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1、,Prepared by: 杨春晖,美国结构设计规范简介,2,美国结构设计规范简介,一、主要结构设计规范体系介绍,二、钢结构设计规范AISC360-05简介,三、抗震相关内容简介,3,一、主要结构设计规范体系介绍,4,荷载规范ASCE 7简介,ASCE :American Society of Civil Engineers (美国土木工程师学会）ASCE 7-05 Minimum Design Loads for Building and Other Structures包括:荷载组合方式: 极限荷载组合和允许应力荷载组合恒荷载、楼面活荷载、洪水、风、冰、雪、雨荷载地震荷载（场地分类、地震谱
2、、地震荷载计算、地震荷载组合、抗震体系的选择，地震作用的静力、动力分析等等）,5,荷载规范ASCE 7简介（接上）,荷载组合方式,Strength design：,Allowable stress design：,说明：因为地震加速度已经加过系数，即已经是极限强度水平，所以对于极限强度设计，地震荷载E的系数为1.0.,6,荷载规范ASCE 7（接上）,7,混凝土规范ACI 318,相关中文参考资料：1.混凝土结构设计A.H.尼尔逊 著 中国建筑工业出版社3. 基础工程分析与设计约瑟夫E波勒斯 著 中国建筑工业出版社,ACI :American Concrete Insitute (美国混凝土学
3、会）ACI 318 是美国混凝土学会的一个分会，负责通用的混凝土结构规范的编写ACI318-08 （最新) 包括：混凝土结构分析方法受弯、压弯、抗剪等等承载力计算；构造和施工的要求；注意：ACI318也包括了基础设计的要求但不包含地基承载力计算，美国没有专门的地基基础设计规范,8,钢结构设计规范AISC 360,AISC American Institute of Steel Construction（美国钢结构学会）AISC 360-05 是一本LRFD和ASD合一的规范，但本质上是一本LRFD钢结构设计规范（13th Manual)；ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD
4、钢结构设计规范 (ASD 9th Manual)AISC 341-05 是一本单独的钢结构抗震设计规范（Seismic Manual),AISC官方网站：www.aisc.org,9,二、钢结构设计规范AISC360-05,总的设计要求整体稳定分析和设计要求构件稳定设计要求节点设计概述,10,1. 总的设计要求,开篇：本规范适用于低地震区（抗震调整系数R=3),否则需要结合AISC 341钢结构抗震规范；且不是核电设施；材料要求：钢材：全部采用ASTM标准 一般结构钢,钢板:ASTM A36 (Q235) A572 (Q345)螺栓、垫片和螺母 都有明确的要求：地脚螺栓：A307；高强螺栓;
5、A325（8.8级） A490（10.9级）;垫片:F436； 螺母：A194，A563,11,设计要求承载力设计要求： Ru Rn 极限荷载组合效应 （抵抗折减系数）* （名义承载力）整体稳定设计要求（见后面介绍）节点设计要求：铰接（Simple Connection）刚接（Moment Connection）又分为FR（全刚）和PR（半刚性连接），一般采用FR积水设计要求，疲劳设计要求，防火、腐蚀设计要求等详见规范第B章节,1. 总的设计要求（继续）,12,宽厚比，高厚比的要求：截面分类: COMPACT;NON-COMPACT;SLENDERNESS.AISC允许局部屈曲,1. 总的设计
6、要求（继续）,13,2. 整体稳定设计要求,稳定设计是钢结构设计的重点稳定设计分为整体稳定设计和构件稳定设计（有效长度系数或计算长度系数是联系两者的桥梁）,14,2. 整体稳定设计要求（继续）,整体稳定设计：1. 需要选择合适的结构体系：有支撑框架（Braced-Frame）和剪力墙系统；刚接框架（Moment Frame）;重力框架（Gravity Framing）系统（即摇摆柱，其侧向稳定需要以上两种系统提供）；组合系统。2.需要选择合适的结构分析方法：有效长度系数法（Effective Length Method）；直接分析法（Direct Analysis Method)；一阶弹性分析
7、（First-order Analysis Method),15,稳定设计方法对比,16,2. 整体稳定设计要求（继续）,限制条件：二阶/一阶位移比2nd / 1st ：The ratio of second-order drift to first-order drift can be represented by B2。,直接分析法：无限制；有效长度法：B21.5；一阶分析法： B21.5；且轴压比0.5注意：B2的上限为2.5,GB50017里同样有：,17,P-Delta效应,18,二阶弹性分析方法,一阶弯矩放大法B1-B2“法：,GB的公式类似，但缺少B1系数：,其中,Cm 为等效弯
