多层钢框架结构设计.ppt

《多层钢框架结构设计.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多层钢框架结构设计.ppt（176页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、郭小农2013年同济大学建筑工程系,第04章,多层钢框架结构设计,提纲,1.多层钢框架的结构体系2.多层钢框架的结构布置3.多层钢框架的荷载和荷载组合4.多层钢框架的结构分析5.多层钢框架的楼盖设计6.多层钢框架的钢柱设计7.多层钢框架的支撑设计8.多层钢框架的节点设计9.多层钢框架的抗震设计,第1节多层钢框架的结构体系,1.1 结构组成,楼板梁柱支撑,1.2 破坏模式,竖向荷载作用下（重力）,水平荷载作用下（风、地震）,1.2 破坏模式,1.3 结构体系分类,根据抗侧力体系的不同：纯框架体系框架支撑体系框架剪力墙体系框筒体系,1.4 纯框架体系,通过梁柱刚接来抗侧,在水平力作用下，刚接框架的

2、侧移由两部分构成：1）结构倾覆力矩造成柱拉压变形而导致的结构整体弯曲引起的侧移。小于总侧移的1020。2）结构剪力造成的梁柱受弯引起的侧移；,框架结构的抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的抗弯刚度其侧向变形为剪切型,1.4 纯框架体系,铰接、刚接、半刚接,1.4 纯框架体系,EC3对梁柱连接方法的分类,1.4 纯框架体系,1.5 框架支撑体系,非地震区、6度区和7度区：中心支撑,主要通过支撑来抗侧,8度区和9度区：偏心支撑,主要通过支撑来抗侧,1.5 框架支撑体系,【思考01】比较下面3种支撑的优缺点如：抗侧刚度、静力性能、抗震性能,1.5 框架支撑体系,【拓展】耗能支撑，既能耗能，又无偏心

3、；,1.5 框架支撑体系,变形特征：整体为弯曲变形少量剪切变形,1.5 框架支撑体系,【思考02】比较以下3种结构的变形特征。,1.5 框架支撑体系,剪切型和弯曲型变形都是指整体变形,1.5 框架支撑体系,1.6 框架剪力墙体系,混合结构钢结构框架与钢筋混凝土结构剪力墙并联钢框架主要抵抗竖向荷载强度高，延性好、跨度大，施工方便剪力墙主要抵抗水平作用刚度大，成本低，防火性能好,（a）弯曲变形(b)剪切变形(c)组合变形,1.7 框筒结构,密柱深梁形成框筒抗侧,变形特征：（1）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形（2）梁以剪切变形为主（3）存在剪力滞后效应（4）柱距越大，剪力滞后效应越大,【思考0

4、3】有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高的结构高度？,1.7 框筒结构,第2节多层钢框架的结构布置,2.1 建筑平面布置,宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），以减小风荷载减小风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近,【实例01】减小风荷载的平面形状,2.1 建筑平面布置,尽量避免平面不规则,2.1 建筑平面布置,【思考04】图示多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两种支撑布置，哪个更合理？,2.1 建筑平面布置,【思考05】图示建筑平面为凹凸不规则，有没有什么办法从结构上避免凹凸不规则？,2.1 建筑平面布置,2.2 建筑竖向布置,为减小地

5、震作用的不利影响建筑竖向形体宜规则均匀避免过大的外挑、内凹各层竖向抗侧力构件宜上下贯通层高不宜有较大的突变,尽量避免竖向不规则,2.2 建筑竖向布置,（1）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；（2）控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移,位移比不大于1.5；（3）放大薄弱层的地震剪力（1.15倍）并调整该层抗侧力结构受剪承载力；（4）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大2550%。（5）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。,2.3 处理办法,建筑平面和竖向不规则的处理办法,2.4 框架柱布置,柱网尽量规则；柱强

6、轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱弱轴方向：柱较强时，梁柱刚接；柱较弱时铰接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成柱间支撑铰接框架建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向地震区：双向均采用刚接框架支撑体系,【思考06】图示多层纯框架结构，两个方向梁柱均刚接，柱采用H型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致柱截面过大，有什么改进办法？,2.4 框架柱布置,2.5 抗侧力构件布置,结构竖向抗侧刚度、承载力宜上下相同，或自下而上递减，避免突减，防止下柔上刚地震区的多层房屋钢结构，框架柱宜上下连续贯通并落地；不能贯通或落地时，应合理设置转换构件，保证传力简洁、安全可靠支撑宜上下连续贯通并落地有地下室时

