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1、1,民用建筑钢结构设计,9.1结构选型与布置9.2 结构计算要点9.3 内力调整9.4 钢框架构件验算9.5 中心支撑斜杆验算9.6 偏心支撑框架构件验算9.7 连接设计,2,9.1 结构选型与布置(跳过本节),一、高层钢结构的体系 高层钢结构的结构体系主要有四类：框架体系、框架支撑(剪力墙板)体系、筒体体系(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒等)和巨型框架体系。（一）框架体系 框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构体系。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件节点的强度与延性。根据受力变形特征，钢框架梁、柱连接可分为三类。刚性连接 梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩(图9-1a)。铰支连接 梁
2、杆间有相对转动，连接不能承受弯矩(图9-1b)。半刚性连接 梁柱问有相对转动，连接能承受弯矩(图9-1c)。,3,在工程应用中，较难预先准确地确定梁柱连接弯矩 转角间的定量关系。一般将梁柱连接中在梁翼缘部位有可靠连接且刚度较大的连接形式当作刚接。否则当作铰接。目前还很少采用半刚性连接框架或按半刚性连接框架进行设计。,（二）框架支撑体系 框架支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系（图9-2）。,4,支撑类型：中心支撑，偏心支撑，约束屈曲支撑。支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、柱距以及建筑使用要求(如人行通道、门洞和空调管道设置等)有关。支撑
3、体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，一般布置在端框架中、电梯井周围等处。在框架支撑体系中，框架是剪切型结构，底部层间位移大，支撑架为弯曲型结构，底部层间位移小，两者并联，可以明显减小建筑物下部的层间位移(图9-3)。,5,1、中心支撑中心支撑指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。根据斜杆的不同布置形式，可形成X形支撑、单斜支撑、人字形支撑、K形支撑及V形支撑等类型(图9-4)。中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的。,6,地震作用时中心支撑的破坏特点：支撑斜杆重
4、复压曲后，其抗压承载力急剧降低；支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的内力和应力；斜杆从受压的压曲状态变为受拉的拉伸状态，将对结构产生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的附加应力；同一层支撑框架内的斜杆轮流压曲又不能恢复(拉直)，楼层的受剪承载力迅速降低。,对于地震区建筑，不得采用K形中心支撑（K形支撑的斜杆因受压屈曲或受拉屈服时，将使柱子发生屈曲甚至严重破坏）。在房屋中，当采用单斜支撑且按受拉设计时，应同时设置不同倾斜方向的两组单斜杆。且每层中不同方向单斜杆的面积在水平方向的投影面积之差不得大于10。,7,2、偏心支撑偏心
