高层钢结构住宅节点设计总结.doc

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1、高层钢结构住宅节点设计总结 河南亚鹰钢结构幕墙工程有限公司 技术部总结前言高层钢结构住宅节点设计总结总述节点是结构最薄弱的环节之一 ,是确定结构计算模型的关键 ,节点是否合理不仅直接关系到建筑结构整体的可靠性 ,还对结构的施工质量、 工程进度以及整个工程的造价都有直接的影响。一般来说,高层钢结构住宅节点连接主要包括柱脚连接节点, 柱与柱连接节点,梁柱连接(简支, 刚接)节点, 支撑与梁柱连接节点, 梁梁(主梁与次梁, 次梁与连梁)连接节点,还包括其他拼接节点(剪力墙, 核心筒等).目录、框架柱选择分析 1、与方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱有关的节点设计方钢管混凝土柱有关节点设计 4 1、梁柱连

2、接节点设计 5 2、柱柱连接节点设计12 3、支撑与梁柱连接节点设计13 4、梁梁连接节点设计36 5、其它拼接节点设计（剪力墙、核心筒等）37 6、柱脚连接节点设计44（一）、框架柱选择分析框架柱选择分析：目前高层建筑中采用的柱子截面型式大致有以下几种：1.普通钢筋混凝土柱；2.高强混凝土柱；3.配有螺旋箍筋的钢筋混凝土柱；4.增设芯柱的钢筋混凝土柱；5.钢筋混凝土分体柱；6.型钢混凝土柱；7.钢管混凝土柱。对于我们公司来说钢结构住宅框架柱可选用型钢混凝土柱和钢管混凝土柱型钢混凝土柱在钢筋混凝土柱内配置型钢(含钢率一般为4%10%),使型钢骨架和钢筋混凝土形成整体,协同工作,共同受力,这就是

3、型钢混凝土柱(图1)。型钢混凝土柱既具有钢筋混凝土结构的特点, 又具有钢结构的特点,其承载力高、刚度大,且具有良好的延性和抗震性能,同时防火性能也很好。图1 型钢混凝土柱的截面形式型钢混凝土柱的轴压比可按下式计算:m=N/(fcAc+faAa)高规还给出了型钢混凝土柱的轴压比限值见表2:型钢混凝土柱轴压比限值 表2抗震等级一级二级三级柱轴压比限值0.700.800.90注: 1框支柱的轴压比限值应比上表中数值减少0.10采用;2剪跨比不大于2的柱,其轴压比限值应比上表中数值减少0.05采用;3 当混凝土强度等级大于C60时, 表中数值宜减少0.05。由于柱内配置的型钢骨架参与受压,故型钢混凝土

4、柱减小柱子截面尺寸效果十分明显。在相同外力作用下,可使柱截面面积减小3040%(与钢筋混凝土柱相比)。此外,不但能提高轴心受力、小偏心受力柱的承载力,还能提高大偏心受力柱的承载力,对2的短柱抗剪也很有效。房屋高度大、柱距大、柱中轴力很大时,以及抗震等级为特一级的钢筋混凝土柱, 宜采用型钢混凝土柱。目前型钢混凝土柱较多用在高层建筑的下层部位柱、转换层以下的框支柱,也有的工程全部采用型钢混凝土梁、柱,如上海的金茂大厦、环球金融中心、北京的财福中心、冠城园A楼、陕西的信息大厦、深圳的八一大厦、海口金融大厦等。型钢混凝土柱节点核心区构造复杂, 框架梁纵向受力钢筋必须穿过型钢骨架腹板,故对型钢骨架的制作

5、、安装要求较高, 施工也较为麻烦。钢管混凝土柱在钢管柱内浇灌混凝土,使钢管和管内混凝土形成整体,协同工作,共同受力,这就是钢管混凝土柱(图2)。钢管混凝土柱可使钢管内的混凝土处于有效侧向约束下，形成三向应力状态，因而能大大提高柱的抗压承载力，同时抗剪强度和抗扭承载力也几乎提高一倍。研究还表明: 钢管内的混凝土受压破坏为延性破坏,即具有良好的延性和抗震性能。同时钢管混凝土柱刚度大、截面小,其防火性能也比钢结构要好。图2钢管混凝土柱的截面形式钢管混凝土减小柱子截面尺寸效果十分明显:如钢管内采用高强混凝土浇筑，可以使柱截面减小至原截面面积的50%以上。钢管混凝土柱的钢管外径不宜小于100mm,壁厚不

