美国结构设计规范简介

正面角焊缝增大系数：
q = 90 deg. 增大系数1.5
偏心荷载时的计算方法：瞬心法和弹性设计法
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连接板件的破坏：
受拉破坏
剪切破坏
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连接板件的破坏：
块剪破坏（block shear）
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连接板件的破坏：
Whitmore 有效宽度
受压板件的屈曲
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其他一些连接设计的考虑：
荷载组合方式: 极限荷载组合和允许应力荷载组合 恒荷载、楼面活荷载、洪水、风、冰、雪、雨荷载 地震荷载（场地分类、地震谱、地震荷载计算、地
震荷载组合、抗震体系的选择，地震作用的静力、 动力分析等等）
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荷载规范ASCE 7简介（接上）
荷载组合方式
Strength design：
Allowable stress design：
支撑框架
特殊中心支撑框架（SCBF); 普通中心支撑框架（OCBF); 偏心支撑框架(EBF); 屈曲约束支撑框架（BRBF）
钢板剪力墙（Special Plate Shear Walls)
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抗震设计的几个问题
抗震钢结构的材料 宽厚比限值, 保护区（Protected Zone) 特殊抗弯框架的一些设计概念
度系数或计算长度系数是联系两者的桥梁）
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2. 整体稳定设计要求（继续）
整体稳定设计： 1. 需要选择合适的结构体系： 有支撑框架（Braced-Frame）和剪力墙系统； 刚接框架（Moment Frame）; 重力框架（Gravity Framing）系统（即摇摆柱，其侧
向稳定需要以上两种系统提供）； 组合系统。 2.需要选择合适的结构分析方法： 有效长度系数法（Effective Length Method）； 直接分析法（Direct Analysis Method)； 一阶弹性分析（First-order Analysis Method)
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1. 总的设计要求（继续）
设计要求 承载力设计要求：
Ru ≤ Φ Rn
极限荷载组合效应 ≤（抵抗折减系数）* （名义承载力）
整体稳定设计要求（见后面介绍） 节点设计要求： 铰接（Simple Connection） 刚接（Moment Connection）又分为FR（全刚）和PR（半
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稳定设计方法对比
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2. 整体稳定设计要求（继续）
限制条件： 二 阶 / 一 阶 位 移 比 Δ2nd / Δ1st ： The ratio of
second-order drift to first-order drift can be
represented by B2。
GB50017里同样有：
开篇：本规范适用于低地震区（抗震调整系数R<=3),否 则需要结合AISC 341钢结构抗震规范；且不是核电设施；
材料要求： 钢材：全部采用ASTM标准 一般结构钢,钢板:ASTM A36 (Q235) A572 (Q345) 螺栓、垫片和螺母 都有明确的要求： 地脚螺栓：A307； 高强螺栓; A325（8.8级） A490（10.9级）; 垫片:F436； 螺母：A194，A563
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其它需要考虑的情况
以上只是柱子的flexural buckling, 但当截面是十 字 , 单 轴 对 称 ( 角 钢 ,T 型 钢 ) 等 , 尚 有 Torsional, flexural-torsional buckling 发生.