5、支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交(不在柱节点处)，另一端可在梁与柱交点处连接；或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段；或在两柱支撑斜杆之间构成一耗能梁段的支撑。采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(耗能梁段)的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，耗能梁 段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段利用非弹性变形进行耗能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适用于高烈度地区的一种新型支撑体系。偏心支撑的类型：门梁式1；门梁式2；单斜杆式；人字形式；V字形式（图9-5）。,8,（三）框架剪力墙体系(图9-6）框架剪力墙板体
6、系是以钢框架为主体，并配置一定数量的剪力墙板(混凝土或钢板剪力墙)的结构。剪力墙板可以根据需要布置在任何位置上，布置灵活。剪力墙板可以分开布置，两片以上剪力墙并联体较宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结构的抗侧移刚度和抗倾覆能力。1、钢板剪力墙墙板钢板剪力墙墙板一般需采用厚钢板，其上下两边缘和左右两边缘可分别与框架梁和框架柱连接，一般采用高强螺栓连接。钢板剪力墙墙板承担沿框架梁、柱周边的剪力，不承担框架梁上的竖向荷载。,9,2、内藏钢板支撑剪力墙墙板 内藏钢板支撑剪力墙是以钢板为基本支撑，外包钢筋混凝土墙板的预制构件（图9-7）。内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心支撑，但在地震高烈度
7、地区，宜采用偏心支撑。预制墙板仅在钢板支撑斜杆的上下端节点处与钢框架梁相连，除该节点部位外，与钢框架的梁或柱均不相连，留有间隙，因此，内藏钢板支撑剪力墙仍是一种受力明确的钢支撑。钢支撑有外包混凝土，故可不考虑平面内和平面外的屈曲。墙板对提高框架结构的承载能力和刚度，以及在强震作用时吸收地震能量方面均有重要作用。,10,3、带竖缝钢筋混凝土剪力墙板普通整块钢筋混凝土墙板由于初期刚度过高，地震时首先斜向开裂，发生脆性破坏而退出工作，造成框架超载而破坏。带竖缝的剪力墙板在墙板中设有若干条竖缝，将墙板分割成一系列延性较好的壁柱（图9-8）。多遇地震时，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大，承担水平剪力。罕遇地
8、震时，墙板处于弹塑性阶段，壁柱产生裂缝，屈服后刚度降低，变形增大，起到耗能减震的作用。,11,（四）筒体体系1、框筒体系当建筑的高度较高时，可采用密柱深梁方式构成框筒结构(图9-9)。在水平力作用下，框筒的梁以剪切变形为主，或为剪弯变形；框筒的柱主要产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形，即基本为轴力构件。由于框筒梁的剪切变形，使得框筒柱的轴力分布出现“剪力滞后”现象(图9-10）。,12,2、束筒体系在框筒垂直于水平力的翼缘的宽度过大时，由于剪力滞后效应，筒体的整体抗弯能力将较大地减弱，筒体效果显著降低。将一个大框筒分割成若干个小框筒，构成框筒束结构。由于小框筒翼缘的宽度减小，剪力滞后效应大大降
9、低，筒体的整体抗侧刚度将大大提高(图9-11)。,3、筒中筒体系在框筒结构内部，利用建筑中心部位电梯竖井的可封闭性，将其周围的一般框架改成密柱内框筒，或采用混凝土芯筒，可构成筒中筒结构(图9-12)。,13,（五）、巨型结构体系一般高层钢结构的梁、柱、支撑为一个楼层和一个开间内的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到数个楼层和数个开间，则可构成巨型框架结构和巨型支撑结构(图9-13)。,14,纯框架结构延性好，但抗侧力刚度较差。中心支撑框架通过支撑提高框架的刚度，但支撑受压会屈曲，支撑屈曲将导致原结构承载力降低。偏心支撑框架可通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲，结构抗侧力刚度介于纯框架和中心支
