; 组合板端部必须内设圆柱头焊钉连接件,将压
型钢板凹肋焊牢于钢梁上,圆柱头焊钉直径 s=3m,13-16/s=3m-6m,16-19/s>6m,19
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钢与混凝土组合板
组合板在钢梁上支承长度>=50mm 必要时组合板应配置钢筋:附加抗拉钢筋/负弯
分层法(竖向荷载) 半刚架法、改进反弯点法(D值法)(水平荷
载,框架) 悬臂铰接桁架(水平荷载,柱-支撑)
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三、多层钢结构的梁
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多层钢结构的梁
梁的截面形式
轧制或焊接H形钢 不对称H形钢 蜂窝梁截面
连接的一般规定
纯框架体系,梁柱节点及柱脚节点为刚接, 柱支撑体系梁柱节点铰接,柱脚节点可为 刚接
现场拼接应采用等强连接,拼接位置 8、9度抗震设防的多层框架,节点塑性区
(L/10或2H)校核:承载力/刚度
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二、梁柱节点
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梁柱节点
铰接:
多层钢结构的支撑
还要考虑竖向荷载引起的附加 内力,N受 压c1交2叉c2 A斜b co撑s2
• 交叉斜撑按拉杆设计时,不考虑附加内力 ,其连接应按荷载作用下的拉力和其临界 压力设计。
• 支撑按内力设计时,端部的连接承载力宜 按设计内力提高10%~15%计算
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4.4 钢与混凝土组合板和组合梁
框架梁与压型钢板组合楼板可 靠连接时,框架梁截面中应计 入混凝土楼T1 板0.的1 u作用,楼盖主 梁I=2Is/其它I=1.5Is;
基本周期T1的第22估页/共9算1页 (刚度沿高 度分布均匀的钢框架):
二、计算方法
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计算方法
精确方法:
矩阵位移法 有限元法
近似方法:
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荷载效应计算
• 振型分解反应谱法典型公式
Fij 1.15 j j X G ji Ei
水平地震影响系数α 振型数不少于3个,振型叠加采
用平方和开方(SRSS)或完全 二次项(CQC) GE重力荷载代表值:
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GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+
荷载效应计算
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四、多层钢结构的柱
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多层钢结构的柱
柱的截面形式
轧制或焊接H形钢 十字形截面 方钢管 圆钢管
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多层钢结构的柱
钢柱的设计
钢柱为偏心受压构件; 钢柱应按两个主轴方向分别进行强度和稳定性
验算; 对厚钢板(>60,Q235;>36,Q345)应考虑钢
一般规定
平面布置规则的多层框架,宜采用平面计 算模型,平面不规则时,宜采用空间计算 模型;
地震作用效应分析时,结构及附属质量集 中在各楼层,应按不同维护结构对自振周 期折减(0.9/0.85/0.8),维护墙体只计质量 不计刚度;
多层框架宜采用专门软件计算或手算;
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一般规定
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钢与混凝土组合板
组合板设计
施工阶段验算: 压型钢板; 强度和挠度及腹板局部屈曲承载力验算。
使用阶段设计: 组合板; 正截面抗弯承载力/抗冲剪承载力/斜截面抗剪 承载力/负弯矩段的截面强度和裂缝宽度
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钢与混凝土组合板
正截面抗弯承载力:塑性设计方法,假定截面 受拉、受压区材料均达到强度设计值(折减0.8) Asf<fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板上翼缘以 上混凝土内,
梁腹板与柱用高强螺栓连接
刚接:
梁腹板与柱用高强螺栓连接,梁翼缘与柱用高 强螺栓或焊接连接;
半刚接:
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梁柱节点
刚接连接
丁字形连接 通过宽翼缘T形钢连接 通过盖板和角钢连接 十字形柱截面水平盖板和竖向板连接 方钢管柱与梁的节点
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钢与混凝土组合板 钢与混凝土组合梁
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一、钢与混凝土组合板
压型钢板+钢筋混凝 土
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钢与混凝土组合板
设计原则
组合板的设计应考虑施工和使用两个阶段 施工阶段:压型钢板为混凝土模板,应对其进 行强度和变形验算;永久荷载(压型钢板及混 凝土自重)+可变荷载(施工荷载及附加荷载) 使用阶段:在全部荷载作用下,对组合板或钢 筋混凝土楼板(压型钢板仅用作模板,厚度hc) 进行强度和变形验算
矩区连续钢筋/集中荷载或孔洞周围分布钢筋/ 为改善防火的受拉钢筋… 组合板负弯矩区裂缝宽度<=0.3mm/0.2mm 抗裂钢筋/分布钢筋
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二、组合梁设计
由钢梁及支承在其上的钢筋混凝土翼板构 成
钢筋混凝土抗压/钢材抗拉/协同工作,充 分发挥材料作用
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组合梁设计
M=<0.8fcmxccby; xcc=Asf/fcmb;y=h0- xcc/2 Asf>fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板内, M=<0.8(fcmhcby1+Ascfy2); Asc=0.5(As-fcmhcb/f);
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钢与混凝土组合板
抗冲剪承载力 Vp=<0.6ftcphc
沿高度布置:最好上下贯通,否则应至少搭接一层。 支撑形式:X形支撑/K形支撑/华伦氏支撑
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多层钢结构的支撑
支撑的计算:
一般按拉/压杆计算;
支撑承受水平剪力:
实际水平荷载产生的层间剪力
V 1 Af fy 85 235


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多层框架柱的计算长度H0=μH
μ为计算长度系数, 根据上下端汇交的横梁与 框架柱线刚度之比(k1=IB/L:IC/H,K2) 查表 确定。
有侧移框架和无侧移框架
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第20页/共风荷载作用下, Δ<=H/500/δ<=h/400;多遇地 震,δ<=h/250;
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钢与混凝土组合板
施工阶段计算 压型钢板为混凝土模板,应对其进行强度和变 形验算,可采用弹性分析方法,顺肋方向的正 负弯矩和挠度均按单向板计算,不考虑垂直肋 方向的正、负弯矩。
使用阶段计算 当hc=50-100mm时,可按以下规定设计:顺肋 方向的正弯矩和挠度均按单向简支板计算,负 弯矩按嵌固端考虑,不考虑垂直肋方向的正、 负弯矩。
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