6、宜小于4mm, 径厚比一般可取70左右,套箍指标q宜控制在0.33.0之间。钢管混凝土柱用在高度大、柱中轴力很大的高层建筑的下层部位柱效果较好。抗震等级为特一级的钢筋混凝土柱, 宜采用钢管混凝土柱。近年来, 整个结构采用钢管混凝土的高层建筑也相继出现,深圳的地王大厦、赛格广场、广州的新中国大厦、香港的长江中心等都是大家所熟知的工程实例。钢管混凝土柱的缺点是梁柱节点构造复杂,某些钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点构造还较难满足8设防的抗震性能要求,有待进一步完善和改进。对钢管的制作、安装施工要求较高。通过对比对于我们公司来说能形成产业化的应该最多大的投入与钢管混凝土柱的设计。钢管混凝土按截面形式的

7、不同，可分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。几十年来，国内外对于方钢管混凝土、圆钢管混凝土结构的力学性能等方面进行了大量的研究积累了系统的理论分析和丰富的实验数据，可以说取得了丰硕的成果，颁布了有关设计规范，并在工程实际中得到了广泛应用。所以我们可以在采用方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱的前提下进行优化选择使用。下面详细分析阐述与方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱有关的节点设计。（二）、与方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱有关的节点设计方钢管柱有关节点设计根据受力性能分析 ,方钢管混凝土与圆钢管混凝土相比 ,钢管对其内部混凝土的约束作用相对较弱 ,但是它具有节点形式简单 、便于施工、能有效

8、提高构件延性等优点。为了使方钢管混凝土结构得到推广和应用 ,国内外学者对方钢管混凝土结构进行了大量的试验研究 ,主要集中于对方钢管混凝土柱的性能和设计方法的研究 ,但对方钢管混凝土柱节点的研究相对较少。为此,将对目前国内外所研究的方钢管混凝土柱的节点形式及设计方法进行介绍。1、梁柱连接节点设计按照节点的施工工艺，对于30层以上的高层住宅主要运用梁柱节点刚性连接。(1)梁与柱刚性连接的构造形式有三种，如图所示梁与柱的连接节点计算时，主要验算以下内容： 梁与柱连接的承载力 柱腹板的局部抗压承载力和柱翼缘板的刚度 梁柱节点域的抗剪承载力 (2)在三种梁柱刚性连接节点中最常用的连接形式有全焊接节点、栓

9、焊混合节点。阐述如下梁柱刚性连接节点梁柱全焊接刚性连接节点梁翼缘与柱焊接连接，腹板与柱用高强螺栓连接的栓焊刚性连接节点图c图a图b带柱外悬臂梁段时，柱外悬臂梁与中间梁段的连接按照节点的构造做法，对于30层以上的高层住宅主要分为内隔板节点（内加强板式）、隔墙贯通节点（贯穿加强板式）、外隔板节点（外加强板式）等。2. 1 内隔板节点2. 1. 1 节点构造内隔板式节点是目前在箱形截面柱与 H 型钢梁连接中应用较普遍的一种连接形式 。当柱采用冷成型方矩形钢管截面时 ,其内隔板的一般加工方法是 : 将钢管柱在节点中部截断 ,将横隔板焊接在与 H 型钢梁翼缘对应的位置 ,再将钢管柱用全熔透对接焊缝焊接在

10、一起 ,其构造形式如图1所示 。日本还有一种生产工艺可以在钢板冷弯成钢管的过程中在梁翼缘对应的位置焊接内隔板 ,形成内藏隔 板柱构件产品。梁腹板与柱壁间可以通过焊于柱壁上的角钢等连接件用螺栓连接 ,也可以直接焊接 。图1 内隔板节点构造示意图2. 1. 2 相关研究及结论我国规范规定内隔板应与梁翼缘等厚 ; 而日本规定采用后加内隔板加工方法时 ,内隔板要比翼缘厚2mm，主要是为了不使隔板定位误差影响梁断弯矩的传递。同时，对于空钢管柱，为了防止隔板受压屈曲，文献规定方矩形钢管（内部无混凝土）的隔板宽厚比：，其中，t s为隔板厚度, fy为内隔板屈服强度标准值。2. 1. 3 优点与缺点内隔板节点

11、的优点是 : 传力简洁 、明确 ; 构造简单 ; 节点刚度大 ,可简化为理想刚接。但对于一般规格的冷成型或热轧方矩形钢管 ,要在已经成形的钢管内部设置隔板 ,加工很繁琐 ,节点区域焊缝较多,加劲板以及梁翼缘在钢管冷弯角硬化区的焊缝容易诱发裂缝 。同时 ,钢管内灌筑混凝土时需要在隔板上设灌注孔和排气孔。2. 2 隔板贯通节点2. 2. 1 节点构造采用贯通隔板的连接构造方式时 ,传递梁翼缘内力的隔板穿过整个钢管柱截面 ,柱身分段与隔板焊接 ,梁翼缘通过全熔透焊缝与隔板连接 ,梁腹板通过螺栓连接于柱上的连接件或直接焊接在柱壁上 ,其构造如图 2 所示 。日本的相关规范建议当钢管壁厚小于2 8 mm

