《多层钢结构设计》PPT课件

第四章 多层钢结构设计
4.1 多层钢结构体系 4.2 多层钢结构的荷载效应和组合 4.3 多层钢结构的内力分析 4.4 钢与混凝土组合板和组合梁 4.5 多层钢结构的连接 4.6 多层钢结构设计实例
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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。
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• 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：
GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKT
k=0/0.5/1.0
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荷载效应计算
• 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）
– 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
• 多层框架宜采用专门软件计算或手算；
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一般规定
• 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 定架 。柱线刚度之比（k1=IB/L:IC/H，K2） 查表确
– 有侧移框架和无侧移框架
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一般规定
• 风荷载作用下，Δ<=H/500/δ<=h/400；多 遇地震，δ<=h/250；
– 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。
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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
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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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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；
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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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荷载效应计算
• 振型分解反应谱法典型公式
FVOVGEO
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
永久荷载控制：
n
0(GSGK ciQiSQiK)R
i1
可变荷载控制：
n
0(G SG KQ 1SQ 1K ciQ iSQ iK)R
i2
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荷载效应组合
• 考虑地震的组合
0 ( G S G E E h S E h K E v S E v K w w S w K ) R
验算； – 对厚钢板（>60,Q235；>36，Q345）应考虑
钢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。
• 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 – 积灰荷载 – 楼面活荷载：>=4.0kN/m2时，分项系数1.3 – 屋面活荷载 – 风荷载
• 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；
• 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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二、多层钢结构布置原则
• 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板的作用， 楼盖主梁I=2Is/其它I=1.5Is；
• 基本周期T1的估算（刚度沿高度分布均匀 的钢框架）：
T1 0.1 u
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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：
– 分层法（竖向荷载） – 半刚架法、改进反弯点法（D值法）（水平荷
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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；
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
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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；