钢结构支撑与连接

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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
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。
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
连接那么大。
用连于翼缘的上、下角钢
和高强螺栓来连接,由上下角
R
M
钢一起传递弯矩,腹板上的角
钢则传递剪力。
端板-高强螺栓连接
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
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
与支撑相连接的柱通常加工 成带悬臂梁段的形式,以避 免梁柱节点处的工地焊缝。
4.3.4.2 偏心支撑
几何特征:支撑斜杆不交于梁柱节点; 力学特征:位于支撑斜杆与梁柱节点(或支撑斜杆)之间
的耗能梁段,一般比支撑斜杆的承载力低,同时具有在 重复荷载作用下良好的塑性变形能力;
(a) 门架式 (b) 单斜杆式 (c) 人字形 (d) V形
设计意图
在正常的荷载状态下,偏心支撑框架 具有足够的水平刚度;
在遭遇强烈地震作用时,耗能梁段首 先屈服吸收能量。(支撑不屈曲)
构造措施
(使耗能梁段在反复荷载下具有良好的滞回性能)
支撑斜杆轴力的水平分量较大时,除降低此梁段 的受剪承载力外,还需减少该梁段的长度;
耗能梁段的腹板不得贴焊补强板,也不得开洞; 耗能梁段与支撑连接处,在其腹板两侧配置加劲
对支撑杆件长细比的要求
抗震设防的结构:长细比限值规定(反复拉压作用下, 长细比大于40 (235/fy)1/2的支撑承载力将显著降低。)
类型
6,7度
8度
9度
≤12层
按压杆 按拉杆
150 200
120 150
120 150
高层(> 12层)
120
பைடு நூலகம்90
60
非抗震设防结构中的中心支撑: (1)按只能受拉的杆件设计时,其长细比不应大于
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(K1 K2 )+7.5K1K2 K1 K2 +7.5K1K2
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。
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: 把梁的短段在工厂和柱焊接,以保证焊接质量,短段和梁的

水平支撑




节点板表面高出梁上翼缘 有构造处理上的不便
4.3.4 竖向支撑设计
两根柱构件间设置一系列斜腹杆
竖 中心支撑: 向 斜腹杆都连接于梁柱节点 支 撑 偏心支撑:
斜腹杆不都连接于梁柱节点
竖直支撑的布置
可在建筑物纵向的一部分柱间布置,也可在 横向或纵横两向布置;
在平面上可沿外墙布置,也可沿内墙布置。
追加Anwfv/2作为螺栓所承 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;
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。
耗能梁段要承受平面外扭转,与耗能梁段处于同一跨内的 框架梁,同样承受轴力和弯矩,为保持其稳定,耗能梁段 两端上下翼缘应设置侧向支撑。
300 (235/fy)1/2; (2)按既能受拉又能受压的杆件设计时,其长细比不应
大于150 (235/fy)1/2 。
支撑斜杆截面
支撑斜杆宜采用双轴对称截面; 当采用单轴对称截面时,应采取防止绕对称
轴屈曲的构造措施; 结构抗震设防烈度不小于7度时,不宜用双角
钢组合T形截面。
中心支撑的设计要点(一)
7度及以上抗震设防的结构,当支撑为填板连接的双 肢组合构件时,肢件在填板间的长细比不应大于构 件最大长细比的1/2,且不应大于40;
与支撑一起组成支撑系统的横梁、柱及其连接,应 具有承受支撑斜杆传来内力的能力;
与人字支撑、V形支撑相交的横梁,在柱间的支撑连 接处应保持连续;
中心支撑的设计要点(二)
Wpc ( fyc N / Ac )≥ Wpb fyb
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
R M
R M
端板在大多数情况下伸出在梁高度范围之外(或是上边伸出,下 边不伸出)
梁端弯矩化作力偶,其拉力经上翼缘传出; 受拉的螺栓布置在关于受拉翼缘对称的位置,共四个; 压力可以通过端板或柱翼缘承压传力,压力区螺栓可少量设置,
和拉力区的螺栓一起传递剪力; 虚线表示必要时可设柱加劲肋。
无侧移时:

=3+1.4(K1 K2 )+0.64K1K2 3 2(K1 K2 )+1.28K1K2
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
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:
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;
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;
多层(≤12层) 高层(>12层)
6~8度设防
≤120(235/f
)1/2
y
6,7度设防
8度设防
≤120(235/fy)1/2 ≤80(235/fy)1/2
9度设防
10( 0 235/
f
)1/ 2
y
9度设防
≤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:
4.3.4.1 中心支撑
(a) 十字交叉斜杆
(b) 单斜杆
(c) 人字形斜杆
(d) K形斜杆
(e) 跨层跨柱设置
抗震设防的结构不得采用K形斜杆体系; 所有型式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。
斜杆体系
只能受拉的单斜杆体系,应同时设置不同倾斜方向 的两组单斜杆;
且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的 投影面积之差不得大于10%。
计算人字形支撑体系中的横梁截面时,尚应满足 在不考虑支撑的支点作用情况下按简支梁跨中承 受竖向集中荷载时的承载力;
按8度及以上抗震设防的结构,可以采用带有消能 装置的中心支撑体系;
高层钢结构在水平荷载作用下变形较大,须考虑 P-△效应;
中心支撑的设计要点(三)
人字形和V形支撑尚应考虑支撑跨梁传来的楼 面垂直荷载;
对于十字交叉支撑、人字形支撑和V形支撑的 斜杆,尚应计入柱在重力下的弹性压缩变形在 斜杆中引起的附加压应力。
中心支撑节点的构造形式(一)
轻型支撑
重型支撑 (双节点板)
中心支撑节点的构造形式(二)
地震区的工字形截面中心支 撑宜采用轧制宽翼缘H型钢;
如果采用焊接工字形截面, 则其腹板和翼缘的连接焊缝 应设计成焊透的对接焊缝;
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4
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;
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。
(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;
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
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
实例梁与柱的半刚接连接
梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩
4.3.3 水平支撑布置
水平支撑(设置于同一水平面内的支撑)
横向水平支撑 分类 纵向水平支撑(通常意义下) 临时水平支撑:为了建造和安装的安全而设置; 永久水平支撑:通常在水平构件不能构成水平刚
度大的隔板时设置。
楼盖水

平刚度不 足时布置
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4.6的规定) 框架柱长细比的规定(下表)
梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度:

bf
tf
M (h
tf
)
≤f
t
w
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!
栓焊混合连接时的常用计算法
梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度:

bf
tf
M (h
tf
)
≤f
t
w
梁腹板高强螺栓的抗剪承载力: Nvb =V n≤0.9 Nvb
肋; 耗能梁段腹板的中间加劲肋,需按梁段的长度区
别对待。
偏心支撑构造
耗能梁段与柱的连接要求
耗能梁段与柱连接时,其长度不得大于1.6Mlp/Vl; 耗能梁段翼缘与柱翼缘之间应采用坡口全熔透对接焊缝连
接,耗能梁段腹板与柱之间应采用角焊缝连接;
耗能梁段与柱腹板连接时,耗能梁段翼缘与连接板间应采 用坡口全熔透焊缝,耗能梁段腹板与柱间应采用角焊缝;
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