12、 时隔板挑出长度 e =25 mm ,钢管壁厚大于 28 mm 时挑出长度 e = 30mm; 同时要求隔板比梁翼缘厚 2 mm。图2 隔板贯穿式节点构造示意图柱贯通式连接是我国 现行抗震规范柱贯通式连接是我国现行抗震规范和高层钢结构规范推荐的连接方式 , 而隔板贯通式连接只在矩形钢管混凝土技术规程中有设计规定。在日本 ,经过对阪神地震震害数十年研究之后 ,这类节点仍作为钢管柱梁节点的首选形式。2. 2. 2 相关研究及结论武汉大学对 5 个隔板贯通式节点进行低周反复荷载试 验 。试件的柱 子采用 200 mm 200mm 6 mm 和 200 mm 200 mm 8 mm 冷成型方钢管 。试

13、件在梁端两侧设侧板 ,见图 3。试验表明 ,侧板不仅可以缓解隔板与梁相交处应力集中现象 ,而且可以使塑性铰外移 ,提高节点延性 ; 梁端力 - 位移滞回曲线没有明显的捏缩现象 ,表现出较好的耗能能力 。有限元分析表明轴压比和隔板外伸长度对节点性能有明显影响 。图 3 梁端设侧板的隔板贯通式节点 同济大学对 8个焊接、 热轧钢管隔板贯通式节点进行了滞回试验 ,讨论了隔板外挑长度的要求 ,认为隔板外挑长度不宜太短 ,以免隔板与柱壁、梁翼缘的焊缝热影响区互相影响。天津大学对 3个隔板贯通式十字形梁柱节点足尺试件 (其中 , 2个试件的柱子灌筑混凝土 ,另一个为空钢管作为对比 )进行拟静力试验 9 ,

14、钢管柱为 250 mm 250 mm 8 mm冷成型方管。试验表明:所有试件的延性、 耗能能力均满足抗震设计要求;隔板与梁翼缘连接部位采用半径 25mm的圆弧过渡 ,试验过程中该部位未发现破坏。2 . 2 . 3 优点与缺点这类节点刚度较大 ,可认为是理想刚接;便于实现上下柱壁厚和外包尺寸的变化。但当结构倾覆力矩较大时可能会使一侧柱子受拉 ,此时柱与隔板间的焊缝将处于三向受拉应力状态;钢管内灌筑混凝土时也需要设灌注孔和排气孔。杭萧横隔板贯通式梁柱连接节点2 . 3 外隔板节点2 . 3 . 1 节点构造一种外隔板节点构造示意图见图 4。梁翼缘与水平外隔板采用现场全熔透坡口焊缝连接 ,也有采用盖

15、板螺栓连接的形式,梁腹板与预设的连接件采用高强度螺栓现场连接。图 4 外隔板节点构造示意图2 . 3 . 2 相关研究与结论为了使梁翼缘与外隔板间过渡平缓 ,防止应力集中 ,文献 2 规定30 ;同时 ,为了防止外环板受压局部屈曲 ,限制外环板根部的宽厚比: ,符号意义参见 1 . 1 . 2和图 4。2 . 3 . 3 优点与缺点外隔板式节点对钢管内混凝土浇筑没有影响 ,节点可以简化为刚接 ,但外隔板的存在会影响建筑设计 (边柱、 角柱外隔板会突出墙面 )。赛博思外套筒式梁柱节点技术2 . 3 .4 外套筒式梁柱节点 外套筒式是一种新型钢管混凝土柱一H型钢梁的连接节点形式，它的抗震延性好，能

16、满足设计要求，易于满足住宅建筑的某些要求，且结构布置灵活，可用于多层或小高层住宅建筑中。 钢管混凝土柱的管壁较薄，不宜直接焊接H型钢梁，可选用一节钢套筒来加强和保护柱在节点区不被先拉坏，并通过套筒来承载和传力。钢套筒和钢管柱要有可靠连接，除在套筒上下边采用角焊缝外，还要在中间加一些塞焊点，然后将H型钢梁与套筒进行常规的栓焊混合连接。为了加强梁根部的受力能力，还应在梁上下翼缘加盖板，或部分削弱梁翼缘形成“狗骨式”以减少梁根部的应力集中。为了保证节点的强度，套筒的壁厚t建议取Max（1.2tc，1.2tf），其中tc，tf分别为钢管壁厚和梁翼缘厚，套筒的高度h建议取hb+10t，其中hb为梁截面高

