钢结构课件柱和支撑
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➢如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的 衬板应有足够的角焊缝消除间隙；同时， 腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；
➢为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最 低冲击功作出了规定。
改进的节点构造-1 (骨形连接)
Dogbone Moment Connection
❖梁翼缘局部削弱， 形成骨形连接；
❖塑性铰自梁端外移。
4.3 柱和支撑的设计
4.3.1 框架柱设计概要 4.3.2 梁与柱的连接 4.3.3 水平支撑布置 4.3.4 竖向支撑设计
4.3.1 框架柱设计概要
常用的柱截面形式：箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等； H型钢柱：应用较广；（截面经济合理、规格尺寸多、加工量少以及便于
连接） 焊接工字形截面：可灵活地调整截面特性； 焊接箱形截面：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大； 钢管混凝土的组合柱：提高管状柱的承载力、防火性能； 轧制型钢：较经济，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可
框架柱长细比的规定（下表）
多层(≤12层) 高层(>12层)
6～8度设防
≤ 120（ 235/fy） 1/2
9度设防
10（ 0235/ fy） 1/2
6，7度设防
8度设防
9度设防
≤ 120（ 235/fy） 1/2 ≤80（235/fy） 1/2 ≤60（235/fy） 1/2
满足强柱弱梁的设计要求
❖ 使塑性铰出现在梁端而不是在柱端，抗震设防的柱在任一 节点处，宜满足下列要求：
W p c (fy c N /A c ) ≥ W p b fy b
Wpc，Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩； fyc ， fyb ：柱和梁钢材的屈服强度； N ：按多遇地震作用组合得出的柱轴力； AC ：柱的截面面积； η ： 强柱系数（超过6层的钢框架，6度Ⅳ类场地和7度时可取1.0
柔性连接
多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗 侧力结构，而另一部分梁铰接于柱，这些柱 只承受竖向荷载；
设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可 全部采用柔性连接。
（a）
柔性连接
（b）
（c）
连接角钢或端板 偏上放置：
上翼缘处变形小。
承托
牛腿
柔性连接
❖图(d): 当梁用承托连于柱腹板时，宜用厚板作为承托构件以免柱 腹板承受较大弯矩；
❖按规定设置衬板； ❖当框架梁端垂直于工字形柱
腹板时，柱在梁翼缘对应位 置设置横向加劲肋； ❖且加劲肋厚度不应小于梁翼 缘厚度。
构造简单，但焊缝质量要求高。
为便于施焊，梁腹板要切去两角；
完全焊接连接的计算方法
梁翼缘 常用计算法
梁腹板
梁端全部弯矩 梁端全部剪力
尚应以Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力来验算
❖当计算只需一列时，仍应 布置两列，且此时螺栓总数 不得小于计算值的1.5倍。
适用于单侧有梁相连的柱
栓焊混合连接
➢可认为是半刚接； ➢连接钢板足够厚时，
作为刚接； ➢支托传递剪力。
产生裂缝的原因
➢未焊透、气泡、凹坑、 焊脚尺寸的突变；
➢焊接处材料韧性低下。
改进意见
➢最好在焊后将衬板除去并补焊翼缘坡口 焊的焊根；
K 1K 2+7.5K 1K 2
无 侧 移 时 ：＝ 3 + 1 . 4 ( K 1 K 2 ) + 0 . 6 4 K 1 K 2 3 2 (K 1 K 2 ) + 1 . 2 8 K 1 K 2
K1，K2 ：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值
4.3.2 梁与柱的连接
本节内容
梁与柱的连接形式 刚性连接 柔性连接
栓焊混合连接时的常用计算法
Biblioteka Baidu
❖梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：
＝
bftf
M (htf
)≤ftw
❖梁腹板高强螺栓的抗剪承载力： Nvb=Vn≤0.9Nvb
追加Anwfv/2作为焊缝所承 担的剪力验算!
