鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點樓板設(shè)計要點.ppt

1、多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 節(jié)點設(shè)計,華中科技大學土木與力學學院,內(nèi)容,節(jié)點的設(shè)計原則 (總,節(jié)點設(shè)計時的構(gòu)造要求,各類節(jié)點的做法及特點,節(jié)點分類,一、節(jié)點的設(shè)計原則,1、不考慮抗震要求時,結(jié)構(gòu)的主要荷載,包括兩種情況,抗震,非抗震,結(jié)構(gòu)一般處于彈性狀態(tài),2、當考慮抗震要求時,結(jié)構(gòu)的主要荷載,地震荷載,結(jié)構(gòu)可能進入塑性狀態(tài),滿足構(gòu)件內(nèi)力要求,特殊設(shè)計要求,構(gòu)件塑性時的局部穩(wěn)定,節(jié)點極限承載力,梁塑性時的側(cè)向穩(wěn)定,A、節(jié)點極限承載力,Mu 1.2 Mp,Vu 1.3 (2Mp/l,Mu、Vu 節(jié)點的極限受彎、受剪承載力,Mp 梁的全塑性彎矩承載力,l 梁的凈跨度,Ru 1.2 An fy,Ru 支撐連接

2、的極限承載力,An 支撐桿凈截面面積,fy 支撐桿材料的屈服強度,B、構(gòu)件進入塑性狀態(tài)時， 板件的局部穩(wěn)定應(yīng)有保證,框架梁板件寬厚比限值,注：1、表中，N為梁的軸向力，A為梁的截面面積，f為梁的鋼材強度設(shè)計值； 2、表列值適用于 = Q235鋼，當鋼材為其它牌號時應(yīng)乘以,C、受彎構(gòu)件塑性區(qū)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐點,避免梁發(fā)生側(cè)向的彎扭失穩(wěn),L0 兩相鄰支撐點之間的間距,L0 / b0 ? (根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范,b0 受壓翼緣的寬度,二、節(jié)點設(shè)計的構(gòu)造要求（總,1、設(shè)計時，應(yīng)使節(jié)點構(gòu)造簡單，施工方便，便于就位和調(diào)整,2、應(yīng)防止厚鋼板層狀撕裂,如圖，通過軋制而成的鋼板，三個方向的機械性能均不相同，其中Z向（厚

3、度方向）最差，特別是塑性和韌性,鋼板受撕裂情況,B、對于容易發(fā)生撕裂的部位，應(yīng)要求嚴格檢查,A、盡量避免焊縫收縮方向垂直鋼板板面方向,C、在滿足承載力要求的前提下，盡量減少焊縫尺寸,構(gòu)造措施,3、在確定框架吊裝單元時，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件重量、運輸和起吊設(shè)備綜合確定,二層或三層樓高一根（一、四層也可,每跨梁一根,密柱深梁的框筒,三根柱 + 三根梁,三根柱 + 二根梁,世界貿(mào)易中心,美國，紐約 411m，地上110層，地下6層 ，1973年竣工,阿莫科大廈（Amoco Building) 芝加哥標準石油大樓,美國，芝加哥 342m 地上82層，地下5層 1973年,4、柱的工地接頭一般設(shè)置在主梁頂面1.0

4、 1.3 m 高處,以便于安裝,5、梁若需要現(xiàn)場接頭，其位置應(yīng)根據(jù)內(nèi)力、運輸、支撐綜合確定,一般距離柱軸線約0.5 - 1.5m,6、焊條應(yīng)與鋼材的型號匹配，盡量選擇強度低的，使節(jié)點有好的延性,7、為了焊透和滿焊，應(yīng)設(shè)置引弧板和墊板，且焊件應(yīng)加工成坡口,8、對于主要承重構(gòu)件的螺栓連接，應(yīng)采用高強度螺栓,9、若節(jié)點為栓焊混合連接，應(yīng)先安裝螺栓，再施焊,三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的類型,梁 柱,柱 柱,梁 梁,柱 基礎(chǔ),支撐 梁柱,鋼梁 鋼砼剪力墻,1、梁柱節(jié)點,半剛性連接,剛性連接,鉸接,A、剛性連接,全焊連接,全栓連接,栓焊連接,梁-柱全焊接剛性節(jié)點,梁-柱栓焊混合連接剛性節(jié)點,T型鑄鋼件 角鋼,