10、撑框架之间。框筒实际上是密柱框架结构，由于梁跨小刚度大，使周圈柱近似构成一个整体受弯的薄壁简体，具有较大的抗侧刚度和承载力。,二、钢结构房屋适用的最大高度(表9-1),三、钢结构房屋适用的最大高宽比(表9-2)四、钢结构房屋的抗震等级(表9-3),15,五、结构布置要求（一）结构平面布置要求(1)建筑平面宜简单规则，建筑的开间、进深宜统一(图9-14)。(2)建筑平面上突出部分不宜太长(表9-4和图9-15)。(3)应使结构各层的抗侧力刚度中心与水平作用力合力中心尽量重合，同时各层接近在同一竖直线上。(4)结构平面应尽量避免不规则性。(5)一般情况下，多高层钢结构可不设伸缩缝。当建筑平面尺寸大
11、于90m时，可考虑设温度伸缩缝。(6)一般情况下，多高层钢结构不宜设防震缝。当结构特别不规则(符合至少两个不规则类型)需设防震缝时，防震缝的最小宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。,16,（二）结构竖向布置要求(1)建筑竖向抗侧力构件应连续布置，避免侧向刚度和承载力突变。(2)超过12层的钢结构宜设置地下室。（三）结构布置的其它要求1、采用框架结构时，甲、乙类建筑和高层的丙类建筑不应采用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架。2、支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3。3、抗震等级一、二级的钢结构房屋，宜设置偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏
12、钢支撑钢筋混凝土墙板、屈曲约束支撑等消能支撑或筒体。4、三、四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。,17,5、宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土楼板，并应与钢梁有可靠连接。6、对6、7度时不超过50m的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。7、对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水平支撑。8、超过50m的钢结构房屋应设置地下室。其基础埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的115；当采用桩基时，桩承台埋深不宜小于房屋总
13、高度的120。9、设置地下室时，框架-支撑(抗震墙板)结构中竖向连续布置的支撑(抗震墙板)应延伸至基础；钢框架柱应至少延伸至地下一层，其竖向荷载应直接传至基础。,18,六、截面尺寸（一）钢框架梁截面型式：I字钢、轧制或焊接H型钢、箱型截面等(图9-16)。框架梁截面高度：(1/151/40)l；楼、屋面梁截面高度：(1/201/50)l；翼缘宽度：根据梁间侧向支撑的间距按l/b的极限值确定（避免验算钢梁的整体稳定性）；板件厚度：按钢结构设计规范GB 50017局部稳定的构造规定预估，且不超过建筑抗震设计规范GB 50011-2010的宽厚比限值(表9-5)(pp298表9-1)保证梁、柱出现塑
14、性铰后板件的局部稳定。,19,（二）钢框架柱截面型式：圆管、H型钢、格构式柱等，按受力条件(轴心受压、单向偏向受压、双向偏向受压)确定(图9-17)。柱截面：按长细比预估，一般60120(表9-6),板件厚度：不超过建筑抗震设计规范GB 50011-2010的宽厚比限值(表9-5)(pp298表9-1)。,（三）中心支撑支撑截面形式：单角钢，双角钢，单槽钢，双槽钢，H型钢(H型钢和焊接H形钢)(图9-18)。中心支撑截面：按长细比要求(表9-7)。中心支撑板件宽厚比要求(表9-8)(pp298表9-2)。,20,（四）偏心支撑截面形式：同中心支撑(图9-18)偏心支撑截面：偏心支撑的长细比不应