17、度。套筒两端加工成内倒角与柱壁形成V形坡口焊接，梁翼缘附近的塞焊孔也是必要的。 套筒式节点2、柱柱连接节点设计“框架柱同一水平面拼接接头的数量不得超过柱子总数的50%；拼接接头之间至少应错开500mm以上。等截面柱的拼接有这样的柱与柱连接图例,除去运输方便外,尚应考虑工地焊接的方便,节点在空中焊接的位置最好在联系梁上方1.3米左右,因为在这个位置安装人员焊接对接操作比较方便,正好是安装人员焊接比较舒适的位置.下图是等截面H柱对接的图例.变截面柱的拼接 柱需要变截面时，一般采用柱截面高度不变，仅改变翼缘厚度的方法。若需要改变柱截面高度时，柱的变截面段应由工厂完成，并尽量避开梁柱连接节点。对边柱可

18、采用有偏心的做法，不影响挂外墙板，但应考虑上下柱偏心产生的附加弯矩，对中柱可采用无偏心的做法。柱的变截面处均应设置水平加劲肋或横隔板。有偏心拼接无偏心拼接不论等截面还是变截面柱与柱均可采用外加套管式连接。3、支撑与梁柱连接节点设计 钢框架支撑结构在多高层钢结构建筑中是一种非常常用的结构形式，钢框架支撑结构是在钢框架结构的基础上，通过在部分框架柱之间布置支撑来提高结构承载力及侧向刚度，支撑框架体系的主要优点是把水平力转化为轴向力， 然后由斜撑来承担，提高了材料的利用效率。该体系具有良好的抗震性能和较大的抗侧刚度支撑体系与框架体系共同作用形成双重抗侧力结构体系，这不但为结构在正常受力情况下提供了一

19、定的刚度，而且为结构在水平地震作用及较大风荷载作用下，提供了两道受力防线，形成了人们较理想的破坏机制。 然而，不同的支撑布置方式会产生不同的效果，这包括支撑的类型及设计原理，支撑杆件所选择的截面形式，支撑布置的位置及与梁柱的连接构造。一. 支撑的类型 1. 中心支撑的形式及优缺点： 中心支撑构件的两端均位于梁柱节点处，或一端位于梁柱节点处，一端与其他支撑杆件相交。 中心支撑包括：单斜杆支撑，交叉支撑，人字形支撑，字形支撑，字形支撑，跨层交叉支撑，带拉链杆支撑。 中心支撑的优点是支撑杆件的轴线与梁柱节点的轴线相汇交于一点，支撑体系刚度较大，保证了正常使用极限状态要求，在常遇地震作用下能有效防止非

20、结构构件的破坏。 中心支撑的缺点是中心支撑存在受压时的屈曲问题，尤其在往复的水平地震作用下，支撑构件反复受压屈曲后刚度和承载力急剧下降，由此造成结构的延性较差。而且设计不当的框架-中心支撑结构在罕遇地震中易遭到破坏。地震中当某一层钢支撑出现刚度、强度退化后,很容易在该层形成软弱层,甚至会引起整体结构的倒塌。施工有困难时偏离中心的距离不应超过支撑、杆件的宽度, 并应计入由此产生的附加弯矩, 在水平地震荷载作用下, 中心支撑容易产生屈曲, 在地震区应慎重。 中心支撑体系一般用于非地震区或地抗震设防等级较低的地区（震区高度不超过12层的建筑中），以及主要有风荷载控制侧移的多高层建筑物。 2. 偏心支

21、撑的形式及优缺点 偏心支撑杆件的轴线与梁柱的轴线不是相交于一点，而是偏离了一段距离，形成一个先于支撑构件屈服的“耗能梁段”。偏心支撑钢框架通过耗能梁段的弯曲和剪切将支撑中的轴力传递给柱或另一根支撑，耗能梁段以稳定的工作性能来担当结构中的“保险丝”，耗散地震能量. 偏心支撑包括人字形偏心支撑，字形偏心支撑，八字形偏心支撑，单斜杆偏心支撑等。 其中D 支撑框架通常用于跨度较小的部位(比如楼梯间) ,但为了保证整体结构的对称反应,此类支撑应成对布置;对于跨度较大的结构,通常采用另外两种形式。特别是分K支撑框架,因其支撑本身的对称性,且耗能梁段不直接与柱相连,从而避免了全弯矩框架的问题,因此具有一定的