0.9：考虑焊接热影响对高强 度螺栓预拉力损失。
完全栓接
❖所有的螺栓都采用高强摩 擦型螺栓连接；
❖当梁翼缘提供的塑性截面 模量小于梁全截面塑性截面 模量的70％时，梁腹板与柱 的连接螺栓不得少于两列；
8度时可取1.05，9度时可取1.15；
计算长度的确定
在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。 （上册附表18-2）
满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无 侧移情形确定。（上册附表18-1）
亦可分别按下列近似公式确定：
有 侧 移 时 : ＝ 1.6+4(K 1K 2)+7.5K 1K 2
❖图(e): 在需要用小牛腿时，则应做成工字形截面，并把它的两块 翼缘都焊于柱翼缘，使偏心力矩M=Re以力偶的形式传给柱翼缘。
实例
梁与柱铰接连接
梁腹板传递竖向剪力
半刚性连接
❖竖向荷载下可看作梁简支于柱； ❖水平荷载下起刚性节点作用； ❖适于层数不多或水平力不大的建筑； ❖半刚性连接必须有抵抗弯矩的能力，但无需像刚性
显著改善结构效比能。
框架柱的设计方法
压(拉)弯构件
截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到
柱的设计轴力值N，则可以承受1.2 N的轴心受压构件来初拟柱
截面尺寸） 大致可按每3～4层作一次变截面； 尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过100mm；柱板件宽厚比
不应大于表4.7的规定）
半刚性连接
梁与柱的连接形式
❖ 通常采用的是柱贯通的连接形式； ❖ 按连接转动刚度的不同可分为：
柔性连接1 半刚性连接2 刚性连接3
梁腹板传递竖向剪力 梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩 梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力
连接角钢、端板、支托 完全焊接、完全栓接、栓焊混合
完全焊接
❖梁翼缘与柱翼缘间: 全熔透坡口焊缝；
塑性铰所在截面
改进的节点构造-2 (梁端部加腋)
❖塑性铰外移； ❖用于结构加固。
塑性铰所在截面
其它方法（下页实例）： 把梁的短段在工厂和柱焊接，以保证焊接质量，短段和梁的
主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、栓并用。
梁与柱的刚接连接
实例
对接焊缝
高强螺栓
钢衬板
梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力
精确计算法
梁翼缘 梁腹板
承担Mf 同时承担Mw和梁端全部剪力V
梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用
完全焊接时的常用计算法
❖梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：
＝
bftf
M (htf
)≤ftw
❖梁腹板角焊缝的抗剪强度：
＝
V 2lw he
≤ffw
追加Anwfv/2作为焊缝所 承担的剪力验算!
➢为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最 低冲击功作出了规定。
改进的节点构造-1 (骨形连接)
Dogbone Moment Connection
❖梁翼缘局部削弱， 形成骨形连接；
❖塑性铰自梁端外移。
4.3 柱和支撑的设计
4.3.1 框架柱设计概要 4.3.2 梁与柱的连接 4.3.3 水平支撑布置 4.3.4 竖向支撑设计
4.3.1 框架柱设计概要
常用的柱截面形式：箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等； H型钢柱：应用较广；（截面经济合理、规格尺寸多、加工量少以及便于
连接） 焊接工字形截面：可灵活地调整截面特性； 焊接箱形截面：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大； 钢管混凝土的组合柱：提高管状柱的承载力、防火性能； 轧制型钢：较经济，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可
框架柱长细比的规定（下表）
多层(≤12层) 高层(>12层)
6～8度设防
≤ 120（ 235/fy） 1/2
9度设防
10（ 0235/ fy） 1/2
6，7度设防
8度设防
9度设防
≤ 120（ 235/fy） 1/2 ≤80（235/fy） 1/2 ≤60（235/fy） 1/2
满足强柱弱梁的设计要求
❖ 使塑性铰出现在梁端而不是在柱端，抗震设防的柱在任一 节点处，宜满足下列要求：
W p c (fy c N /A c ) ≥ W p b fy b
Wpc，Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩； fyc ， fyb ：柱和梁钢材的屈服强度； N ：按多遇地震作用组合得出的柱轴力； AC ：柱的截面面积； η ： 强柱系数（超过6层的钢框架，6度Ⅳ类场地和7度时可取1.0
柔性连接