7、，钢结构应延伸至地下室结构两个方向的动力特性宜接近,【思考07】图示多层框架结构，中柱由于建筑要求无法落地，比较右图所示3种处理办法的优缺点。,2.5 抗侧力构件布置,【思考08】图示多层框架支撑结构，中跨底层支撑由于开门的原因无法落地，请问图示两种处理办法，哪种更好？,2.5 抗侧力构件布置,2.6 楼层平面内支撑布置,楼层平面内应有足够的刚度（计算时通常假定楼层平面内刚度无穷大），保证结构整体协同工作，有效传递水平力混凝土楼板、组合楼板：与钢梁有可靠连接时，刚度大，可不设置水平支撑；否则，应设置水平支撑楼面开大洞时，应在开洞周边的柱网区格内设置水平支撑,【思考09】图示某框架结构，次梁的4

8、个支点上放置了一台水平振动设备，根据工艺要求，设备下方需开洞。楼板采用钢格栅板，设置支撑前后哪种受力更合理？,2.6 楼层平面内支撑布置,第3节荷载和荷载组合（请自学）,3.1 荷载,1.竖向荷载：按建筑结构荷载规范,恒载、楼面活荷载、屋顶活荷载、积灰荷载、雪荷载的计算（取值），一般应考虑活荷载的不利分布工业建筑：吊车荷载,2.风荷载：按建筑结构荷载规范,3.地震作用：按建筑结构抗震设计规范,3.2 组合,A）承载力极限状态组合,1）非抗震设计,1.2*恒+1.4*活+1.4*0.6*风1.2*恒+1.4*0.7*活+1.4*风1.35*恒+1.4*0.7*活+1.4*0.6*风,2）抗震设计

9、：小震,1.2*重力荷载代表值+1.3*水平地震,3）抗震设计：大震,B）正常使用极限状态组合,1）非抗震设计,1.0*恒+1.0*活+1.0*0.6*风1.0*恒+1.0*0.7*活+1.0*风,2）抗震设计：小震,3.2 组合,第4节结构分析,4.1 分析方法,传统分析方法：手算,手算方法判断计算结果正确性；结构初步设计时选定方案比较便捷；概念清晰，利于选定合理的结构体系；,有限元分析方法：电算,程序计算，结果精细，施工图设计时采用,4.2 传统分析方法,竖向荷载作用下,基本假定：a)忽略框架水平位移；b)忽略各层荷载对其他层梁及非相邻层柱内力的影响。具体方法：弯矩及剪力计算 分层法轴力计

10、算分担面积,【思考10】图示某四层框架结构，柱距为9m*9m；每层的荷载标准值为：恒载4.0kN/m2，活载2.0kN/m2，试估算：1）底层中柱的轴力设计值；2）横向主梁的弯矩设计值；3）纵向主梁的弯矩设计值。,4.2 传统分析方法,【解10】1）均布荷载设计值：1.2*4.0+1.4*2.0=7.6 kN/m2 柱轴力设计值：7.6*9*9*4=2462.4 kN2）横向主梁荷载设计值：9*(1.2*4.0+1.4*2.0)=68.4 kN/m 横向主梁弯矩：68.4*9*9/10=554.0 kN*m3）纵向主梁荷载设计值：2.25*(1.2*4.0+1.4*2.0)=17.1 kN/m

11、 纵向主梁弯矩：17.1*9*9/10=138.5 kN*m,4.2 传统分析方法,水平荷载作用下,基本假定：a）框架横梁刚度无穷大，水平荷载作用下节点只发生侧移；b）同一层各柱共同承担该层以上的全部水平荷载，各柱的剪力与柱的抗侧刚度成正比；c）上层柱反弯点位于柱中点、底层柱反弯点位于柱子的2/3高度处；具体方法：弯矩及剪力计算反弯点法轴力计算框架边柱受倾覆力矩引起的轴力,4.2 传统分析方法,【思考11】图示某四层框架结构，柱距为9m*9m；抗震设防烈度为7度(地震加速度0.10g)；每层的荷载标准值为：恒载4.0kN/m2，活载2.0kN/m2。根据电算结果，结构基本周期约为1.3s，水平