15、大于120。偏心支撑板件宽厚比要求(表9-9)(pp299表9-3)。,七、材料钢结构的钢材宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢及Q345等级B、C、D、E 的低合金高强度结构钢；钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85；钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20；钢材应有良好的焊接性和合格的冲击韧性。,21,9.2 结构计算要点,一、高层钢结构在竖向和水平荷载作用下的计算方法同其他结构类型。二、高层钢结构内力、位移计算的注意点（一）计算模型多高层钢结构在水平荷载作用下的计算可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型；当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀时，可采用平面结
16、构计算模型；对平面或立面不规则、体型复杂、无法划分平面抗侧力单元的结构以及筒体结构，应采用空间结构计算模型。,22,多高层钢结构在水平荷载作用下的内力与位移计算，除应考虑梁柱的弯曲变形和剪切变形外，尚应考虑柱的轴向变形。（二）阻尼比多遇地震下的计算，高度不大于50m时可取0.04；高度大于50m且小于200m时，可取0.03；高度不小于200m时，宜取0.02。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50时，其阻尼比可相应增加0.005。在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取0.05。,23,（三）基本自振周期估算多遇地震下的地震总水平剪力时，可取T1=0.1n(n地面以上的
17、层数，不包括出屋面的电梯间、水箱等)。（四）节点区剪切变形的影响对工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析（图9-19）。对箱形柱框架、中心支撑框架和不超过50m的钢结构，其层间位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线进行分析。,24,（五）现浇混凝土楼板的影响考虑现浇楼板与钢梁共同工作，对现浇楼盖,中框架取I=1.5I0，边框架取I=1.2I0；I0为钢梁的截面惯性矩。大震的弹塑性变形是不考虑楼板对钢梁刚度的增大作用。简支梁及框架梁的跨中截面，可考虑现浇楼板对受弯承载力的增大作用。（六）P-效应高层钢结构宜计入重力二阶效
18、应考虑重力荷载产生的附加弯矩和对侧移的增大作用。当满足（式9-1）要求时，必须计入P-效应,25,（七）支撑的处理钢框架支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计算，但构造上按刚接处理；中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍可按中心支撑框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。（八）延性墙板应尽量避免延性墙板承受竖向荷载，只承受水平荷载产生的剪力；延性墙板可按侧向刚度相等的原则折算成等效墙板或等效支撑杆件。,26,9.3 内力调整,一、钢框架支撑结构钢框架支撑结构的框架地震层剪力调整(pp290)：,VFi0.25V0的楼层，不调整。,VFi 0.25V0的楼层，按下两式中的较小值调
19、整Vfi。,二、带转换层的高层钢结构房屋钢结构转换构件下的钢框架柱，地震内力应乘以增大系数1.5。,27,三、偏心支撑框架 偏心支撑框架中，与消能梁段相连构件的内力设计值，应按下列要求调整：支撑斜杆的轴力设计值，应取与支撑斜杆相连接的消能梁段达到受剪承载力时支撑斜杆轴力与增大系数的乘积其增大系数，一级不应小于1.4，二级不应小于1.3，三级不应小于1.2；位于消能梁段同一跨的框架梁内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时框架梁内力与增大系数的乘积其增大系数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1；框架柱的内力设计值，应取消能梁段达到受剪承载力时柱内力与增大系数的乘积其增大系