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受弯构件
根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：
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受弯构件
相当于GB的等效临界弯矩系数βb
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受弯对称工字型截面或槽钢：
两种极限状态（取较小值）：
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受弯对称工字型截面或槽钢：
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4. 节点设计概述
4.1 螺栓连接设计 4.2 焊缝连接设计 4.3 连接板件设计 4.4 几种常用的连接构造
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4. 节点设计概述
4.1 螺栓连接设计 高强螺栓材料：ASTM A325 和 A490 三种连接类型必须由设计指明： Snug-tightened; 无预拉力的要求，设计施工比较简单； 相当于GB的高强承压型（bearing-type) Pretensioned; 有预拉力的要求，较少用； Slip-critical 有预拉力和摩擦面要求，相当于GB的高强摩擦型，但仍然
AISC 360 （非抗震体系）
抗震钢结构 AISC 341
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荷载规范ASCE 7简介
ASCE :American Society of Civil Engineers (美 国土木工程师学会）
ASCE 7-05 Minimum Design Loads for Building and Other Structures包括:
需要验算承压强度 See Page 167 of AISC 360
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4. 节点设计概述
螺栓设计的其他考虑： 1.构造要求： 螺栓开孔，间距（min 2 2/3 d,3d preferred)，边距等
要求
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4. 节点设计概述
螺栓设计的其他考虑： 2.荷载偏心设计考虑： 二种方法：
瞬心法（塑性法）
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宽厚比限值
宽厚比限值
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保护区（Protected Zone)
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Protected Zone
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特殊抗弯框架的一些设计概念
强柱弱梁
即
梁柱节点域设计
构造要求：
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地震荷载下的稳定性指标
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常见的钢结构抗震体系
抗弯框架
特殊抗弯框架（Special Moment Frame, SMF) 中等抗弯框架 （Intermediate Moment Frame, IMF) 普通抗弯框架 （Ordinary Moment Frame, OMF) 特殊桁架抗弯框架（Special Truss Moment Frame, STMF)
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钢结构设计规范AISC 360
AISC American Institute of Steel Construction （美国钢结构学会）
AISC 360-05 是一本LRFD和ASD合一的规范，但本质 上是一本LRFD钢结构设计规范（13th Manual)；
ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD钢结 构设计规范 (ASD 9th Manual)
说明：因为地震加速度已经加过系数，即已经是极限 强度水平，所以对于极限强度设计，地震荷载E的系数 为1.0.
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荷载规范ASCE 7（接上）
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混凝土规范ACI 318
ACI :American Concrete Insitute (美国混 凝 土 学会）
ACI 318 是美国混凝土学会的一个分会，负责通用 的混凝土结构规范的编写
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地震的基本计算和要求：
地震力的计算(ASCE 7-05)：
设计反应谱
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地震力效应分析方法：
等效静力法； 反应谱法； 时程法
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等效法（底部剪力法）
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地震力的垂直分布和偏心扭矩
并且需要考虑5%的偶然偏心扭矩
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层间位移比
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层间位移比限制（大震下的塑性位移）
常见的钢结构抗震体系 R Ω0 Cd 值
刚性连接），一般采用FR 积水设计要求，疲劳设计要求，防火、腐蚀设计要求等
详见规范第B章节
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1. 总的设计要求（继续）
宽厚比，高厚比的要求：
截面分类: COMPACT;NON-COMPACT;SLENDERNESS.
AISC允许局部屈曲
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2. 整体稳定设计要求
稳定设计是钢结构设计的重点 稳定设计分为整体稳定设计和构件稳定设计（有效长
美国结构设计规范简介
美国结构设计规范简介 一、主要结构设计规范体系介绍 二、钢结构设计规范AISC360-05简介 三、抗震相关内容简介
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一、主要结构设计规范体系介绍
国家规范 (IBC, UBC)荷载规范来自ASCE 7 （包括地震荷载）
混凝土设计规范
ACI 318 （包括抗震混凝土）
钢结构设计规范
ACI318-08 （最新) 包括： 混凝土结构分析方法 受弯、压弯、抗剪等等承载力计算； 构造和施工的要求； 注意：ACI318也包括了基础设计的要求但不包含地基
承载力计算，美国没有专门的地基基础设计规范
相关中文参考资料： 1.《混凝土结构设计》A.H.尼尔逊 著 中国建筑工业出版社 3. 《基础工程分析与设计》约瑟夫·E·波勒斯 著 中国建筑工业出版社
直接分析法：无限制； 有效长度法：B2≤1.5； 一阶分析法： B2≤1.5；且轴压比≤0.5 注意：B2的上限为2.5
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P-Delta效应
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二阶弹性分析方法
一阶弯矩放大法‘B1-B2“法：
其中
Cm 为等效弯矩系数
GB的公式类似，但缺少B1系数：
类似B1的系数出现在：
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直接分析法和有效长度法
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抗震钢结构的材料
只有下列材料被允许用于抗震钢结构： ASTM A36,A53, A500,A501,A572, A588, A913, A992;
设计包括E=Ω0 QE 时考虑要屈服的构件，Fy≤50ksi 但不限制A588或A913的65级钢的柱子，这些柱子仅仅期望
会在柱脚出现屈服。
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弹性设计法
4.2 焊缝连接设计
焊缝类型： 熔透焊（CJP） 半熔透焊（PJP） 角焊缝（fillet weld） 焊缝计算的几个问题： 焊缝强度：焊条FEXX =70 ksi (相当于E55型焊条，适用于A572)