高等钢结构设计原理第十篇

1、分类
(1)工厂拼接 主要是受到钢材规格和现有钢材尺寸限制而进行的拼接。 (2)工地拼接 主要是受到运输和安装（起重）条件限制而进行的拼接。 2、型钢梁拼接 (1)同一截面对接焊缝（在 M 较小处拼接）
(2)盖板角焊缝
3、组合梁对接焊缝拼接 (1)工厂拼接 ▲翼缘和腹板的接头 位置要相互错开,和加劲 肋的位置也要错开; ▲对接焊缝要采用二 级以上的检查方法，施 焊时要使用引弧板。
中柱上端和人字形横梁的脊节点连接形式
加腋的柱顶节点倾斜 的内侧翼缘的截面积A2b 应比原翼缘截面积A1b放 大。 f y A2b cos f y A1b
A2b A1b cos
节点中心加劲肋
f y Ast cos f y A2c sin f y A2b cos
刚度。
10.1.2 变截面柱拼接
1、直接对焊
适用于只改变翼缘厚度的情况。
2、上下段柱共同焊于一块平板
腹板宽度变化不大时用。
3、上下段柱共同焊于一块平板
Nf
b1 t1 f
腹板宽度变化大，且一侧翼缘外表面平齐时用。 4、上下段柱中线对齐 5、上下段柱之间设变截面段 6、下段柱为格构柱时
10.1.3 梁 拼接方式： 对接焊缝的拼接、中翼缘用对接焊缝，而腹板则用拼接 板和螺栓、拼接板及高强螺栓连接以及端板连接。 等强设计和按构件按具体内力进行计算两种方法。
A2b cos A2c sin Ast cos
当翼缘逐渐转变方向时，也要考虑类似影响
N q bR
10.5 柱脚
10.5.1 柱脚的构成
柱脚的作用 放大柱端面积 ;将柱内力传递给基础 ; 固定 柱子 柱脚的分类 铰接柱脚 —— 只传递轴力N (轴心受压柱采用)
刚接柱脚 —— 传递轴力N ，弯矩M (偏心受压柱采用)
当 0.3 a / l 1.0

a 1 3 4l
塑性： 极限状态阶段
有限元计算：
Pu mu
be a K1 K 2 a l
式中
K1 6 15r l K2 9 20r l
r cx c y
当为集中荷载时r＝0,
be a 6 9 a l
考虑撬力：塑性铰机理 极限状态
Tu a mu be 2
Tu 2mu be a
T M pf M pfn a
撬力
Q Tu a 2c
10.2 梁与梁的连接
10.2.1 简支连接
10.2.2 连续和半连续连接
10.3 梁与柱连接的分类
连接的分类：柔性连接、半刚性连接、刚性连接 连接特性的表征：抗弯强度、转动刚度、延性 连接强度：抗弯承载力、抗剪强度。刚性连接承受弯 矩和剪力的能力应该不低于梁的承载能力，地震区的框架 “强连接－弱构件”；柔性连接的只要求其抗剪能力；半 刚性连接介于刚性和柔性连接之间。 连接转动刚度:由M－θ曲线的斜率来体现，刚性连接 的刚度达到一定限值就可以看作是刚性连接。 转动能力：延性指标。
P 12tc
用屈服线理论导出两侧翼 缘板的承载力设计值分别为：
2 Tc1 C1 f ytc
C1 3.5 ~ 5.0
2 Tc1 3.5 f ytc
2 T fy 7 t c tb tw 2rc
2 T 0.8 f y 7 t c tb tw 2rc
柱腹板厚度应不小于
A1b tw be
欧盟规范EC3(考虑纵向压力)
tw C 1 be f 1.25 0.5 n f
2、柱腹板屈曲
单向受压的四边简支板
tw c 12 1 v 2 h
2E
2
1 h2 m m a2
l t 656 l h fy 42.8 l 235 h fy
当1.0 l h 2.0
时
10.6 桁架节点
10.6.1 节点的侧向刚度
设计时应赋予节点以一定的侧向刚度
10.6.2
节点板受力分析和有关构造处理
屋脊节点是节点板负担过重，会造成节点板厚度太 大，板边缘最大压应力
H e 1 ht h 6