12、地震总剪力标准值6000kN，试评估电算结果的正确性。,【解11】重力荷载代表值：4.0+0.5*2.0=5.0 kN/m2结构总重量：5.0*36*54*4=38880 kN剪重比：6000/38800=15.5%,4.2 传统分析方法,4.3 有限元分析方法,步骤：划分单元；建立单元刚度方程；建立结构的总体刚度方程；计算结构变形；确定单元内力；,（1）楼面无限刚性假定问题 楼面无限刚组合板、小开孔；减少整体计算自由度 弹性板楼板整体性较差、或楼板开孔面积大、或楼板平面局部刚度突变、或结构同一方向两个主要的抗侧力体系间距较大、或楼板有较大的外伸段；,电算时的注意点：,4.3 有限元分析方法,

13、【思考12】图示多层带支撑框架结构，支撑设置在框架两边；请问哪种情况更符合刚性楼面假定？刚性楼面假定对支撑内力有何影响？,4.3 有限元分析方法,（2）框架节点域的近似处理箱形柱:可将节点域视作刚域，刚域尺寸取节点域尺寸的一半 H形柱或框架支撑结构:可忽略节点域，框架梁、柱单元长度按结构轴线尺寸（3）剪切变形及轴力对梁单元刚度影响的近似处理梁单元长细比小于30时，剪切变形不能忽略；梁单元长细比大于50时，剪切变形可以忽略。梁单元轴力大于欧拉临界力的10%时不能忽略轴力；梁单元轴力小于欧拉临界力的5%时可忽略轴力；,电算时的注意点：,4.3 有限元分析方法,4.4 设计步骤,钢框架的设计步骤,1

14、）准备设计资料 2）确定结构平、立面布置 3）确定支撑体系的布置 4）荷载计算 5）确定截面尺寸 6）确定梁、柱计算长度 7）结构相应计算分析及结构整体变形验算 8）构件内力组合及验算 9）构件变形（各工况）及验算 10）连接设计,第5节楼盖设计,5.1 楼盖的构成,楼盖的构成,主梁、次梁、楼板,现浇钢筋混凝土组合楼盖；预制钢筋混凝土组合楼盖；压型钢板-钢筋混凝土板组合楼盖；,类型：,(1)现浇钢筋混凝土组合楼盖,刚度大，施工麻烦，需设置脚手架，安装模板,5.1 楼盖的构成,(2)预制钢筋混凝土组合楼盖,整体性差，抗震区不能使用；,5.1 楼盖的构成,(3)压型钢板-钢筋混凝土板组合楼盖；,应

15、用较多，施工方便，受力合理,5.1 楼盖的构成,5.2 组合楼板设计,荷载全部由压型钢板承担压型钢板仅起模板作用形成组合楼板，共同受力,两阶段受力,如何保证组合板中压型钢板和混凝土板的共同作用：,5.2 组合楼板设计,【思考13】教材第109页，图4-17为压型钢板混凝土组合楼板截面构造，仔细观察此图，指出其中的错误之处。,5.2 组合楼板设计,第1阶段：施工阶段验算,荷载：永久荷载，可变荷载（施工荷载、附加荷载）,挠度大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7,抗弯强度验算；挠度验算；不满足要求时，可设置临时支护。,验算:采用弹性方法,5.2 组合楼板设计,第2

16、阶段：使用阶段验算,荷载：永久荷载，可变荷载,正截面抗弯承载力验算：塑性中和轴的位置,5.2 组合楼板设计,第2阶段：使用阶段验算,斜截面抗剪承载力验算：剪力完全由混凝土板承担；,抗冲切验算：冲切荷载完全由混凝土板承担；,5.2 组合楼板设计,第2阶段：使用阶段验算,挠度验算：均按简支板，采用等效刚度B；,按短期效应组合时：,按长期效应组合时：,5.2 组合楼板设计,第3阶段：构造验算,压型钢板净厚度不小于0.75mm组合板总厚度不小于90mm；混凝土板厚度不小于50mm；压型钢板在钢梁上的支承长度不得小于75mm；端部设置焊接栓钉锚固件,5.2 组合楼板设计,5.3 组合梁设计,施工阶段，钢