22、优点,甚至梁柱节点可以设计成铰接。 偏心支撑有如下受力特点：在水平地震作用下，耗能梁段承受较大的杆端弯矩和竖向剪力，其轴向力较小；耗能梁段两侧或一侧的框架梁，承受较大的弯矩和轴向力；耗能梁段在跨中存在反弯点，故沿其纵轴变形呈形。 偏心支撑体系的优点是偏心支撑框架充分利用支撑与柱、或支撑与支撑之间的梁段形成耗能梁段,是一种非常刚劲的结构体系,具有极好的耗能能力以抵抗大的地震影响,还可保护支撑斜杆免遭过早屈曲,相应地延长和有效地保持结构抗震能力的持续时间,且可有效地节约钢材(比中心支撑框架轻约20 % ,比纯弯框架轻约30 %)。中小震时,结构处于弹性阶段,在强震时耗能梁段进入塑性,利用梁的塑性变

23、形来吸收能量,而支撑始终保持为弹性,偏心支撑框架较好地解决了中心支撑所存在的强度、刚度和耗能不匹配的问题,兼有中心支撑强度与刚度好以及纯框架耗能大的优点，而且相对中心支撑而言可以很容易解决门窗布置受限的难题。 偏心支撑适用于超过层的钢结构房屋，抗震设防等级较高(抗震烈度为 、度)的地区或安全等级要求较高的建筑。3. 消能支撑的形式及有优缺点 消能支撑将支撑杆件设计成消能杆件，以吸收和耗散地震能量减小地震反应的一种新型抗震结构。 消能支撑的类型有方框支撑，圆框支撑，交叉杆支撑，斜杆支撑，K型支撑及Y型支撑和节点屈服支撑。 消能支撑的优点是在风和小地震作用下消能支撑能增加结构的水平刚度，减小结构的

24、侧移；在中震和大震下其刚度变小，能减小结构的水平地震作用，同时消耗大量输入结构的地震能量，使结构的地震反应大大衰减。 按消能装置的消能形式，消能支撑可以分为钢材屈服型支撑，摩擦消能型支撑，铅阻尼消能支撑，粘弹性阻尼消能支撑和复合型消能支撑五种形式。 消能支撑实际上也是一种非屈曲支撑，技术较为先进，适应强，但单造价相对较高。二 偏心支撑的耗能梁段1. 耗能原理耗能梁段的长度和几何形状直接影响框架中其它杆件的内力分布，下图给出了两种偏心支撑在水平荷载作用下梁的典型应力分布情况。 图 偏心支撑框架的受力分布 图 消能梁段的屈服机制 (a) - D 支撑 (b) - 分K支撑 从图中可知,耗能梁段在水

25、平力作用下将承受高的均布剪力、高的杆端弯矩及较低的轴向荷载,同时在耗能梁段以外的梁也承受了较大的杆端弯矩及轴向力。对于长度较小的耗能梁段,随着水平荷载的增加,在杆端弯曲破坏之前,往往在梁段内产生剪切铰,形成剪切梁段;对于长度较大的耗能梁段,其端部的弯矩值较大,在梁段剪切屈服前将产生弯曲屈曲。 消能梁段在强震下预期有很大的塑性变形，消能梁段长度用e 表示。当时为剪切屈服型梁段;当e在之间时为弯剪屈服型型耗能梁段，其中(MP 为梁段全塑性抗弯强度, VP 为抗剪强度) 。 剪切屈服型消能梁段的内力由剪力控制，塑性变形发展充分，耗能能力最好，在不受使用条件限制时应选择剪切型。当剪切型梁段由于剪力分布

26、均匀,如不考虑局部高应变,一旦形成剪切塑性铰,该铰的分布范围将很大,甚至充满整个梁段。也就是说,剪切型梁段具有非常好的变形能力,因而可以耗散更多的能量，所以设计时应优先选用剪切型梁段。但整体框架的侧向位移也对耗能梁段的转动能力提出一定的要求,框架的位移转角和耗能梁段的转角具有一定的关系,据资料显示,耗能梁段越短,对其转动能力的要求也越高,因此耗能梁段也不能太短。因此建议剪切型耗能梁段长度一般要大于/。但当消能梁段长度大于时不能发展塑性变形，也没有耗能作用，故其长度不应大于此限值。 门窗设置等要求斜杆端部间有较大宽度时，可选择弯剪屈服型。梁耗能的关键是梁必须具有一定的转动能力,但同时也应注意与耗

27、能梁段相连的其它构件,一旦这些构件首先破坏,设置支撑将毫无意义。 2. 耗能梁段的设计 一个合理的偏心支撑设计，非弹性破坏应主要集中在耗能梁段上，耗能梁段的尺寸和构造细节按规范规定的力进行设计，其他的构件按照耗能梁段完全屈服和应变硬化所产生的力进行设计。因为具有延性构造细节的耗能梁段所能承受的力远远大于其名义塑性强度，当估计耗能梁段外构件内力时，耗能梁段的超强应慎重考虑。 耗能梁段优越的工作性能可以通过以下措施获得。2.1 设置加劲肋 在耗能梁段的抗剪强度和抗弯强度的合理估计对能力设计过程至关重要，低估耗能梁段强度可能导致耗能梁段外构件的过早破坏，合理的加劲肋设置可以获得较大的非弹性转角和较大

