钢结构疑难解析疑难解析(五)

CR取值
加劲肋的尺寸
对于仅一侧有梁连接的柱，加劲肋的厚度不得小于梁翼缘厚 度的一半 对应两侧都有梁连接的节点，加劲肋的厚度取两侧梁翼缘厚 度较大者 加劲肋的宽度不小于向加劲肋传递拉压力的板件的宽度，但 是通常加劲肋和柱翼缘齐平 加劲肋的宽厚比不得大于15 √(235/fys)，fys为加劲肋的屈服 强度 加劲肋按照压杆计算强度和稳定性，计算稳定性时，计算长 度为柱腹板高度，截面是加劲肋截面加12倍的柱腹板宽度， 稳定系数按照压杆柱曲线b确定
梁柱连接面、形心交点截面的弯矩
塑性铰部位的剪力为Vp=2Mp/lp+1/2qlp 梁柱连接面的弯矩Mface≈ Mp+Vpe 梁柱形心交点截面的弯矩 Mc≈ Mp+Vp(e+0.5hc)
梁柱连接面上的剪力
Vf=2Mp/lp+1/2ql0
验算剪切板与梁腹板及柱的连接
根据Mface及Vp计算剪切板与梁腹板的连接螺 栓，螺栓按承压型设计，设计强度取标准 值，考虑Ryb 根据Mface及Vp计算计算与柱的焊接连接，设 计强度取标准值，考虑Ryb
设计方法
确定塑性铰位置 梁柱连接面的弯矩Mface ，梁柱形心交点截面 的弯矩Mc 梁柱连接面上的剪力 验算剪切板及其与梁腹板、柱的焊接连接 加劲肋 节点域
验算剪切板及其与梁腹板、柱的焊接 连接
根据Mface及Vp计算剪切板及其与梁腹板、柱 的焊接连接，设计强度取标准值，考虑Ryb
自由翼缘节点
梁柱连接基于刚度的分类 梁柱连接基于强度和变形能力的分类 梁柱连接的综合分类
梁柱连接基于刚度的分类
刚性连接 半刚性连接 铰接
梁柱连接基于强度和变形能力的分类
铰接连接：连接有足够的转动能力，且其极限承 载力不大于被连接梁的塑性弯矩的25% 等强连接：连接有足够的转动能力，且其极限承 载力不小于被连接梁的塑性弯矩 欠强连接：连接有足够的转动能力，且其极限承 载力不小于被连接梁的塑性弯矩的25%小于被连 接梁的塑性弯矩 超强连接：连接的极限弯矩不小于被连接梁的塑 性弯矩的1.2倍，不要求连接的转动能力
加劲肋和柱的焊接
柱内加劲肋和柱翼缘的焊接采用全融透焊接，焊接 时采用垫板，焊缝质量等级为Ⅱ级。垫板超出加劲 肋部分应割去，使得垫板超出加劲肋外边不超过 6mm，切口应磨平 加劲肋和柱腹板的焊接，如果垂直方向有梁与节点 刚接，则根据这个方向梁截面的大小，较小时采用 角焊缝，与框架梁大小相当时宜采用全融透焊接Ⅱ 级焊缝；如果另一个方向的梁与柱铰接，则可以采 用角焊缝，焊缝外观质量等级为Ⅱ级 焊接操作应避开低韧度区
加强贴板的设置
采用贴板加强时，加强板的厚度取为(treq-twc)，不能随便加大，但不小于 6mm 如果加强贴板的厚度≥ (1.4treq-twc)，则认为采用了第二种思路 加强贴板的尺寸：加强板的宽度为柱腹板平直部分宽度，高度要保证伸 出上下水平加劲肋各150mm 加强板和柱采用圆柱塞焊的方式固定，塞焊间距不小于21tp，tp是加强板 的厚度。加强板两侧和柱翼缘采用对接焊缝或角焊缝，上下和柱腹板采 用角焊缝连接，焊缝外观质量等级为Ⅱ级。 实际的节点域，往往存在垂直方向的梁，此时垂直方向的梁将节点域分 成两半，垂直方向的梁翼缘到梁翼缘，梁腹板到梁腹板的传力要首先得 到保证。注意此时加强贴板无须伸出柱水平加劲肋150mm。
二阶效应的影响
弹塑性结构，二阶效应导致刚度退化以及动 力失稳，产生延性极限。 考虑二阶效应，地震力要增大
多自由度的影响
多层的多自由度体系，研究起来工作量更大。 但是目前国内外少量的研究表明，多层体 系，地震力要放大，地震力折减系数要减少。 地震力放大系数在1~2之间，随周期和自由度 变化，以及随结构是弯曲型的还是弯剪型的 而变。周期越长，放大系数就越大。但是简 单的公式没有。
计算腹板连接板的厚度及其连接焊缝
连接板厚度计算： f=√{[0.5Tst/(0.25hsttst)]2+3[0.5Vf /(0.25hsttst)]3} 腹板连接板与柱翼缘的焊接采用对接Ⅱ级焊 缝 腹板连接板与钢梁腹板的焊接采用角焊缝， 要围焊，这些角焊缝的抗扭矩能力（可以考 虑Ry系数）不小于腹板提供的塑性弯矩 0.25Ryb(hb-2tfb)2twbfyb