17、梁承担混凝土重量混凝土凝固后，形成组合梁，共同受力,两阶段受力：,特点：,节约钢材降低钢梁高度，提高建筑净高加大刚度，具有良好的抗震性能,【思考14】图示组合梁，钢梁按哪种方式放置更合理？,5.3 组合梁设计,【思考15】某框架结构中的简支组合梁，跨度较大，楼板为压型钢板混凝土组合板。由于按照组合梁设计，次梁截面较小。施工时未按照设计要求设置临时支撑，试分析对钢梁受力的影响？有何加固措施？,5.3 组合梁设计,（1）确定有效宽度,边梁,中梁,可不考虑托板截面,5.3 组合梁设计,（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算,完全抗剪组合梁：连接件能够传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力,正弯矩区段的抗弯强

18、度：塑性中和轴位置,5.3 组合梁设计,（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算,负弯矩区段的抗弯强度：板顶钢筋受拉,5.3 组合梁设计,（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算,抗剪强度验算：仅由钢梁腹板承担；,整体稳定验算：无需验算,局部稳定验算：按塑性设计规定验算（为什么？）,受压翼缘,腹板,5.3 组合梁设计,（3）部分抗剪连接组合梁的强度计算,部分抗剪组合梁：连接件不能传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力。翼板内的力取决于抗剪件所能传递的纵向剪力,正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位于钢梁,负弯矩区段的抗弯强度：略,抗剪强度和局部稳定：同前,5.3 组合梁设计,（4）抗剪键计算,栓钉连接件,槽钢连接

19、件,弯筋连接件,5.3 组合梁设计,（4）抗剪键计算,抗剪连接件承载力的折减,负弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：中间支座两侧0.9，边支座0.8,正弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：,5.3 组合梁设计,（4）抗剪键计算,抗剪连接件数量计算,正弯矩区负弯矩区,在任一剪跨区内，抗剪连接件的数量不得少于按完全抗剪连接设计时该剪跨区内所需抗剪连接件总数的50，否则，按单根纯钢梁计算，,5.3 组合梁设计,（5）挠度验算,考虑滑移效应的折减刚度B,（6）施工阶段验算,梁板自重、施工荷载钢梁验算强度、稳定和变形,详见钢结构基本原理,5.3 组合梁设计,（7）构造要求,组合梁截面高度一般不宜超过钢梁截面高度

20、的2.5倍。当采用压型钢板作为混凝土板的底层时，压型钢板的肋顶面至钢筋混凝土的顶面的距离应不小于50mm；混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的1.5倍；板托顶面宽度不宜小于钢梁上翼缘宽度与1.5之和。板托外形轮廓应在自连接件根部起与梁顶45度线的范围之外；组合梁边梁混凝土翼板应伸出钢梁上翼缘的外边缘一定长度，当有板托时，伸出长度不宜小于板托高度；无板托时，应保证伸出钢梁中心线的长度不小于150mm，同时伸出钢梁翼缘外边不小于50mm；。,5.3 组合梁设计,第6节钢柱设计,6.1 框架柱的类型,常用的框架柱类型：纯钢柱，圆钢管混凝土柱，矩形钢管混凝土柱，型钢混凝土柱（又称劲性混凝土柱）性能比较：用

21、钢量，施工方便性，连接构造，抗震性能，抗火性能,6.2 平面外计算长度,框架柱的平面外计算长度,取阻止框架柱平面外位移的支撑点间距为其计算长度,6.3 平面内计算长度,框架柱的平面内计算长度,附表E-5：柱的计算长度系数,使用方法：查表约束条件梁柱线刚度比；有侧移柱、无侧移柱；,【思考16】某无侧移框架柱，下端为柱脚刚接，上端和梁铰接，请查表求该柱的计算长度系数。若为有侧移柱呢？,【思考17】直观判断下列各种情况下的框架柱是有侧移还是无侧移？,6.3 平面内计算长度,附表E-5的基本假定,（a）材料是线弹性的；（b）横梁和柱的连接节点都是刚接的；（c）框架只承受作用在节点上的竖向荷载；（d）框