28、的应变硬化。 剪切型耗能梁段的腹板设置加劲肋可以使腹板的抗剪能力得到加强,从而推迟了梁腹板剪切屈服和翼缘屈曲的开始,使梁转动的范围更大。腹板加劲肋的厚度不小于.和的较大值，耗能梁段的宽厚比要求同特殊抗弯框架，加劲肋设置的间距要求依赖于耗能梁段的长度。 腹板剪切屈服时加劲肋的间距a 和耗能梁段塑性转角p 的关系为: a = 29tw - d/5, (p = 0.09rad ) (1) a = 38 tw - d/5, (p = 0.06rad ) (2) a = 56 tw - d/5, (p 0.03rad ) (3) 式中a 加劲肋间距; d 梁高; tw 腹板厚度。 然而,对于弯曲型耗能梁

29、段,梁段的破坏常发生在梁翼缘或梁翼缘与柱相连处的深熔焊缝,有时也会发生在梁段的侧向屈曲。在梁段内设置加劲肋作用甚微,但在耗能梁段的两端附近设置加劲肋可以防止梁过早地发生侧向扭转。据此AISC给出了梁段支撑加劲肋的设置方法: (1) 侧向支撑与梁交接处的加劲肋应在腹板两侧成对布置; (2) 对于e 1.6MP/VP 的耗能梁段,必须在梁段内布置加劲肋,间距须满足公式(1) (3)公式的要求: (3) 对1.6MP / VP e 5MP/VP 的耗能梁段,在梁段内布置加劲肋的同时还需在梁段端点外1.5bf处设置一加劲肋; (4) 对于2.6MP / VP 5MP / VP 的耗能梁段,不需设置加劲

30、肋。 设计时应注意,加劲肋与梁腹板同高且在梁段内等距离布置。对于高度大于600mm 的梁,加劲肋在腹板两侧成对布置;当梁高小于600mm 时,可仅在一侧设置加劲肋。加劲肋必须采用角焊缝与梁相连,与梁腹板焊缝的强度须大于或等于加劲肋的竖向名义抗拉强度,与梁翼缘焊缝的强度须大于或等于加劲肋的竖向名义抗拉强度的25 %。2.2 耗能梁段的侧向支撑 耗能梁段的每一端必须设置侧向支撑以限制耗能梁段及其以外的梁段的侧向扭转,同时保证偏心支撑不偏离于框架平面。否则,一旦偏心支撑受压时,其端部将产生平面外弯矩,对梁产生一定的扭转作用,受扭的梁段耗能能力将降低。考虑到楼面并不能对梁上翼缘提供足够的侧向抗扭刚度,

31、侧向支撑应在梁上下翼缘同时布置,并且要保证侧向支撑能够承担相当于梁翼缘名义强度( bf tf f y ) 6 %的设计荷载。2.3 耗能梁段与柱的拼接 对于耗能梁段直接与柱相连的框架,AISC 提出了特殊的要求,认为只有剪切型梁段才能采用这种连接方式,节点拼接时,梁段翼缘必须采用深熔焊缝与柱相连且梁段腹板也必须与柱上的外伸节点板相焊接才能充分传递梁上的剪力、轴力和弯矩,而不能采用栓接腹板的连接方式(见图3) ,因为栓接节点在循环剪力作用下,螺栓将产生相对的滑移,使梁翼缘与柱连接焊缝处产生局部高应变,最终导致翼缘与柱连接焊缝开裂。而弯曲型梁段由于梁端弯矩很大,普通的抗弯框架节点难以承受相应的塑性

32、铰的转动,因此一般不宜采用耗能梁段与柱直接拼接。 图 支撑框架节点细部另外,耗能梁段尽量不要与柱的腹板拼接,这种连接形式并非十分可靠,并且不符合强柱弱梁要求。此种连接只适用于转角小于0.015rad 的耗能梁段。2.4 提高耗能梁段性能的其它方法 (1) 梁段材料应尽可能选用低强度钢材(不超过Q345) ,因为低强度钢材的延性要比高强材料好得多。 (2) 不得通过加焊贴板以提高其强度,试验表明,焊在梁段上的贴板并不能充分发挥其作用且有违背剪切屈服的原则。梁段腹板也不得开洞,否则,将使梁段受力性能更加复杂。(3) 偏心支撑的轴线与耗能梁段轴线的交点不能置于耗能梁段外,以防梁段端部弯矩增大。2.5