多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗 侧力结构，而另一部分梁铰接于柱，这些柱 只承受竖向荷载；
设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可 全部采用柔性连接。
（a）
柔性连接
（b）
（c）
连接角钢或端板 偏上放置：
上翼缘处变形小。
承托
牛腿
柔性连接
❖图(d): 当梁用承托连于柱腹板时，宜用厚板作为承托构件以免柱 腹板承受较大弯矩；
❖按规定设置衬板； ❖当框架梁端垂直于工字形柱
腹板时，柱在梁翼缘对应位 置设置横向加劲肋； ❖且加劲肋厚度不应小于梁翼 缘厚度。
构造简单，但焊缝质量要求高。
为便于施焊，梁腹板要切去两角；
完全焊接连接的计算方法
梁翼缘 常用计算法
梁腹板
梁端全部弯矩 梁端全部剪力
尚应以Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力来验算
❖当计算只需一列时，仍应 布置两列，且此时螺栓总数 不得小于计算值的1.5倍。
适用于单侧有梁相连的柱
栓焊混合连接
➢可认为是半刚接； ➢连接钢板足够厚时，
作为刚接； ➢支托传递剪力。
产生裂缝的原因
➢未焊透、气泡、凹坑、 焊脚尺寸的突变；
➢焊接处材料韧性低下。
改进意见
➢最好在焊后将衬板除去并补焊翼缘坡口 焊的焊根；
K 1K 2+7.5K 1K 2
无 侧 移 时 ：＝ 3 + 1 . 4 ( K 1 K 2 ) + 0 . 6 4 K 1 K 2 3 2 (K 1 K 2 ) + 1 . 2 8 K 1 K 2
K1，K2 ：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值
4.3.2 梁与柱的连接
本节内容
梁与柱的连接形式 刚性连接 柔性连接
栓焊混合连接时的常用计算法
Biblioteka Baidu
❖梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：
＝
bftf
M (htf
)≤ftw
❖梁腹板高强螺栓的抗剪承载力： Nvb=Vn≤0.9Nvb
追加Anwfv/2作为焊缝所承 担的剪力验算!
0.9：考虑焊接热影响对高强 度螺栓预拉力损失。
完全栓接
❖所有的螺栓都采用高强摩 擦型螺栓连接；
❖当梁翼缘提供的塑性截面 模量小于梁全截面塑性截面 模量的70％时，梁腹板与柱 的连接螺栓不得少于两列；
8度时可取1.05，9度时可取1.15；
计算长度的确定
在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。 （上册附表18-2）
满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无 侧移情形确定。（上册附表18-1）
亦可分别按下列近似公式确定：
有 侧 移 时 : ＝ 1.6+4(K 1K 2)+7.5K 1K 2
❖图(e): 在需要用小牛腿时，则应做成工字形截面，并把它的两块 翼缘都焊于柱翼缘，使偏心力矩M=Re以力偶的形式传给柱翼缘。
实例
梁与柱铰接连接
梁腹板传递竖向剪力
半刚性连接
❖竖向荷载下可看作梁简支于柱； ❖水平荷载下起刚性节点作用； ❖适于层数不多或水平力不大的建筑； ❖半刚性连接必须有抵抗弯矩的能力，但无需像刚性
显著改善结构效比能。
框架柱的设计方法
压(拉)弯构件
截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到
柱的设计轴力值N，则可以承受1.2 N的轴心受压构件来初拟柱
截面尺寸） 大致可按每3～4层作一次变截面； 尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过100mm；柱板件宽厚比
不应大于表4.7的规定）
半刚性连接
梁与柱的连接形式
❖ 通常采用的是柱贯通的连接形式； ❖ 按连接转动刚度的不同可分为：
柔性连接1 半刚性连接2 刚性连接3
梁腹板传递竖向剪力 梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩 梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力
连接角钢、端板、支托 完全焊接、完全栓接、栓焊混合
完全焊接
❖梁翼缘与柱翼缘间: 全熔透坡口焊缝；
塑性铰所在截面
改进的节点构造-2 (梁端部加腋)
❖塑性铰外移； ❖用于结构加固。
塑性铰所在截面
其它方法（下页实例）： 把梁的短段在工厂和柱焊接，以保证焊接质量，短段和梁的
主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、栓并用。
梁与柱的刚接连接
实例
对接焊缝
高强螺栓
钢衬板
梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力
精确计算法
梁翼缘 梁腹板
承担Mf 同时承担Mw和梁端全部剪力V
梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用
完全焊接时的常用计算法
❖梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：
＝
bftf
M (htf
)≤ftw
❖梁腹板角焊缝的抗剪强度：
＝
V 2lw he
≤ffw
追加Anwfv/2作为焊缝所 承担的剪力验算!