22、架中各柱是同时丧失稳定的；（e）当柱子开始失稳时，在框架平面内相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给交与该节点的上、下两根柱子；（f）在无侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等方向相反；在有侧移失稳时，横梁两端的转角不但大小相等方向也相同。,6.3 平面内计算长度,【思考18】图示框架结构，各柱柱顶均作用压力N，按有侧移框架柱查表求得的计算长度系数对各柱是否偏安全？,6.3 平面内计算长度,附表E-5的修正,对无侧移框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应乘以修正系数1.5；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系数2；对有侧移框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应

23、乘以修正系数0.5；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系数2/3；,6.3 平面内计算长度,附表E-5的修正,1.5Ib,2Ib,6.3 平面内计算长度,附表E-5的修正,0.5Ib,2/3Ib,6.3 平面内计算长度,无支撑纯框架,强支撑框架：无侧移框架柱的计算长度系数,弱支撑框架,一阶分析时：有侧移框架柱的计算长度系数二阶分析时：=1.0,6.3 平面内计算长度,6.4 框架柱的验算,强度验算平面内整体稳定验算平面外整体稳定验算局部稳定验算刚度验算长细比验算,详见钢结构基本原理,第7节支撑设计(中心支撑),7.1 截面形式,双轴对称截面：H型钢、双槽钢、钢管,单轴对称截面：双角钢组

24、合T型截面不宜用于设防烈度大于7度的地区；,弯扭失稳和单肢屈曲使滞回性能下降,7.2 长细比,抗震规范GB50011-2001规定,长细比越大，滞回性能越差,抗震规范GB50011-2010规定,按压杆设计时，长细比不得大于；按拉杆设计时，不得大于180。,注：表中数值应乘以,7.3 板件宽厚比,抗震规范GB50011-2001规定,板件宽厚比越大，越容易局部失稳，滞回性能越差,抗震规范GB50011-2010规定,注：表中数值应乘以,7.3 板件宽厚比,7.4 构造要求,V形支撑、人字支撑的横梁在支撑连接处应连续；钢梁和V形支撑、人字支撑交点处应设置平面外支撑；地震区不得采用K形支撑；,抗震

25、规范GB50011-2001规定：,V形支撑、人字支撑的内力应放大50%。,【思考19】图示框架结构，采用了人字支撑，钢梁和支撑交点处采用了铰接节点，试分析地震作用下钢梁的受力性能？,7.4 构造要求,【思考20】图示框架结构，采用了人字支撑，钢梁和支撑交点处连续。但由于支撑存在，在静力分析时，钢梁跨度减小了一半，因此钢梁的截面比相邻跨减小了很多，这样设计是否合理？应该如何设计？,抗震规范GB50011-2010的第8.2.6条,7.4 构造要求,7.5 计算长度,支撑翼缘朝向框架平面外,支撑腹板位于框架平面内,7.6 承载力验算,按轴心受力构件计算,强度降低系数考虑到支撑斜杆在多遇地震下反复

26、受拉压作用时可能屈曲，导致承载力退化,第8节节点设计,8.0 节点设计,1）梁梁连接节点2）柱的拼接节点3）梁柱连接节点4）支撑连接节点5）柱脚节点,8.1 梁梁节点,主梁拼接,内力较小处，施工方便；一般距梁端1m左右。,详见第2章,8.1 梁梁节点,主次梁铰接,多采用侧面连接。,详见第2章,8.1 梁梁节点,主次梁刚接,多采用侧面连接。,详见第2章,8.2 柱拼接节点,等截面柱拼接,内力较小处，方便施工,8.2 柱拼接节点,等截面柱拼接,8.2 柱拼接节点,变截面柱拼接,变截面坡度1:41:6边柱拼接时有偏心；加劲肋距离焊缝150mm；翼缘折角处焊接，存在应力集中；,8.2 柱拼接节点,变截

27、面柱拼接,翼缘可采用热弯，改善加劲肋位置；也可采用端板焊接；,【思考21】试分析端板受力情况？,8.3 梁柱节点,铰接和半刚接,详见第2章,8.3 梁柱节点,梁柱刚接A：直接连接,钢梁直接连接于柱；柱贯通；柱翼缘和腹板在节点上下500mm以内采用全熔透等强焊；柱翼缘厚度大于16mm时，应采用Z向钢；,8.3 梁柱节点,梁柱刚接B：带悬臂段,带悬臂段；悬臂段在工厂焊接；梁与悬臂段拼接；运输不便；受力性能更好；,8.3 梁柱节点,梁柱刚接C：加强型,翼缘加板,翼缘端部扩大,翼缘端部加腋,8.3 梁柱节点,梁柱刚接D：狗骨头型,对梁端截面进行一定的削弱；,【思考22】削弱梁端截面的目的？,8.3 梁

