柱和支撑的设计

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/fy）1/2
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
框架柱板件宽厚比
多 层 ( 12 层 ) 框 架
板件名称
7度
工字形截面翼缘外伸部分
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
主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、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。
❖ 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）
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。 （GB50017附录D）
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。 （GB50017附录D）
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
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；
5.3.4 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。
5.3.4.1 中心支撑
(a) 十字交叉斜杆
5.3 柱和支撑的设计
5.3.1 框架柱设计概要 5.3.2 梁与柱的连接 5.3.3 水平支撑布置 5.3.4 竖向支撑设计
5.3.1 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。
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
比不应大于下一页表的规定） 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
(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％。
对支撑杆件长细比的要求
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。
➢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
5.3.3 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
水
平刚度不 足时布置
平
水平支撑
支
撑
布
置
节点板表面高出梁上翼缘 有构造处理上的不便
❖ 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；
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
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。
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）
板件名称
6度
7度
工字形截面
13
11
翼缘外伸部分
80110Nb/Af 39
8度 10
72100Nb/Af 35
9度 9
柱
工字形截面腹板
43
43
43
43
箱形截面壁板
39
37
35
33
工字形截面和箱形截面
11
10
9
9
翼缘外伸部分
梁
箱形截面翼缘在
36
32
30
30
两腹板间的部分
工字形截面和
85120Nb/Af 80110Nb/Af 72100Nb/Af 72100Nb/Af
❖ 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；