多层钢结构设计..

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– 全熔透对接焊缝,一级/二级,等强 – 不同材料的焊接 – 焊接施工条件,空间/方位/位置,折减系数0.9
连接的一般规定
• 纯框架体系,梁柱节点及柱脚节点为刚接, 柱支撑体系梁柱节点铰接,柱脚节点可为 刚接 • 现场拼接应采用等强连接,拼接位置 • 8、9度抗震设防的多层框架,节点塑性区 (L/10或2H)校核:承载力/刚度
• 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
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)
FVO V GEO
多层钢结构的支撑
• 支撑的布置和源自文库式
– 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。 – 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
4.4 钢与混凝土组合板和组合梁
• 钢与混凝土组合板 • 钢与混凝土组合梁
一、钢与混凝土组合板
压型钢板+钢筋混凝土
钢与混凝土组合板
• 设计原则
– 组合板的设计应考虑施工和使用两个阶段 施工阶段:压型钢板为混凝土模板,应对其进 行强度和变形验算;永久荷载(压型钢板及混 凝土自重)+可变荷载(施工荷载及附加荷载) 使用阶段:在全部荷载作用下,对组合板或钢 筋混凝土楼板(压型钢板仅用作模板,厚度hc) 进行强度和变形验算
钢与混凝土组合板
• 组合板设计
– 施工阶段验算: 压型钢板; 强度和挠度及腹板局部屈曲承载力验算。 – 使用阶段设计: 组合板; 正截面抗弯承载力/抗冲剪承载力/斜截面抗剪 承载力/负弯矩段的截面强度和裂缝宽度
钢与混凝土组合板
– 正截面抗弯承载力:塑性设计方法,假定截面 受拉、受压区材料均达到强度设计值(折减0.8) Asf<fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板上翼缘以 上混凝土内,
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
二、多层钢结构布置原则
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; • 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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二、计算方法
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 载,框架) – 悬臂铰接桁架(水平荷载,柱-支撑)
三、多层钢结构的梁
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
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
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 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。
五、多层钢结构的支撑
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)
荷载效应计算
• 振型分解反应谱法典型公式
Fij 1.15 j j X jiGEi
二、梁柱节点
梁柱节点
• 铰接:
– 梁腹板与柱用高强螺栓连接
• 刚接:
– 梁腹板与柱用高强螺栓连接,梁翼缘与柱用高 强螺栓或焊接连接;
• 半刚接:
梁柱节点
• 刚接连接
– 丁字形连接 – 通过宽翼缘T形钢连接 – 通过盖板和角钢连接 – 十字形柱截面水平盖板和竖向板连接 – 方钢管柱与梁的节点
三、柱的拼接节点
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
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。 • 层数<=10;高度<=60m • 受力特点:竖向力/侧向力
钢与混凝土组合板
– 负弯矩段的截面强度和裂缝宽度按《混凝土结 构设计规范》计算 – 组合板挠度分别按荷载短期效应组合和长期效 应组合计算。
组合板构造要求
– 压型钢板净厚度>=0.75mm,镀锌层厚度满足 防腐要求; – 浇注混凝土的槽(肋)宽>=50mm;槽内设圆 柱头焊钉连接件时压型钢板高=<80mm; – 组合板厚度>=90mm,hc>=50mm; – 组合板端部必须内设圆柱头焊钉连接件,将压 型钢板凹肋焊牢于钢梁上,圆柱头焊钉直径 s=3m,13-16/s=3m-6m,16-19/s>6m,19