8、矩系数,类似B1的系数出现在：,19,直接分析法和有效长度法,20,分析流程：,21,3.构件稳定设计,受拉构件验算两种情况：,净截面应力小于极限抗拉强度：,毛截面应力小于屈服强度：,22,轴心受压构件,23,临界长细比p,弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比p (limiting KL/r) 或临界屈曲应力 Fe,24,其它需要考虑的情况,如果flange and web is slender尚需要折减稳定曲线(折减系数Qs Qa),25,其它需要考虑的情况,以上只是柱子的flexural buckling, 但当截面是十字, 单轴对称(角钢,T型钢)等,尚有Torsional, flexura
9、l-torsional buckling 发生.,26,受弯构件,根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：,27,受弯构件,相当于GB的等效临界弯矩系数b,28,受弯对称工字型截面或槽钢：,两种极限状态（取较小值）：,29,受弯对称工字型截面或槽钢：,30,4. 节点设计概述,4.1 螺栓连接设计4.2 焊缝连接设计4.3 连接板件设计4.4 几种常用的连接构造,31,4. 节点设计概述,4.1 螺栓连接设计高强螺栓材料：ASTM A325 和 A490三种连接类型必须由设计指明：Snug-tightened; 无预拉力的要求，设计施工比较简单；相当于GB的高强承压型（bearing-ty
10、pe)Pretensioned; 有预拉力的要求，较少用；Slip-critical有预拉力和摩擦面要求，相当于GB的高强摩擦型，但仍然需要验算承压强度 See Page 167 of AISC 360,32,4. 节点设计概述,螺栓设计的其他考虑：1.构造要求：螺栓开孔，间距（min 2 2/3 d,3d preferred)，边距等要求,33,4. 节点设计概述,螺栓设计的其他考虑：2.荷载偏心设计考虑：二种方法：,弹性设计法,瞬心法（塑性法）,34,4.2 焊缝连接设计,焊缝类型：熔透焊（CJP）半熔透焊（PJP）角焊缝（fillet weld）焊缝计算的几个问题：焊缝强度：焊条FEXX
11、 =70 ksi (相当于E55型焊条，适用于A572) 设计强度为0.6 FEXX ， f = 0.75 (LRFD),35,焊缝计算的几个问题：,正面角焊缝增大系数：,q = 90 deg. 增大系数1.5,偏心荷载时的计算方法：瞬心法和弹性设计法,36,连接板件的破坏：,剪切破坏,受拉破坏,37,连接板件的破坏：,块剪破坏（block shear）,38,连接板件的破坏：,Whitmore 有效宽度,受压板件的屈曲,39,其他一些连接设计的考虑：,撬力作用；,转动的延性；,构造规定，铰接节点如果采用端板或双角钢连接时，端板或双角钢腹板厚度不能超过16mm，否则应该按照下面公式验算,40,
12、其他一些连接设计的考虑：,41,其他一些连接设计的考虑,集中力作用,42,常见的连接形式：,刚接（Moment Connection）,Extended End-Plate Moment Connection,43,常见的连接形式：,Flush End-Plate Moment Connection,栓焊连接,44,常见的连接形式：,铰接连接：,端板连接,双角钢连接,刀板连接,45,三、抗震相关内容简介,地震反应修正系数 （Seismic response modification coefficient） R 3,46,地震的基本计算和要求：,地震力的计算(ASCE 7-05)：,设计反应谱
13、,47,地震力效应分析方法：,等效静力法；反应谱法；时程法,48,等效法（底部剪力法）,49,地震力的垂直分布和偏心扭矩,并且需要考虑5%的偶然偏心扭矩,50,层间位移比,51,层间位移比限制（大震下的塑性位移）,常见的钢结构抗震体系 R 0 Cd 值,52,地震荷载下的稳定性指标,53,常见的钢结构抗震体系,特殊抗弯框架（Special Moment Frame, SMF)中等抗弯框架 （Intermediate Moment Frame, IMF)普通抗弯框架 （Ordinary Moment Frame, OMF)特殊桁架抗弯框架（Special Truss Moment Frame,
14、STMF),抗弯框架,支撑框架,特殊中心支撑框架（SCBF);普通中心支撑框架（OCBF);偏心支撑框架(EBF);屈曲约束支撑框架（BRBF）,钢板剪力墙（Special Plate Shear Walls),54,抗震设计的几个问题,抗震钢结构的材料宽厚比限值,保护区（Protected Zone)特殊抗弯框架的一些设计概念,55,抗震钢结构的材料,只有下列材料被允许用于抗震钢结构： ASTM A36,A53, A500,A501,A572, A588, A913, A992;设计包括E=0 QE 时考虑要屈服的构件，Fy50ksi但不限制A588或A913的65级钢的柱子，这些柱子仅仅期望会在柱脚出现屈服。,56,宽厚比限值,宽厚比限值,57,保护区（Protected Zone),58,Protected Zone,59,特殊抗弯框架的一些设计概念,强柱弱梁,即,梁柱节点域设计,构造要求：,60,End of Presentation,QUESTIONS ?,