28、柱节点,【思考23】从节点刚度、静力性能、抗震性能、施工难易、运输方便等几个方面，比较图示几种梁柱连接的优缺点。,A,B,C,D,8.3 梁柱节点,梁柱刚接E：不等高梁,设置加劲肋；变坡；,8.3 梁柱节点,梁柱刚接F：钢管柱,外加劲环；内加劲环；,【思考24】图示节点钢梁下翼缘为何没有设置外加劲环？,8.3 梁柱节点,【思考25】图示梁柱节点中，钢管柱管壁开裂，节点构造有什么问题？,8.3 梁柱节点,梁柱刚接G：钢梁和混凝土柱,【思考25】图示某平台钢结构，恒载6.0kN/m2，活载3.0kN/m2，主梁和混凝土结构刚接，设计时，主梁的强度应力比用到了0.85，试判断该设计的安全性。主梁能否

29、和混凝土柱刚接？,8.3 梁柱节点,梁柱刚接G：钢梁和混凝土柱,【思考25续】焊接完成后，混凝土柱出现了裂缝，试分析其原因。有什么加固措施？,8.3 梁柱节点,梁柱刚接G：钢梁和混凝土柱,【思考25难再续】有什么办法可以做到钢梁和混凝土柱刚接？,8.4 支撑节点,支撑节点A：节点板连接,多用于轻型支撑；角钢截面；采用节点板连接；,8.4 支撑节点,支撑节点B：端部悬臂段,多用于重型支撑；焊接端部悬臂段；梁柱上均应设置支撑；,【思考26】教材第119页图4-26（b）中的连接节点有什么错误？,8.4 支撑节点,【思考27】从节点刚度、静力性能、抗震性能、施工难易等几个方面，比较图示两种支撑连接的

30、优缺点。,A,B,8.4 支撑节点,支撑节点C：支撑和梁连接,8.5 柱脚节点,铰接柱脚,详见第2章,8.5 柱脚节点,刚接柱脚A：外露式,由底板、加劲板、锚栓、锚栓支托、套管、锚板等组成；如何施加预应力；底板式、带靴梁；,8.5 柱脚节点,刚接柱脚B：埋入式,埋入深度达2（H形）3倍（箱形）柱宽；锚栓用于定位；柱身焊接栓钉；顶部设加强箍筋；竖向配筋加强；,8.5 柱脚节点,刚接柱脚C：外包式,外包高度达2（H形）3倍（箱形）柱宽；外包柱的承载力不得低于钢柱的承载力；柱身焊接栓钉；顶部设加强箍筋；竖向配筋锚固长度；,8.5 柱脚节点,外露式刚接柱脚的计算（有预拉力）,锚栓数量n锚栓预拉力P柱底

31、弯矩M，压力N，剪力V底板宽度B，底板长度L,已知条件,8.5 柱脚节点,1）底板应力计算,2）锚栓预拉力验算,3）混凝土抗压验算,【思考28】底板和混凝土之间的最大压应力是多少？是 还是？,8.5 柱脚节点,4）抗剪验算,5）疲劳荷载作用下的验算：锚栓必须始终受拉,6）底板厚度验算：选取最不利区格板,或,弯矩计算详见教材第2章P48页,8.5 柱脚节点,【思考29】图示一常见的柱脚底板，弯矩作用方向使右侧底板压应力较大。在验算底板厚度时，哪些区格可能起到控制作用？若根据区格B或者区格D验算得到底板厚度过大，有何办法减小底板厚度？,8.5 柱脚节点,7）靴梁顶板验算弯矩的计算方法,或,8.5