20、数，一级不应小于1.3，二级不应小于1.2，三级不应小于1.1。,28,一、验算原则验算内容：梁、柱构件的强度验算(承载力验算)；稳定验算；节点域抗剪验算。抗震设计的钢框架强柱弱梁和节点域的验算。构件强度和稳定验算时，采用组合的最不利内力值；验算抗震框架构件的强度和稳定时，钢材的强度设计值要除以承载力抗震调整系数RE。钢筋混凝土框架“强柱弱梁”的抗震设计原则也适用于钢框架。,9.4 钢框架构件验算,29,二、钢框架的屈服机制某一层所有框架柱的上下端都屈服形成薄弱层的弱柱框架可能使结构倒塌；在实际工程中，除底层柱的柱脚外，很难实现其他柱都不屈服的机制。研究结果：钢框架柱在比较大的塑形转角时，仍能
21、保持其承载力；在往复荷载作用下，钢框架节点域板件即使多次达到其抗剪强度，仍具有很好的耗能能力和仍能保持其承载力，不会发生脆性破坏与钢筋混凝土框架梁柱节点核心区混凝土的受力性能不同。,30,钢框架的屈服耗能机制是以梁屈服耗能和节点域板件耗能为主，允许部分柱屈服，是混合塑性铰机制。构件屈服的先后次序应是：节点域首先达到其抗剪强度然后梁屈服最后部分柱屈服不同于钢筋混凝土框架避免核心区剪切破坏的屈服机制。,31,三、钢框架梁、柱的承载力及稳定验算按极限状态设计要求，构件承载力计算表达式为：不考虑地震作用的组合时：0SdRd考虑地震作用的组合时：SdRd/RE钢结构的RE见表9-9。,钢框架梁的上翼缘采
22、用抗剪连接件与组合楼板连接时，可不验算地震作用下的整体稳定。,32,四、强柱弱梁验算钢框架节点处的抗震承载力验算：等截面梁：Wpc(fyc-N/Ac)Wpbfyb 端部翼缘变截面梁：Wpc(fyc-N/Ac)(Wpb1fyb+Vpbs)Wpc、Wpb分别交汇于节点的柱、梁的塑性截面模量；Wpb1塑性铰所在梁的塑性截面模量；fyc、fyb分别为柱、梁的钢材屈服强度；N地震组合的柱轴力；Ac框架柱的截面面积；强柱系数，一级1.15；二级1.10；三级1.05；Vpb梁塑性铰剪力；s塑性铰(可取梁端部变截面翼缘的最小处)至柱面的距离。,33,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
23、层的受剪承载力大25。柱轴压比不大于0.4。N2Ac f（N2为2倍小震地震作用下的组合轴力设计值，为柱作为轴心受压构件时的稳定系数。与支撑斜杆相连的节点。框筒结构的框架、筒中筒结构的外框筒框架。,34,五、钢框架节点域验算在小震作用下，框架梁柱节点域应满足抗剪强度要求；在罕遇地震作用下，节点域达到抗剪强度、剪切变形耗能。节点域的抗震验算包括三个方面：承载力验算；避免节点域板件局部失稳破坏的板件厚度验算；抗剪强度验算。节点域的受力状态如（图920）。,35,节点域的承载力验算：(Mpb1+Mpb2)/Vp(4/3)fyv 工字形截面柱：Vp=hb1hc1tw 箱形截面柱：Vp=1.8hb1hc
24、1tw 圆管截面柱：Vp=(/2)hb1hc1tw 式中 Mpb1、Mpb2 分别为节点域两侧梁端截面全塑性受弯 承载力；Vp节点域板件的体积；fyv钢材的屈服抗剪强度，取钢材屈服强度的0.58倍；折减系数，一、二级取0.7，三、四级取0.6；hp1、hc1分别为梁翼缘厚度中心线之间的距离和柱翼 缘翼缘厚度中心线之间的距离（图920）；tw柱在节点域的腹板厚度，箱形截面柱为一块腹板的 厚度；,36,工字形截面柱和箱形截面柱避免节点域板件局部失稳破坏的板件厚度验算：tw(hb+hc)/90工字形截面柱和箱形截面柱小震作用下的抗剪强度验算：(Mb1+Mb2)/Vp(4/3)fv/RE式中：Mb1、