柱翼缘、腹板加强措施：
压力或拉力作用的计算不能满足，对柱腹板设置横向加 劲肋，加劲肋厚度取梁翼缘厚度的0.5～1.0倍。 加设斜加劲肋、腹板两侧焊板
10.4.5 单层框架的刚性连接
单跨的单层刚架横梁与柱节点的连接形式如图10.25。加腋 节点，一是提高梁端截面抵抗弯矩的能力，二是增大梁端截面 螺栓连接的力臂。
10.4.4 无加劲柱在节点区的计算
设置加劲肋：不设加劲肋、在腹板全宽上设两道加劲肋 和在腹板部分宽度上设置加劲肋。在全宽加劲肋之间曾经有 过腹板出现裂纹。
不设加劲肋柱的极限状态：腹板屈服、屈曲、翼缘弯曲塑 性或连接焊缝拉开。
1、柱腹板屈服
腹板的有效宽度
be tb 5 tc rc
10.4.1 柔性连接
柔性连接只能承受很 小的弯矩。几种典型的梁 和H形截面柱的柔性连接: 连接角钢、端板和承托
工程应用 支撑点的位置
用角钢连接时，应做下列验算：
（1）螺栓验算，包括A列和B列； （2）角钢验算，主要是抗剪； （3）当梁切去一部分时，梁削弱截面的抗剪和抗弯 计算。
柔性连接保证梁端能转动：
欧盟规范EC3对有侧移框架规 定刚性连接转动刚度Rki应不低 于25EIb/lb，无侧移框架，EC3 规定的刚性连接最小转动刚度 为8 EIb/lb。 半刚性连接和柔性连接的 分界，EC3规范的规定:
Rki 0.5 EIb lb
mu 0.25
10.4
梁与柱连接的构造
梁与柱的连接分类：柔性连接(③,④,⑦) 刚接(⑤,②端板较厚时) 半刚接(②, ①, ⑧,⑥)
第十章 构 造 设 计
10.1 构件的拼接 10.2 梁与梁的连接 10.3 梁与柱连接的分类 10.4 梁与柱连接的构造 10.5 柱脚 10.6 桁架节点
10.1 构件的拼接
10.1.1 等截面拉、压杆拼接
1、工厂拼接 (1)直接对焊 宜采用一、二级质量标准。
(2)拼接板加角焊缝 应传力直接均匀；避免应力过分集中；要有施焊空间。
（1）控制连接角钢的厚度； （2）B列采用不加预拉力的高强螺栓； （3）梁端和柱之间留出缝隙，使梁有转动的余地。
单板连接的试验研究
ew=2.5（n-1）（cm）
螺栓数越少，则连接延性越好。 转动延性保证：连 接板受剪屈服先于焊缝 屈服和螺栓失效
db tp 1.5mm 2
hf 0.75t p
型式和构造 ※ 轴承式铰接柱脚；
※ 平板式铰接柱脚； ※ 平板式刚接柱脚 ※ ※ ※ 埋入式、外包式刚接柱脚； 靴梁式铰接柱脚； 靴梁式刚接柱脚；
10.5.2 柱脚的计算
1、底板承压面积
H形截面柱，无加劲肋
Ab 0.9a b 3t p
H形截面柱，翼缘有三角形肋 Ab 0.75a b 3t p
用上、下角钢的连接所能承受的最大弯矩
lt 2 h g Mu fy 1 2 l
角钢水平肢用高强螺栓摩擦型连接，竖肢用抗拉高强螺 栓，用上、下角钢连接的试验：拉侧角钢竖肢确有撬力存在， 竖肢上螺栓宜只设一行。角钢水平肢则宜用两行螺栓，上、 下角钢的连接的构造是适合于半刚性连接的要求的。
(2)工地拼接
▲为了便于运输，接头
位置一般在同一截面，但也
可做成焊缝不在同一截面的 接头。 ▲为了减少焊接残余应 力，腹板和翼缘的连接焊缝 应先留出500㎜的长度在工 厂不焊，待在工地将接头焊
好后，最后再焊。
4、组合梁高强度螺栓工地拼接
(1)翼缘拼接 ▲拼接板的净截面面积不小于翼缘的净截面面积； ▲根据翼缘净截面所能承受的轴力;
N Afn f
▲按轴心力 N 作用的连接计算方法确定高强度螺栓的数目。
(2)腹板拼接
Iw 腹板接头受力： 剪力V， 弯矩 M w M Ix
剪力作用下，一个螺栓所受的剪力为：
在弯矩作用下，螺栓群受扭，受力最大的螺栓所受剪力 为： M y
V V1 n
T1
（↓）
y
w
1 2 i