33、 耗能梁段外其他构件的能力设计 偏心支撑中耗能梁段按结构保险丝的作用设计，满足规范规定的设计地震力要求。但耗能梁段的剪力将在偏心支撑及节点外梁段中产生较大的轴力和剪力，所以其他所有构件（耗能梁段外的梁、支撑、柱和节点）都必须按耗能梁段中实际或者期望的力设计，不能按规范规定的地震荷载所产生的力设计。能力设计要求计算耗能梁段的强度时，在钢材屈服强度的基础上不仅要考虑应变硬化，还要考虑楼板的组合作用产生的超强。 耗能梁段外的梁应能承受1.25 倍梁段名义强度引起的轴力、剪力和弯矩。另外,为防止节点外梁承受大的轴力,偏心支撑与梁的角度应不小于35。梁段与支撑的节点按支撑的名义强度设计。在多层轻钢框架中

34、,为便于安装,可将节点设为铰接,但节点板上必须附加抗弯或双层焊接加强板(见图3) ,因为在日本一个6 层足尺偏心支撑框架中发现有类似节点的破坏。如采用刚性节点,一般是把支撑和梁直接焊接,但不能伸入到耗能梁段内。设计中应避免柱的非弹性性能,因为这种反应影响了重力结构体系的稳定性,对有支撑的框架跨中的柱,应保证有足够的强度承担重力作用及1.25倍耗能梁段名义剪力引起的弯矩和轴力。三 偏心支撑的布置原则 1. 从支撑的布置位置分析 在钢框架支撑体系中, 框架的布置原则和柱网的尺寸基本上与钢框架结构体系相同, 对于高层钢结构住宅, 支撑大多在楼面中心部位服务区域周围布置, 且竖向支撑的布置在房屋纵向、

35、横向等主轴方向均应基本对称, 支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3.以跨的钢框架支撑结构为例，来说明支撑的布置对结构抗侧刚度的影响：（框架支撑结构的用钢量及支撑的数量、规格均相同）。 图 支撑布置形式 各种支撑布置形式下的框架结构抗侧移刚度计算结果见表1 1) 支撑布置于第1 、3 、4 及第6 跨(图2a 、图2f) 。 2) 支撑布置于第2第5 跨,即为布置于框架的中间跨(图2d、图2e 、图2h 、图2k 、图2 l) 。 3) 支撑布置于第1 、2 、5 、6 跨,即为布置于框架的边跨(图2b、图2e 、图2g) 。4) 每跨均有支撑,侧重于中间跨(图2i 、图2j)刚度计算的结果列于表

36、2 。 表不同支撑布置位置对应的刚度计算结果 很明显,第4 种情况下的刚度最大,其次为第2种情况,第1 及第3 种情况的刚度相差不大,但要明显小于第2 种情况。设这4 种情况下的刚度分别为k1 、k2 、k3 及k4 , 则: k2 = 1.24 k1 , k3 = k1 , k4 =1.31 k1。 在支撑杆件总用钢量及规格均相同的情况下,支撑集中布置于中间跨的框架的抗侧移刚度要明显好于将支撑布置在边跨及其他跨上。（比如和的布置方式，假设将有支撑跨视为一个竖向悬臂杆，无支撑跨的抗侧刚度忽略不计，则显然结构只相当两个竖向悬臂杆的抗侧刚度的简单叠加，而结构却相当于一个倍截面高度的悬臂杆的抗侧移刚

37、度。）2. 从支撑的形式分析 设单根支撑的长度为l (即为每层每跨的对角线长度) ,则可按结构支撑的通长将框架划分为如下几类: 1) 全部由通长为l 的支撑组成(图2a 、图2c、图2d) 。 2) 由通长为l 和2 l 的支撑组成(图2f) 。 3) 全部由通长为2 l 的支撑组成(图2b、图2e 、图2g、图2h) 。 4) 由通长为l 、2 l 和3 l 的支撑组成(图2k 、图2l ) 。 5) 由通长为2 l 和4 l 的支撑组成(图2i) 。 6) 由通长为2 l 、4 l 和6 l 的支撑组成(图2j) 。刚度计算的结果列于表3 可以看出,随着支撑杆件通长的增加,结构的刚度也有一