25、Mb2分别为节点域两侧梁端截面弯矩设计 值（图920）；fv钢材的抗剪强度设计值；RE节点域承载力抗震调整系数，取0.75。若节点域不满足式的要求，对焊接组合柱，可以采取加厚节点域板件的方板在节点域范围更换为较厚的板件。,37,一、斜杆中心支撑框架的支撑斜杆在地震作用下反复受拉压，一旦杆件受压屈曲，再次受压时承载力降低，即出现退化现象。长细比越大，退化现象越严重。验算小震作用下中心支撑斜杆的受压承载力时，要考虑罕遇地震下受压承载力退化的影响,9.5 中心支撑框架构件验算,N支撑斜杆的轴压力设计值；Abr支撑斜杆的毛截面面积；轴心受压杆件稳定系数；受循环荷载时的强度降低系数；、n分别为支撑斜杆的
26、长细比和 正则化长细比；E支撑斜杆钢材的弹性模量；f、fay分别为支撑斜杆钢材强度设 计值和屈服强度；RE支撑斜杆稳定破坏承载力抗震调 整系数，取0.8。,38,二、人字支撑和V形支撑的框架梁 在支撑连接处应保持连续，并按不计入支撑支点作用的梁验算重力荷载和支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力；不平衡力应按受拉支撑的最小屈服承载力和受压支撑最大屈曲承载力的0.3倍计算。注：顶层和出屋面房间的梁除外。如果人字形支撑或V形支撑的一根杆受压屈曲，另一根受拉斜杆的内力将大于受压屈曲斜杆的内力，这两个力的合力将使横梁产生大的竖向变形，人字形支撑使梁下塌，V形支撑使梁上鼓。如果人字形或V形支撑的尖端处横梁铰接
27、，就不能抵抗这种竖向变形，因此，横梁必须是连续的。必要时，人字支撑和V形支撑可沿竖向交替设置或采用拉链柱（图9-21）。,39,一、消能梁段的长度消能梁段是偏心支撑框架塑性变形耗散能量的唯一构件；消能梁段的耗能能力与梁段的长度和构造有关：短梁段的非弹性变形为腹板达到剪切强度后产生的剪切变形；长梁段的非弹性变形为翼缘拉压屈服产生的弯曲变形；腹板剪切变形的滞回耗能稳定，滞回曲线饱满，优于弯曲屈服。偏心支撑钢框架应尽可能采用短梁段；弯曲屈服型长消能梁段可以用于梁的跨中，不能用于与柱连接的梁端。短梁段长度：a1.6Mlp/Vl（全塑性承载力）,9.6 偏心支撑框架构件验算,40,在地震水平剪力作用下，
28、偏心支撑框架的支撑斜杆产生轴向力分量成为消能梁段的轴压力，轴压力较大时，不利于梁段的屈服后性能。当N0.16Af时，消能梁段的长度宜符合下列规定：当(Aw/A)0.3时，a1.6Mlp/Vl 当(Aw/A)0.3时，a1.1-0.5(Aw/A)1.6Mlp/Vl=N/V 式中：a消能梁段净长；Mlp、Vl分别为消能梁段的全塑性受弯承载力和受剪 承载力。消能梁段轴力设计值与剪力设计值之比；N、V分别为消能梁段的轴力设计值和剪力设计值；A消能梁段的全截面面积；Aw消能梁段腹板的截面面积；,41,二、消能梁段的承载力验算当N0.15Af 时：VVl/RE Vl=min0.58Awfay，Vl=2Ml
29、p/a Aw=(h-2tf)tw Mlp=Wpf当N0.15Af 时，消能梁段的受剪承载力要计入轴力的不利影响，取以下两式的较小值：,支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承载力。,42,式中：系数，可取0.9；V、N分别为消能梁段的剪力设计值和轴力设计值；Vl、Vlc分别为消能梁段的受剪承载力和计入轴力影响的 受剪承载力；Mlp消能梁段的全塑性受弯承载力；a、h、tw、tf分别为消能梁段的长度、截面高度、腹板 厚度和翼缘厚度；A、Aw分别为消能梁段的截面面积和腹板截面面；Wp消能梁段的塑性截面模量；f、fay分别为消能梁段钢材的抗拉强度设计值和屈服强 度；RE消能梁段承载力抗震调整系数
30、，取0.85。,43,三、偏心支撑框架其他构件计算（一）内力调整偏心支撑框架的抗震设防目标实现强柱、强梁、强支撑、弱消能梁段。柱、梁和支撑的内力设计值取消能梁段达到受剪承载力时对应的内力并乘以增大系数：,支撑斜杆的轴力设计值：,位于消能梁段同一跨的框架梁的弯矩设计值：,44,柱的弯矩、轴力设计值：,Nbr一支撑斜杆的轴力设计值；Mb一为与消能梁段同一跨的框架梁的弯矩设计值；Mc、Nc一分别为柱的弯矩、轴力设计值；Vl一消能梁段不计入轴力影响的受剪承载力，pp296式(9-11)中的较大值；Nbr,com一对应于消能梁段剪力设计值V的支撑组合的轴力计算值；Mb,com一对应于消能梁段剪力设计值V
