高层建筑钢结构-第五章构件的设计
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SGk、SQ1k、SQ2k、Swk－分别为由永久荷载、楼 面活荷载、屋面雪荷载和风荷载等的标准值引 起的构件内的荷载效应；
式中：SGE－由重力荷载代表值引起的效应，有吊车时， 应包括悬吊物重力标准值的效应。重力荷载代 表值按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) 的5.1.3条取用；
SEhk、SEvk－分别为水平或竖向地震作用标准值 引起的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整 系数；
ψw－风荷载组合系数，无地震作用的组合中取 1.0；有地震作用的组合中取0.2。
❖ 当验算结构的变形时，所有荷载分项系数均取1.0。
2) 承载力极限状态验算
❖ 非抗震验算时
S R/0
式中：γ0－结构重要性系数，使用年限100年及以上1.1， 50年1.0；
S－结构构件内力组合设计值；
R－结构构件承载力设计值；
5.2 钢梁的设计特点(beams)
1) 梁的强度
塑性发展系数
非抗震验算：抗弯强度
Mx f xWnx
抗剪强度
V S Ix tw
fv
梁端尚应验算
பைடு நூலகம்
V Awn
fv
抗震验算：上公式的设计强度应该除以抗震调
整系数γRE 。
2) 梁的整体稳定
➢抗震验算要考虑抗震调整系 数。
➢当梁端仅以腹板与柱(主梁) 连接时，整体稳定系数上应 乘以0.85的降低系数。
4) 第二阶段抗震验算
层间侧移hi/50 混合结构的限值见GB50011-2001的5.5.5条； 层间侧移延性比不应超过
结构形式
Δ/Δy
钢框架
3.5
偏心支撑框架
3.0
中心支撑框架
2.5
带混凝土剪力墙的钢框架
2.0
层间侧移延性比是指结构在罕遇地震下的最大层间侧 移与该楼层进入弹塑性状态时层间侧移的比值。
钢梁的容许侧向长细比 y
应力比值 侧向支承点间的构件长细比 y
-1.0
M1 Wpxf
0.5
0.5
M1 Wpxf
1.0
y
60
40
M1 Wpx f
235 fy
y
45
10
M1 Wpx f
235 fy
3) 梁板件的宽厚比限值
❖ 一般钢梁板件的宽厚比限值
bf
bf
b1
b1 bo
tf
tf
tw
ho
tw
tw ho
❖ 抗震验算时
S R / RE
式中：γRE－构件的承载力抗震调整系数，梁柱为0.75， 支撑0.80，节点板件、连接螺栓0.85，连接焊缝 0.90，当计算竖向地震作用时取1.0。
3) 正常使用极限状态验算
❖ 重力荷载作用下梁的挠度限值 主梁≤l/400, 次梁≤l/250
❖ 风荷载下的位移限值 顶点质心侧移≤H/500； 层间质心侧移≤hi/400；
tf
tf
钢梁的截面形式
梁截面 形状 工字形 箱形
箱形
框架梁的板件宽厚比限值
板件所在部位
翼缘悬伸部分
b1 tf
腹板
h0 tw
两腹板之间的 翼缘
b0
tf
房屋 非抗震，
7度
总层数
6度
8度
9度
12层
11
11
10
9
>12层
11
10
9
9
12层1
85-120Nb Af
85-120Nb Af
>12层
80-110Nb Af
➢当为组合楼盖，或现浇钢筋 混凝土板与钢梁翼缘有可靠 连接时，可不验算钢梁的整 体稳定性。
❖ 抗震区侧向支撑的设置
➢目的——保证梁上塑性铰能充分塑性转动而不发生整体失稳。 ➢位置——两端可能出现塑性铰处；
梁的上下翼缘均应设置； 相邻侧向支撑点间的侧向长细比应符合《钢规》塑性
设计的有关规定，且满足下表。
γG－重力荷载分项系数，一般情况采用1.2，当重 力荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于 1.0；
γQ1、γQ2、γw、－分别为楼面活荷载、雪荷载和风 荷载等荷载分项系数，一般取1.4；
γEh、γEv－分别为水平、竖向地震作用分项系数， 当仅计及单向地震作用时，取1.3，当同时计算 水平和竖向地震作用时，γEh＝1.3，γEv＝0.5；
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
两个工字钢组成 的十字形截面也 有大量应用
圆管截面多用于 钢管混凝土柱
1) 轴压柱
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