38、定程度的增加,尤其以第5 、第6 种情况最为突出。将图2a 与图2i 、图2j 比较,可以得到ki 、kj分别比ka 高出31 %和34 % ,而用钢量两者相同。由分析得出下列结论 1）尽量使支撑在长度方向上连续,或者说应尽量增大支撑的通长,即使更多的竖向杆件被支撑杆件联系成整体，发挥空间整体作用，这样才可以有效地增加结构的刚度。如果改变支撑杆件的截面形式及规格,也会取得明显效果。 （2）结构的高度越大，层数越多，支撑的设置对结构抗侧移刚度的影响越大。 （3）支撑的布置宜上下连续，左右对称，且尽量保证每个节点受力的一致性。四 支撑与梁柱的连接 作为支撑构架主要是承受侧向水平力。支撑杆的截面通常

39、采用：双槽钢或双槽钢组合截面、H型截面和箱型截面；其端部与梁柱的连接，或与梁柱中间部位的连接，均应能充分的传递支撑杆件的内力，同时尚应留有一定的富余量；当按抗震设计或按塑性设计时，其连接节点的最大承载力，尚需满足规定要求。 支撑端部与梁柱的连接，原则上应按支撑杆件截面等强度的条件来确定；即使杆件内力很小，也应按支撑杆件承载力设计值的1/2来进行连接设计。在设计支撑端部与梁柱的连接时，应将支撑的内力（拉力或压力）分解为谁水平力和垂直力，把她们分别作用在梁的翼缘和柱的翼缘或腹板上，然后进行连接设计。 对H形截面的支撑或端部为H形截面，而中间区段为箱形截面的支撑，为使作用于支撑翼缘的内力能顺畅地传给

40、；梁和柱，应分别在梁柱与支撑翼缘连接处设置垂直加劲肋（或水平加劲隔板）。另外，加劲肋（隔板）的尺寸，厚度及其连接应分别按支撑翼缘内力的垂直分力和水平分力来确定，同时应满足构造上的要求，并与梁柱的截面尺寸和梁柱的补强板相协调。 采用双角钢或双槽钢组合截面的支撑，一般是通过节点板与梁柱连接。侧向刚度要求较高的结构或大型重要结构，则应采用既能抗拉又具有良好抗压性能的H形截面或箱型截面的支撑，而且支撑与柱的连接是借助相同截面的悬伸支撑杆来实现，支撑杆件本身则采用拼接连接。（一） 中心支撑的构造要求1. 中心支撑的构造要求1.1 抗震设防时不超过12层的钢结构宜采用中心支撑。中心支撑的轴线应交汇与梁柱构

41、件轴线的交点。确有困难时偏离中心不得超过支撑杆件宽度，并应计入由此产生的附加弯矩，1.2 中心支撑杆件的长细比及其板件的宽厚比不应大于下表的限值 表 中心支撑杆件的长细比及其板件的宽厚比1.3 抗震设防的结构中，超过12层时，支撑宜采用H钢制作，两端与其框架可采用刚接构造，梁柱与支撑连接处应设置加劲肋，8,9度采用焊接工字形截面时，其翼缘与腹板的连接宜采用全熔透连接焊缝，支撑与框架连接处宜做成圆弧。1.4 梁在其与V型支撑或人字形支撑相交处，宜设置侧向支撑。该支撑点与梁端支撑点间的侧向长细比，不应超过规定限值。1.5 按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，填板间的长细比

42、不应大于构件最大长细比的1/2，且不应大于40.1.6 在抗震设防的结构中，支撑节点的连接在多遇地震效应组合作用下应将人字形和V型中心支撑的斜杆内力乘以1.5的增大系数后进行弹性设计，并尚应按下式进行极限承载力验算。2 支撑斜杆在框架节点处的连接构造2.1 支撑斜杆在框架节点处的连接构造（一） 在H形截面梁柱连接点处，沿柱强轴方向设置支撑的连接形式 2.2 支撑斜杆在框架节点处的连接构造（二） 在H形截面梁柱连接点处，沿柱弱轴方向设置支撑的连接形式 2.3 支撑斜杆在框架节点处的连接构造（三） H形截面梁与箱型截面柱连接节点处设置支撑的连接形式 2.4 人字形支撑与框架横梁的连接节点 （1）和（2）是支撑杆件采用H型钢的悬伸支撑杆连接 （4） （5）（4） 支撑杆件采用双角钢组合截面的节点板连接（5） 支撑杆件采用双槽钢组合截面的端封板连接 （6） （7）（6） 支撑杆件采用H型钢且弱轴垂直于支撑面的端封板连接（7） 支撑杆件采用H型钢且弱轴垂直于支撑面的节点直接焊接2.5 十字形交叉支撑的中间连接节点2.5.1 支撑杆件强轴垂直于支撑面的连接 2.5.2 支撑杆件弱轴垂直于支撑面的连接2.5.3 交叉支撑在框架横梁交叉点处的连接节点 二 偏心支撑的构造要求1 支撑斜杆在框架节点处的连接构造1.1 抗震设防时，超过12层的钢结构房屋，8,9度