31、的位于消能梁段同一跨框架梁组合的 弯矩计算值；Mc,com、Nc,com一分别为对应于消能梁段剪力设计值V的柱组合的弯矩、轴力 计算值；br一支撑斜杆轴力设计值增大系数，一级时不小于1.4，二级时不小于1.3，三级时不小于1.2；b、c分别为与消能梁段同一跨的框架梁的弯矩设计值增大系数和柱内力 设计值增大系数，一级时不小于1.3，二级时不小于1.2，三级时不小 于1.1。,45,（二）承载力验算偏心支撑的轴向承载力应符合下式要求：NbrfAbr/RE式中：由支撑长细比确定的轴心受压构件稳定系数；Abr支撑截面面积。偏心支撑框架中，与消能梁段同一跨内的框架梁的强度和整体稳定，柱的强度和整体稳定等
32、按钢结构规范的有关规定验算。,46,钢构件连接的方法有焊接、高强度螺栓连接和栓焊混合连接。焊接的传力充分，不会滑移，延性好。但焊接热应力对焊缝附近的钢板有不利影响。高强度螺栓施工较方便，但全部采用高强螺栓连接的接头尺寸较大，钢材消耗多，价格较高，大震时螺栓连接可能会滑移。民用建筑钢结构中，栓焊混合连接比较普遍。连接设计的原则强连接弱构件构件破坏先于连接破坏；连接的承载力设计值，不应小于相连构件的承载力设计值；连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。,9.7 连接设计,47,一、框架梁柱连接抗震设计时，框架梁与柱的连接应为刚性连接。我国民用建筑钢框架一般采用柱贯通型，较少采用梁贯通型(图9-
33、22)。工程中常用的连接方式：梁与柱在施工现场直接连接；当梁高不大于700mm时，可采用柱带悬臂短梁与梁连接，梁与悬臂短梁拼接，柱带的悬臂短梁自柱中心线算起的外伸长度不大于1.6m(图9-22)。梁柱刚性连接的承载力验算：MjujMp Vju1.2(2Mp/ln)+VGb j连接系数（表9-10）pp301表9-4 其余符号说明见pp300。,48,梁端连接的极限受弯承载力梁翼缘连接的极限受弯承载力和梁腹板连接的极限受弯承载力之和。,腹板连接的极限受弯承载力系数m：H型截面柱(绕强轴)m=1,以上各式符号见pp301。,49,工字形截面柱翼缘(绕强轴)和箱形截面柱与梁刚接时，应符合下列要求：梁
34、翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝(图9-23)；柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋(隔板)(图9-24)；梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接；一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大形连接、梁端加盖板或骨形连接(图9-25)。梁与H形柱腹板(绕弱轴)直接刚性连接时，在梁翼缘的对应位置设置柱的横向加劲肋，在梁高范围内设置柱的竖向连接板；加劲肋伸出柱翼缘以外100mm，并以变宽度形式伸至梁翼缘(图9-26)。,50,二、框架梁柱的拼接框架梁与柱带的悬臂短梁连接时，悬臂短梁与柱的连接在工厂完成；梁的拼接位置，应在弯矩较小的截面处，且在梁端塑区段以外。框架梁的拼接采用摩擦型高强度螺
35、栓连接时，应先进行螺栓连接的抗滑移承载力验算，然后再验算梁的拼接极限承载力：Mjub,spjMp。框架柱需要在现场拼接接长，拼接的位置宜在框架梁面的上方1.21.3m附近或在柱净高的一半处，以方便现场施工。柱的拼接极限承载力验算：Mjuc,spjMpc。,51,三、中心支撑与框架连接一般支撑两端用一段短杆件在工厂与框架焊接，支撑杆件的中间部分在工地与焊接在框架上的短杆件用摩擦型高强度螺栓拼接(图9-27)。框架梁、柱在与支撑翼缘的连接处，都要设置加劲肋；H形截面支撑翼缘与箱形柱连接时，在柱壁板的相应位置设置隔板。支撑与框架连接以及支撑拼接的极限承载力验算：NjubrjAbrfv支撑与框架连接处