非抗震： N f An
抗震：
N An
f
/ RE
使用净截面面积
1) 轴压柱
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
80-110Nb Af 72-100Nb Af
72-100
Nb Af
12层
36
36
32
30
>12层
36
32
30
30
❖ 兼作支撑横杆的梁和塑性设计时梁板件的宽厚比限值
翼缘
b1 9 235 b0 30 235
tf
fy
tf
fy
钢梁轴力
腹板
Nb 0.37 Af
Nb 0.37 Af
h0 (72 100Nb ) 235
5 构件设计
5.1荷载效应组合及设计要求 5.2 钢梁的设计特点 5.3 钢柱的设计特点 5.4 中心支撑杆件
5.5 偏心支撑杆件 5.6 其它抗侧力构件
弹性阶段 弹塑性阶段
整体分析，计算构件内力 验算构件承载力和稳定性 验算层间变形和顶层变形 节点的计算与设计 舒适度的验算
结构极限变形的验算 层间侧移延性比的验算
结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。
❖ 第一阶段抗震验算的最大层间质心侧移限值≤hi/300， 结构平面端部构件最大侧移，不得超过质心侧移的 1.3倍。
其它“钢－混凝土”混合结构的限值见GB50011-2001的5.5.1 条。
❖ 舒适度（风振加速度）限值 建筑物顶部最大加速度a限值为 公寓建筑a≤0.20m/s2 公共建筑a≤0.28m/s2
非抗震： N f
A
抗震：
N
A
f/γRE
使用毛截面面积 计算稳定系数时，厚板多为c、d类
tw
Af
fy
h0 35 235
tw
fy
bf
bf
b1
b1 bo
tf
tf
tw
ho
tw
tw ho
tf
tf
钢梁的截面形式
5.3 钢柱的设计特点(columns)
（梁，柱，中心支撑，偏心支撑，剪力墙板）
轴压柱 框架柱
截面形式 强度、整体稳定计算 局部稳定计算 刚度计算，长细比 强柱弱梁要求，节点域
1) 轴压柱
5.1 荷载效应组合及设计要求
1) 荷载效应组合
❖ 无地震作用时的组合
S G SGk S Q1 Q1k Q2SQ2k w wSwk
❖ 有地震作用时的组合
S GSGE EhSEhk S Ev Evk w wSwk
式中：S－结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯 矩、轴力和剪力设计值；
式中：SGE－由重力荷载代表值引起的效应，有吊车时， 应包括悬吊物重力标准值的效应。重力荷载代 表值按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001) 的5.1.3条取用；
SEhk、SEvk－分别为水平或竖向地震作用标准值 引起的效应，尚应乘以相应的增大系数或调整 系数；
ψw－风荷载组合系数，无地震作用的组合中取 1.0；有地震作用的组合中取0.2。
❖ 当验算结构的变形时，所有荷载分项系数均取1.0。
2) 承载力极限状态验算
❖ 非抗震验算时
S R/0
式中：γ0－结构重要性系数，使用年限100年及以上1.1， 50年1.0；
S－结构构件内力组合设计值；
R－结构构件承载力设计值；
5.2 钢梁的设计特点(beams)
1) 梁的强度
塑性发展系数
非抗震验算：抗弯强度
Mx f xWnx
抗剪强度
V S Ix tw
fv
梁端尚应验算
பைடு நூலகம்
V Awn
fv
抗震验算：上公式的设计强度应该除以抗震调
整系数γRE 。
2) 梁的整体稳定
➢抗震验算要考虑抗震调整系 数。
➢当梁端仅以腹板与柱(主梁) 连接时，整体稳定系数上应 乘以0.85的降低系数。
4) 第二阶段抗震验算
层间侧移hi/50 混合结构的限值见GB50011-2001的5.5.5条； 层间侧移延性比不应超过
结构形式
Δ/Δy
钢框架
3.5
偏心支撑框架
3.0
中心支撑框架
2.5
带混凝土剪力墙的钢框架
2.0
层间侧移延性比是指结构在罕遇地震下的最大层间侧 移与该楼层进入弹塑性状态时层间侧移的比值。
钢梁的容许侧向长细比 y
应力比值 侧向支承点间的构件长细比 y
-1.0
M1 Wpxf
0.5
0.5
M1 Wpxf
1.0
y
60
40
M1 Wpx f
235 fy
y
45
10
M1 Wpx f
235 fy
3) 梁板件的宽厚比限值
❖ 一般钢梁板件的宽厚比限值
bf
bf
b1
b1 bo
tf
tf
tw
ho
tw
tw ho