32、柱脚节点,【思考30】实际工程中的节点构造千变万化，应根据不同的构造选取合理的计算方法。试确定图示节点中，靴梁盖板的计算简图。,8.5 柱脚节点,8）加劲肋验算,承受锚栓压力P确定合理的计算简图；并应计算竖向焊缝；,【思考31】实际工程中的节点构造千变万化，应根据不同的构造选取合理的计算方法。试确定图示节点中，加劲肋的计算简图。,8.5 柱脚节点,9）锚板验算,【思考32】实际工程中的节点构造千变万化，应根据不同的构造选取合理的计算方法。试确定图示节点中，锚板的计算简图。,8.5 柱脚节点,10）构造验算,预拉力锚栓可用高强钢（10.9级）；锚栓直接埋入混凝土中，宜采用Q345B；锚栓应布置在

33、柱截面以外；锚栓孔直径=锚栓直径+510mm；垫片螺孔直径=锚栓直径+2mm；锚栓埋设的水平向最大允许误差为 25mm；,第9节抗震设计,9.0 抗震设计,1）抗震设防要求2）抗震计算要求3）抗震概念设计4）抗震构造要求,9.1 抗震设防要求,1）地震烈度,按地震基本烈度区划对某地的规定采用,9.1 抗震设防要求,2）抗震设防烈度和设防标准,抗震设防烈度：中震，超越概率10%抗震设防标准：一般建筑物：采用抗震设防烈度特别重要建筑物：提高设防标准特别次要建筑物：降低设防标准,9.1 抗震设防要求,3）三个水准的抗震设防要求,小震不坏：当遭受多遇地震影响时，建筑物一般不受损坏或不需修理，可继续正常

34、使用；中震可修：当遭受设防地震影响时，建筑物可能损坏，但经过一般修理可恢复正常使用；大震不倒：当遭受罕遇地震影响时，建筑物不至倒塌或发生危及生命的严重破坏；,9.1 抗震设防要求,4）两阶段设计方法,第一阶段设计：小震弹性验算，按多遇地震烈度所对应的地震作用效应和其他荷载效应组合，验算结构的承载力和弹性变形。第二阶段设计：大震弹塑性验算，按罕遇地震作用效应验算结构的弹塑性变形；抗震构造措施：保证中震可修；,9.2 抗震计算要求,1）计算方法,底部剪力法振型分解反应谱法时程分析法,高度40m、剪切变形为主、质量和刚度分布均匀的建筑：可采用底部剪力法等简化方法；一般建筑：宜采用振型分解反应谱法特别

35、不规则建筑和甲类建筑：应采用时程分析法进行补充计算,三种计算方法,采用原则,9.2 抗震计算要求,2）计算模型,刚性楼板假定；混凝土板和钢梁的共同作用；平面模型和空间模型；梁柱的轴向变形；柱间支撑的简化；梁柱节点的剪切变形；,自学抗震规范,9.2 抗震计算要求,3）扭转藕联效应,通常，可仅在结构主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算，各方向的水平地震作用主要由该方向的抗侧力构件承担；,9.2 抗震计算要求,3）扭转藕联效应,有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别考虑各抗侧力构件方向的水平地震作用；,9.2 抗震计算要求,3）扭转藕联效应,质量和刚度明显不对称的结构，应采用计算

36、的方法考虑双向水平地震作用下的扭转影响；质量和刚度基本对称的结构，可仅计算主方向的水平地震作用。并采用调整地震作用效应的方法考虑偶然偏心扭转的影响。边榀框架地震作用需乘以增大系数。短边可取1.15，长边可取1.05；扭转刚度较小时，周边构件按1.3采用；角部构件宜同时乘以两个方向的放大系数；,9.3 抗震概念要求,1）采用延性好的方案,禁止采用,9.3 抗震概念要求,1）采用延性好的方案,可以采用,9.3 抗震概念要求,2）多道结构防线,框架支撑结构第1道防线：钢支撑第2道防线：钢框架,钢框架地震剪力调整：,9.3 抗震概念要求,3）强节点弱构件,基本原则：抗侧力构件连接的承载力设计值，不得小