36、的抗弯承载力验算：McjMpbr,52,四、偏心支撑与框架梁柱连接构造偏心支撑与消能梁段连接的构造(图9-28)：消能梁段与柱连接时，其长度不大于1.6Mlp/Vl，以实现消能梁段腹板剪切破坏。偏心支撑杆件的轴线与梁轴线的交点，一般在消能梁段的端部，也可以在消能梁段内，但不应在消能梁段外。消能梁段腹板不能贴焊补强板补强板不能进入塑性变形。消能梁段腹板不得开洞腹板开洞会影响梁段的塑性变形能力。消能梁段与支撑杆件连接处，应在梁段腹板两侧配置加劲肋，加劲肋的高度为梁段腹板高度，加劲肋的宽度和厚度要求见pp306。消能梁段的腹板应按梁段的长度设置加劲肋，以防止腹板过早的局部失稳，加劲肋间距、宽度和厚度
37、要求见pp306.,53,五、侧向支撑在梁塑性铰端部截面处，其上下翼缘应设置侧向支撑使梁端形成塑性铰后梁翼缘保持稳定(图9-29)；采用V形支撑或人字形支撑的中心支撑框架，梁在其与支撑杆件相交处应设置侧向支撑。偏心支撑框架消能梁段两端上下翼缘应设置侧向支撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴向承载力设计值的6，即0.06fbftf；与消能梁段同一跨的框架梁的上下翼缘，应设置侧向支撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴向承载力设计值的2，即0.02fbftf。,54,六、钢柱脚钢柱柱脚主要形式埋入式柱脚、外包式柱脚和外露式柱脚(图9-30)。埋入式柱脚须将钢柱脚埋入基础混凝土内，H形截面柱的
38、埋入深度不小于钢柱截面高度的2倍，箱形截面柱的埋入深度不小于柱截面长边的2.5倍。外包式柱脚位于基础顶面上，在钢柱底部一定高度外包钢筋混凝土，外包混凝土的高度不小于钢柱截面高度的2.5倍。外露式柱脚通过钢底板、锚栓固定于混凝土基础上，安装灵活方便。,55,抗震设防的民用建筑钢结构柱脚：无地下室时，采用埋人式柱脚，钢柱埋入基础混凝土内；有一层地下室、且地下室顶板为上部结构嵌固端时，可采用外包式柱脚，钢柱伸至基础顶面；有两层及以上地下室、且地下室顶板为上部结构嵌固端时，钢柱至少伸至地下一层，可采用外包式柱脚，地下二层及以下可采用钢筋混凝土柱，也可将钢柱伸至基础顶面，采用外包式柱脚或外露式柱脚。各种
39、形式的钢柱柱脚都要进行受压、受弯和受剪承载力验算，其轴力、弯矩和剪力的设计值取钢柱底部的相应设计值。,56,本章结束，谢谢听讲！,57,图9-30,58,图9-28,图9-29,59,图9-27,60,图9-26,61,图9-24,图9-25,62,表9-10,图9-23,63,图9-21,64,图9-20,图9-22,65,表9-9,图9-19,式9-1,66,表9-7 中心支撑截长细比限值,表9-8,注：两表所列数值适用于Q235钢。,67,注：表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材时，应乘以,表9-6 柱截面长细比限值,表9-9 偏心支撑板件宽厚比限值,68,表9-5,69,图9-1
40、8,70,图9-17,71,图9-16,72,图9-15,表9-4,73,图9-14,表9-3,74,表9-1 钢结构房屋适用的最大高度(m),注：房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。表9-2 钢结构民用房屋适用的最大高宽比,75,76,图9-13(a)巨型框架结构；(b)巨型支撑结构,77,图9-12,78,图9-11,79,图9-10,80,图9-9,81,图9-8 带竖缝剪力墙板与框架的连接,82,图9-7 内藏钢板剪力墙板与框架的连接,83,图9-6,84,图9-5 偏心支撑类型(a)门梁式1；(b)门梁式2；(c)单斜杆式；(d)人字形式；(c)V字形式,85,图9-4 中心支撑类型(a)x形支撑；(b)单斜支撑；(c)人字形支撑；(d)K形支撑；(e)V形支撑,86,图9-3,87,图9-2,88,图9-1,