❖ 抗震验算时
S R / RE
式中：γRE－构件的承载力抗震调整系数，梁柱为0.75， 支撑0.80，节点板件、连接螺栓0.85，连接焊缝 0.90，当计算竖向地震作用时取1.0。
3) 正常使用极限状态验算
❖ 重力荷载作用下梁的挠度限值 主梁≤l/400, 次梁≤l/250
❖ 风荷载下的位移限值 顶点质心侧移≤H/500； 层间质心侧移≤hi/400；
tf
tf
钢梁的截面形式
梁截面 形状 工字形 箱形
箱形
框架梁的板件宽厚比限值
板件所在部位
翼缘悬伸部分
b1 tf
腹板
h0 tw
两腹板之间的 翼缘
b0
tf
房屋 非抗震，
7度
总层数
6度
8度
9度
12层
11
11
10
9
>12层
11
10
9
9
12层1
85-120Nb Af
85-120Nb Af
>12层
80-110Nb Af
➢当为组合楼盖，或现浇钢筋 混凝土板与钢梁翼缘有可靠 连接时，可不验算钢梁的整 体稳定性。
❖ 抗震区侧向支撑的设置
➢目的——保证梁上塑性铰能充分塑性转动而不发生整体失稳。 ➢位置——两端可能出现塑性铰处；
梁的上下翼缘均应设置； 相邻侧向支撑点间的侧向长细比应符合《钢规》塑性
设计的有关规定，且满足下表。
γG－重力荷载分项系数，一般情况采用1.2，当重 力荷载效应对构件承载能力有利时，不应大于 1.0；
γQ1、γQ2、γw、－分别为楼面活荷载、雪荷载和风 荷载等荷载分项系数，一般取1.4；
γEh、γEv－分别为水平、竖向地震作用分项系数， 当仅计及单向地震作用时，取1.3，当同时计算 水平和竖向地震作用时，γEh＝1.3，γEv＝0.5；
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
两个工字钢组成 的十字形截面也 有大量应用
圆管截面多用于 钢管混凝土柱
1) 轴压柱
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
非抗震： N f An
抗震：
N An
f
/ RE
使用净截面面积
1) 轴压柱
截面形式 强度验算 稳定验算 刚度验算 局部稳定
80-110Nb Af 72-100Nb Af
72-100
Nb Af
12层
36
36
32
30
>12层
36
32
30
30
❖ 兼作支撑横杆的梁和塑性设计时梁板件的宽厚比限值
翼缘
b1 9 235 b0 30 235
tf
fy
tf
fy
钢梁轴力
腹板
Nb 0.37 Af
Nb 0.37 Af
h0 (72 100Nb ) 235
5 构件设计
5.1荷载效应组合及设计要求 5.2 钢梁的设计特点 5.3 钢柱的设计特点 5.4 中心支撑杆件
5.5 偏心支撑杆件 5.6 其它抗侧力构件
弹性阶段 弹塑性阶段
整体分析，计算构件内力 验算构件承载力和稳定性 验算层间变形和顶层变形 节点的计算与设计 舒适度的验算
结构极限变形的验算 层间侧移延性比的验算
结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。
❖ 第一阶段抗震验算的最大层间质心侧移限值≤hi/300， 结构平面端部构件最大侧移，不得超过质心侧移的 1.3倍。
其它“钢－混凝土”混合结构的限值见GB50011-2001的5.5.1 条。
❖ 舒适度（风振加速度）限值 建筑物顶部最大加速度a限值为 公寓建筑a≤0.20m/s2 公共建筑a≤0.28m/s2
非抗震： N f
A
抗震：
N
A
f/γRE
使用毛截面面积 计算稳定系数时，厚板多为c、d类
tw
Af
fy
h0 35 235
tw
fy
bf
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b1
b1 bo
tf
tf
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tf
钢梁的截面形式
5.3 钢柱的设计特点(columns)
（梁，柱，中心支撑，偏心支撑，剪力墙板）
轴压柱 框架柱
截面形式 强度、整体稳定计算 局部稳定计算 刚度计算，长细比 强柱弱梁要求，节点域
1) 轴压柱
5.1 荷载效应组合及设计要求
1) 荷载效应组合
❖ 无地震作用时的组合
S G SGk S Q1 Q1k Q2SQ2k w wSwk
❖ 有地震作用时的组合
S GSGE EhSEhk S Ev Evk w wSwk
式中：S－结构构件内力组合的设计值，包括组合的弯 矩、轴力和剪力设计值；