外伸端板螺栓连接节点设计
端板的厚度 端板外伸加劲肋设计要求 螺栓拉力的计算
端板的厚度
无加劲肋时，端板厚度 tp1 =√[6efNt/(bf)] 有加劲肋时，端板厚度 tp2 =√{6efewNt/[(ewb+2ef (ef+ew) f]} ef为螺栓中心至到梁翼缘的距离 Nt为螺栓拉力设计值 ew为螺栓中心至腹板边缘的距离 b为端板宽度
垂直方向有梁时节点域的加强
节点域腹板稳定性验算
当柱腹板中间没有连接垂直方向梁的连接板 时： twc≥(h`c+h`b)/90 当 hb/hc ≥1.5时，h`b =1.5hc ，否则h`b =hb 当hc / hb ≥1.5时，h`c =1.5hb ，否则h`c =hc 当柱腹板中间有连接垂直方向梁的连接板 时，则节点域腹板的稳定性无需计算
验算上下翼缘的连接
根据Mface验算上下翼缘的连接，验算考虑Ryb
加劲肋
加劲肋的尺寸 加劲肋和柱的焊接
节点域
梁柱连接节点域的设计计算
传统栓焊混合连接节点在地震中产生 的问题及可能的原因分析
问题：断裂出现在下翼缘和柱翼缘的焊缝 中，有时会延伸到柱翼缘中，或穿透柱翼缘 厚度，进入柱腹板，进入梁柱节点域。上述 断裂发生后，节点刚度迅速丧失，很快破坏。 可能的原因：截面削弱、梁下翼缘与柱翼缘 的焊缝缺陷、高强螺栓滑移、工艺孔、节点 域太弱
改进的栓焊混合梁柱连接节点
栓焊连接的定义 剪切板的厚度取值 焊接要求 加劲肋 设计方法 传统栓焊混合连接节点在地震中产生的问题 及可能的原因分析 改进
栓焊连接的定义
梁翼缘采用全熔透坡口对接焊缝与柱翼缘焊 接，腹板采用摩擦型高强螺栓与柱翼缘上的 剪切板焊接
剪切板的厚度取值
剪切板比梁腹板大2mm，抗震时大4mm
焊接要求
上下翼缘全熔透焊缝 钢梁上翼缘的垫板和柱翼缘的焊缝焊脚高度为 6mm，满焊，焊缝外观质量等级为Ⅱ级 钢梁下翼缘的垫板和柱翼缘的焊接采用熔透焊接， 焊缝质量检验等级同下翼缘的对接焊缝 焊缝的工艺孔参照美式孔两种工艺孔 焊接在柱翼缘上的剪切板与柱翼缘的焊接采用双面 角焊缝或对接焊缝，与剪切板等强，角焊缝焊缝外 观质量等级为Ⅱ级，对接焊缝的质量等级为Ⅱ级 （重要结构级Ⅰ级）
设计方法
确定塑性铰位置 梁柱连接面的弯矩Mface ，梁柱形心交点截面的弯矩 Mc 梁柱连接面上的剪力 验算剪切板与梁腹板的连接螺栓，以及与柱的焊接 连接 验算上下翼缘的连接 加劲肋 节点域
确定塑性铰位置
如果梁端截面没有加强，则假设塑性铰出现 在最外排螺栓孔中心线上 如果梁端截面有加强，则假设塑性铰出现在 加强部位的末尾 Mp=RybZpfy
梁柱连接节点域的设计计算
设计原则 节点域厚度 加强贴板的设置 节点域腹板稳定性验算
设计原则
两种设计思路 1.节点域的屈服和梁内形成塑性铰同时发生 2.不允许节点域屈服
节点域厚度
按照第一种设计思路，需要的节点域厚度为 treq=0.75 CR(MbL+ MbR)/[fvyRyc (hc-tfc) (hb-tfb)] (h-hb)/h MbL、 MbR为节点左右的梁端弯矩，在抗震设计时取塑性铰 弯矩 CR在非抗震设计时取1，抗震设计时取值CR取值 h为层高，可以取上层和下层层高的平均值 hb为梁截面高度，如果左右梁高不等，可取平均高度 fvy为钢材抗剪设计强度，在柱的轴压比N/Ny 大于0.3时，应 采用折算抗剪设计强度： f`vy = fvy √[1-(N/Ny)2]
后期刚度的影响
钢结构的后期刚度来自如下几个方面： 材料的抗拉强度超出屈服强度的部分，这部分要在变形 很大时发挥作用 双重抗侧力结构的主要抗侧力结构屈服，次要结构还没 有屈服；这种体系往往有比较明确的双线性的荷载-位移关 系 超静定体系，塑性铰逐步形成。这种体系连续的刚度下 降，直至达到极限强度。 延性越大，后期刚度的影响越大；后期刚度大，地震力折减 系数大 结论：在延性相同的情况下，超静定结构、双重抗侧力结构 应允许采用较小的地震力