（→）
注：由于梁的腹板高度较大，螺栓群的排列高而窄，所以可 认为在
10.4.3 多层框架 的刚性连接
梁和柱的刚性连 接：完全焊接的、完 全栓接的以及兼用焊 接和螺栓的。
刚性连接的计算，梁翼缘 的连接传递全部弯矩，腹板的 连接件则只传递剪力，然而研 究表明，翼缘不仅承受弯矩引 起的正应力，还承受很大一部 分剪应力。 箱形截面柱内宜在梁上下 翼缘平面设置横隔板。 方管尺寸不大的情况下， 设置横隔施工很不方便，在梁 端两侧焊上短T形钢或短角钢， 使其宽度和柱宽度相同，分析 表明，用T形钢加劲的梁柱连接 刚性很好。
f y tb (tw 2rc ) T tc (1.25 ) 7 fy T
f y tb (tw 2rc ) T
统计分析此项最小值为0.15
tc 0.4 T fy
tc 0.4 A1b
4、柱翼缘连接焊缝破坏
梁翼缘若用角焊缝和柱相连，则焊缝中部有被拉脱危险， 焊缝的有效长度应按式（9.6）和表（ 9.2）计算。
1.26 N p l
欧盟规范
m f jc 2
2
m 0.25cp
底板厚度应不小于
6m f
3、Hale Waihona Puke Baidu板加劲肋
压板屈曲
ke 2 Et 3 Pcr 12 1 v 2 l
压板屈服 Py k y f ylt
当 0.5 l h 1.0 时
l 656 235 42.8 t fy fy
2
2
t c w 2 12 1 v h
2E
h 2E 430 tw 12 1 v 2 f y fy
h 235 28 tw fy
GB50017规范把式（10.10a）的28改为30。 未考虑纵向压力
3、柱翼缘弯曲出现塑性铰
柱受拉区只需验算翼缘及其焊缝。柱翼缘在梁翼缘传来 的拉力作用下有如两块承受线荷载的三边嵌固板，每块板承 受拉力为3.5fytc2 拉力在翼缘的影响长度
半刚性连接和刚性连接分界的判定准则：
第一个准则：正常使用极限状态
s s r r 0.05
第二个准则：承载能力极限状态
Fur Fus
2 Fur 2
u
us ur
2 ur
2
0.07
刚性连接最低转动刚度:
120 EI b Rki 1 k lb I blc k I clb
构造复杂的柱脚，承压面积可 以由靴梁板和肋板的每侧取宽度 c=ntp组成
E1 n 3 6 E0
砼等级在C15和C30之间变动 c=1.5tp 欧盟规范1993试行
c tp fy 3 f j M 0
1 f j kfC
2、底板厚度
底板的厚度由其最大弯矩决定，底板单位宽度的最大弯矩
m 0.44cp
2、工地拼接
(1)拉杆 ①拼接板加高强度螺栓 宜采用高强度螺栓摩擦型连接。 ②端板加高强度螺栓
(2)压杆 ①焊接
上段柱要预先做好剖口，带有定位零件，以保证施焊位
置正确。 ②刨平顶紧直接承压传力 可辅以少量焊缝或螺栓。
▲说明
①拉压杆拼接宜按等强原则计算,压杆的拼接还应注意不致 因连接变形降低构件刚度造成容易屈曲的弱点； ②拼接不仅要保证断开截面的强度，也要保证构件的整体
M w作用下，螺栓仅承受水平力。
T12 V12 N vb
(7-65)
所以有：
10.1.4 端板连接中板的厚度 端板受弯，应力分布复杂，化成等效梁计算：弹性、塑 性 弹性：
一边嵌固、三边自由的板，垂直于板面有荷载P
be a P my
be a 3.5 1.5a l
当
al
450
10.4.2 半刚性连接
半刚性连接形式 应用范围：层数不超过10～15 的多层框架连接可做成半刚性连接， 层数超过10～15层且不依靠支撑提 供侧向刚度，连接应做成刚性连接。 端板连接梁端存在剪力：端板 的厚度不受影响，螺栓及梁端焊缝 需要计算。当端板厚度大且柱设有 加劲肋时，这种连接可看成刚性连 接，这类连接最好由端板形成机构 控制。