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 框架柱线刚度之比(k1=IB/L:IC/H,K2) 查表确 定。 – 有侧移框架和无侧移框架
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):
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
一、荷载效应计算
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
wk w0 z s z
柱的拼接连接
• 拼接位置:
– 楼层半高;避开弯矩较大区域
• • • •
焊缝传力 端部铣平传力 连接板传力 横向填板传力
四、柱脚节点
柱脚节点
• 铰接柱脚 • 刚接柱脚
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; – 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。
四、多层钢结构的柱
• 组合梁的缺点
– 耐火等级差; – 需在钢梁上焊接连接件
4.5 多层钢结构的连接
• • • • 连接的一般规定 梁柱节点 柱的拼接节点 柱脚节点
一、连接的一般规定
连接的一般规定
• • • • 焊接、高强螺栓连接或栓焊混合连接 栓焊混合连接仅可用于同一连接/不同部位 重要或复杂的节点,承载力提高10-15% 节点焊接的要求:
竖向地震作用系数αv: 8度0.1/9度0.2
二、荷载效应组合
荷载效应组合
不考虑地震的组合
永久荷载控制: 0 ( G SGK ci Qi SQiK ) R
i 1 n
可变荷载控制: 0 ( G SGK Q1SQ1K ci Qi SQiK ) R
钢与混凝土组合板
– 施工阶段计算 压型钢板为混凝土模板,应对其进行强度和变 形验算,可采用弹性分析方法,顺肋方向的正 负弯矩和挠度均按单向板计算,不考虑垂直肋 方向的正、负弯矩。 – 使用阶段计算 当hc=50-100mm时,可按以下规定设计:顺肋 方向的正弯矩和挠度均按单向简支板计算,负 弯矩按嵌固端考虑,不考虑垂直肋方向的正、 负弯矩。
多层钢结构的支撑
• 支撑的计算:
– 一般按拉/压杆计算; – 支撑承受水平剪力: 实际水平荷载产生的层间剪力
fy 1 或 V Af 85 235

多层钢结构的支撑
• 还要考虑竖向荷载引起的附加内力,受压 交叉斜撑 c1 c 2 2 N Ab cos 2
• 交叉斜撑按拉杆设计时,不考虑附加内力, 其连接应按荷载作用下的拉力和其临界压 力设计。 • 支撑按内力设计时,端部的连接承载力宜 按设计内力提高10%~15%计算
i 2
n
荷载效应组合
• 考虑地震的组合
0 (G SGE Eh SEhK Ev SEvK w wSwK ) R
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
一、一般规定
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; • 多层框架宜采用专门软件计算或手算;
组合梁设计
• 组合梁的分类
– 普通混凝土翼板组合梁 – 压型钢板组合梁 – 预制装配式混凝土板组合梁
组合梁设计
• 组合梁的优点
– 节约钢材,降低造价; – 增大截面刚度,减小钢梁挠度; – 减小结构高度及建筑物总高度; – 增强结构整体性; – 钢梁为组合板支撑,节约模板,缩短工期
组合梁设计
钢与混凝土组合板
– 压型钢板跨中变形v>20mm时,确定混凝土自 重时应考虑凹坑效应,厚度+0.7v或增设支撑 – 组合板有局部荷载时,有效宽度的确定 抗弯计算: 简支板 bem=bm+2lp(1-lp/l);
连续板 bem=bm+[4lp(1-lp/l)]/3 抗剪计算: bem=bm+lp(1-lp/l) 其中: bm=bp+2(hc+hf)
M=<0.8fcmxccby; xcc=Asf/fcmb;y=h0- xcc/2 Asf>fcmhcb时,塑性中和轴在压型钢板内,
M=<0.8(fcmhcby1+Ascfy2);
Asc=0.5(As-fcmhcb/f);
钢与混凝土组合板
– 抗冲剪承载力 Vp=<0.6ftcphc
– 斜截面抗剪承载力 Vc=<0.07fcmbh0
钢与混凝土组合板
– 组合板在钢梁上支承长度>=50mm – 必要时组合板应配置钢筋:附加抗拉钢筋/负弯 矩区连续钢筋/集中荷载或孔洞周围分布钢筋/ 为改善防火的受拉钢筋… – 组合板负弯矩区裂缝宽度<=0.3mm/0.2mm – 抗裂钢筋/分布钢筋
二、组合梁设计
• 由钢梁及支承在其上的钢筋混凝土翼板构 成 • 钢筋混凝土抗压/钢材抗拉/协同工作,充分 发挥材料作用
一、多层钢结构类型
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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