梁柱连接的综合分类
刚性—等强连接，转动能力足够 刚性—等强连接（连接能力要检查）
刚性—欠强连接，转动能力足够； 刚性—超强连接（连接能力不需检查）
半刚性—超强连接；半刚性—欠强连接
梁柱节点部位的设计
梁柱节点部位横向加劲肋的设置和设计 梁柱连接节点域的设计计算 两种工艺孔
梁柱节点部位横向加劲肋的设置和设计
钢结构设计疑难问题解析及优化设计 （五）
关于钢结构抗震设计
阻尼、后期刚度、二阶效应、多自由度体系 等对地震力的影响 影响钢构件延性的因素 影响结构延性的因素
Biblioteka Baidu
阻尼的影响
对于弹性体系，阻尼的影响是相当大的。 《建筑抗震设计规范》GB50011-2001对阻 尼比为0.02的钢结构，阻尼影响系数最大 （反映谱的平台段），达到1.32（假定0.05 阻尼比的为1）。 对于弹塑性体系，衡量阻尼影响的定量指标 是它对R谱（地震力折减系数谱）的影响。 结论：规范的钢结构阻尼放大系数偏大
无须验算节点域抗剪稳定性的情况
两种工艺孔
坡口焊缝垫板处理
美国要求下翼缘的焊缝垫板要移去，并且磨 平 现场处理可采取的方案： 1.钢梁上翼缘的垫板保留，焊缝垫板必须焊接 6mm角焊缝 2.钢梁下翼缘的垫板保留，焊缝垫板与柱翼缘 焊透
梁柱连接节点的设计方法
改进的栓焊混合梁柱连接节点 全焊接梁柱连接的设计规定 自由翼缘节点 外伸端板螺栓连接节点设计方法 矩形钢管（混凝土）柱的横膈板贯通板贯通 式梁柱连接节点
确定塑性铰位置 梁柱连接面的弯矩Mface ，梁柱形心交点截面的弯矩 Mc 腹板连接板的高度：hst=hb-50-2tfb 腹板承受的拉力 梁端剪力：Vf=2Mf/l0+Vg 计算腹板连接板的厚度及其连接焊缝 加劲肋 节点域
腹板承受的拉力
Tst=Mf/(hb-tfb)-Tf= Mf/(hb-tfb)-Rybbfbfyb
设置加劲肋的条件 加劲肋的尺寸 加劲肋和柱的焊接
设置加劲肋的条件
如果工字梁截面柱强轴方向与工字形截面梁连接部位，柱翼缘的厚度满 足 tfc <0.4√(1.8 bf tf fyb / fyc CR)， CR = Ryb / Ryc 或tfc < bf /6 tfc—柱翼缘厚度 fyc—规范规定的柱材料的最小屈服强度 Ryc—柱实际屈服强度和最小屈服强度的比值；对Q235取1.2，对Q345 取1.1 fyb—规范规定的梁材料的最小屈服强度 Ryb—梁实际屈服强度和最小屈服强度的比值；对Q235取1.2，对Q345 取1.1 bf 、tf—梁翼缘的宽度和厚度 一般梁柱连接处均设置横向加劲肋
焊接要求
上下翼缘全熔透焊缝 钢梁上翼缘的垫板和柱翼缘的焊缝焊脚高度为 6mm，满焊，焊缝外观质量等级为Ⅱ级 钢梁下翼缘的垫板和柱翼缘的焊接采用熔透焊接， 焊缝质量检验等级同下翼缘的对接焊缝 焊缝的工艺孔参照美式孔两种工艺孔 焊接在柱翼缘上的剪切板与柱翼缘的焊接采用双面 角焊缝或对接焊缝，与剪切板等强，角焊缝焊缝外 观质量等级为Ⅱ级，对接焊缝的质量等级为Ⅱ级 （重要结构级Ⅰ级）
影响钢构件的延性的因素
钢构件的截面宽厚比 杆件的长细比 框架柱的轴压比
影响结构延性的因素
构件的延性 连接节点的延性 双重抗侧力结构中框架的剪力分担率 确保“保险丝”的思路得以实现
与抗震有关的结构和构件的分类
板的分类 柱的分类 梁的分类 抗侧力结构体系的分类方法
梁板柱的分类.doc
梁柱连接节点的分类
改进
工艺孔 衬板 腹板厚度 节点域腹板
全焊接梁柱连接的设计
全焊接连接的定义 剪切板的厚度取值 焊接要求 加劲肋 设计方法
全焊接连接的定义
梁翼缘采用全熔透坡口对接焊缝与柱翼缘焊 接，腹板采用焊接的方法与焊接在柱翼缘上 的剪切板连接
剪切板的厚度取值
腹板连接板的作用是安装用，同时也是钢梁 腹板端部与钢柱翼缘对接焊缝的垫板，连接 板的厚度与钢梁腹板厚度相同。连接板与柱 翼缘焊缝是单面对接焊缝，背后清根补焊， 补焊的焊道厚度为6mm 完全依靠剪切板传力时，剪切板厚度取梁腹 板厚度+(2~4)mm