37、于抗侧力构件的承载力设计值；高强度螺栓连接不得出现滑移；抗侧力构件连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力；,9.3 抗震概念要求,3）强节点弱构件,支撑节点,连接系数,9.3 抗震概念要求,3）强节点弱构件,梁柱刚接节点,抗震规范2010,9.3 抗震概念要求,3）强节点弱构件,抗震规范2010,9.3 抗震概念要求,4）强柱弱梁,抗震规范2010,下列情况之一，可以不验算强柱弱梁的情况：柱所在楼层的受剪承载力比相邻上一层高出25%；柱轴压比不超过0.4；，为2倍地震作用下的柱轴力设计值；和支撑节点相连的节点处；,纯框架抗侧,9.3 抗震概念要求,4）强柱弱梁,等截面梁：,强柱系数,4.9

38、.3 抗震概念要求,4）强柱弱梁,变截面梁：,9.3 抗震概念要求,【思考33】某多层钢框架平面如图所示，柱采用H型截面，横向框架（柱强轴方向）采用纯框架体系，纵向框架（柱弱轴方向）采用了 框架支撑体系。（1）纵向框架是否需要进行强柱弱梁验算？（2）若横向框架也设置了支撑，是否需要进行强柱弱梁验算？二者有何区别？（3）纵向框架如何做到多道防线？,9.3 抗震概念要求,4）强柱弱梁,节点域抗剪承载力验算,9.3 抗震概念要求,4）强柱弱梁,节点域局部稳定验算,节点域厚度适当，保证节点域的耗能能力，防止局部失稳；,【思考34】某梁柱节点，节点域厚度不满足局部稳定验算要求，有何加强措施？,9.4 抗

39、震构造要求,1）滞回性能,轴心受力构件的滞回曲线,中等长细比,大长细比,长细比越大，耗能能力越差,9.4 抗震构造要求,1）滞回性能,梁柱节点的滞回曲线,板件宽厚比越大，耗能能力越差,9.4 抗震构造要求,【思考35】对于轴心受压构件，其长细比越大，滞回性能越差；对于梁柱节点，其板件宽厚比越大，滞回性能越差。请从耗能的角度解释其原因。,往复地震作用下，能够进入塑性的区域越多，耗能能力就越好。,9.4 抗震构造要求,2）抗震等级,抗震规范2010规定了钢结构房屋的抗震等级,9.4 抗震构造要求,3）框架柱的长细比,表中数值应乘以,4.9.4 抗震构造要求,4）框架梁柱的板件宽厚比,【思考36】上

40、表中，对于四级框架，H型截面柱的翼缘宽厚比限值为13；H型截面梁的翼缘宽厚比限值为11。规范对柱的限值更加宽松，为什么？同样，对于四级框架，H型截面柱的腹板宽厚比限值为52；H型截面梁的腹板宽厚比限值为75。规范对梁的限值更加宽松，为什么？,9.4 抗震构造要求,【思考37】某二层钢框架，高度9m，地震设防烈度为8度。钢梁跨度9m，截面采用H8003001216，材质为Q345B，验算其板件宽厚比是否满足抗震规范的要求？,9.4 抗震构造要求,【思考38】上题钢框架，钢梁截面的板件宽厚比不满足抗震规范的要求，故设计对其进行如下改进：在A区域仍然采用截面H8003001216；在B区域采用H80

41、03002025。此改进方案是否满足规范要求了？,9.4 抗震构造要求,【思考39】图示某混凝土结构中庭，由于跨度较大，局部采用了钢结构平台。钢梁截面有H800 x300 x10 x20以及H700 x300 x8x14，试判断是否满足抗震规范要求。,9.4 抗震构造要求,审图意见：钢平台钢梁截面的翼缘和腹板不满足抗震规范第8.3.2条的规定，应根据规范进行调整。,9.4 抗震构造要求,5）梁柱连接构造,梁与柱的连接宜采用柱贯通型柱的截面形式选取梁翼缘与柱翼缘宜采用全融透坡口焊缝。柱在梁翼缘对应的位置应设置横向加劲肋，且加劲肋厚度不小于梁翼缘厚度。当翼缘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小于两列；,9.4 抗震构造要求,6）中心支撑构造,受拉支撑的布置要求当中心支撑采用只能受拉的斜杆时，应同时设置不同倾斜方向的斜杆，且两组斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。支撑杆件的要求支撑杆件不宜采用焊接截面，若采用焊接H型钢截面作为支撑构件时，在8、9度区，其翼缘与腹板的连接宜采用全熔透连接焊缝。对支撑板件的宽厚比限值更严。,作业第4-11题第4-15题第4-16题,