5、T型鑄鋼件和角鋼可以在工廠力先焊在柱上，以減少現(xiàn)場工作量，但運輸應(yīng)注意,全栓連接,梁-柱T形件連接,B、半剛性連接,介于剛性和鉸接之間，有較大的延性和吸能性能,用于低烈度地震區(qū)，層數(shù)不多的鋼框架,梁-柱端板連接,C、鉸接連接,梁可繞節(jié)點轉(zhuǎn)動，節(jié)點不能傳遞彎矩M 連接方法簡單，施工方便,當不考慮鋼框架抵抗水平力時，可以考慮鉸接,梁-柱的柔性連接,2、柱柱節(jié)點,寬翼緣工字型,矩型管截面,A、柱截面,熱軋寬翼緣工字型截面,焊接的工字型截面,四塊鋼板通過焊接而成,B、柱腹板、翼緣之間的焊接構(gòu)造,焊接的工字型截面,角焊縫，承受腹板、翼緣之間的豎向剪力,焊接的矩形管截面,a、當不考慮抗震要求時,部分熔透的

6、 “ V ” 型,熔透的“ U ” 型,轉(zhuǎn)角處焊縫,hf 1/3 t; hf 14 mm,箱形柱角部組合焊縫,a）部分熔透焊縫； （b）全熔透焊縫,C、柱接頭做法,不考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板， 厚度大于10mm,寬翼緣工字型,矩型管截面,b、柱接頭處采用部分焊透的單邊 “ V ” “ J ” 型坡口,c、柱接頭位置一般在梁上1.0-1.3m處，以方便施工,部分焊透焊縫,工形柱工地拼接,考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板，方法同上,b、柱接頭位于塑性區(qū)范圍以外 1/10 L 和 2h (取大值,c、對于工字型截面， 翼緣熔透坡口焊，承受彎矩M 腹板高強度螺栓，承受剪力Q 軸力由

7、兩者共同承擔,d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊,箱形柱工地焊接,柱的變截面連接,a、 盡量不改變截面高度而改變翼緣厚度,b、若改變截面高度，則做法如圖,c、變截面位置一般位于接頭部位,柱的變截面連接（1,柱的變截面連接（2,3、梁梁節(jié)點,A、主梁的拼接,拼接位置應(yīng)在框架節(jié)點塑性區(qū)以外,主梁的拼接形式,B、主次梁的相互連接,為防止受扭，宜采用鉸接方法,次梁與主梁的簡支連接,次梁高度較小時與主梁的連接,次梁與主梁的剛性連接,C、主梁的側(cè)向隅撐,為防止主梁塑性區(qū)側(cè)向失穩(wěn)，設(shè)置隅撐,距離柱軸線1/81/10梁跨處設(shè)置,設(shè)置在梁的下翼緣,設(shè)置方法,梁的側(cè)向隅撐,4、墻梁節(jié)點,A、鋼梁與砼墻的連接,采用鉸

8、接，承受拉力和剪力,鋼梁與混凝土墻連接 鋼梁與混凝土墻的簡支連接,B、鋼梁與砼梁的連接,鋼梁與混凝土梁的連接,1、大跨度鋼結(jié)構(gòu),2、組合結(jié)構(gòu),3、鋼結(jié)構(gòu)住宅在我國的應(yīng)用和前景,4、我國鋼結(jié)構(gòu)建筑的歷史和未來,現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)進展,高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 樓板設(shè)計,內(nèi)容,樓板設(shè)計的基本要求,樓板的類型,作法,每類樓板相關(guān)的內(nèi)容,特點,設(shè)計方法,構(gòu)造要求,建筑,使用,受力,一、樓板設(shè)計的基本要求,A、承受和傳遞荷載(水平和豎向荷載,B、隔音的要求,具體滿足兩個方面的要求,剛度,強度,保證住宅私密性,C、防火要求,采取防火措施, 保護鋼梁和樓板,D、防水要求,樓面和屋面, 均應(yīng)進行防水處理,E、管線敷設(shè)要求,管線

9、,豎向,水平,一般敷設(shè)在樓板內(nèi),二、樓板的分類,做法不同,現(xiàn)澆鋼砼樓板,預制鋼砼樓板,壓型鋼板砼樓板,四類,鋼砼疊合樓板,1、現(xiàn)澆鋼砼樓板,做法,由鋼筋與砼現(xiàn)場澆注而成，兩者共同受力,特點,B、由支模、拆模、扎筋、澆灌、養(yǎng)護等工序構(gòu)成， 施工復雜、繁瑣，且影響鋼構(gòu)件的吊裝,A、可以澆住成任意平面形狀，整體剛度好,應(yīng)用,一般很少用于高層建筑鋼結(jié)構(gòu),C、樓板與鋼梁表面之間應(yīng)加抗剪連接件（栓釘,2、預制鋼砼樓板,做法,直接由工廠或現(xiàn)場預制，置于鋼梁上， 用細實混凝土澆灌槽口和板縫,特點,B、省去了支模、拆模、扎筋、澆灌、養(yǎng)護等復雜工 序，但需吊裝，且影響鋼構(gòu)件的吊裝,A、樓板整體剛度差，不能與鋼梁一

10、起共同工作,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用不多,分類,預制預應(yīng)力鋼砼樓板,預制鋼砼樓板,3、鋼砼疊合樓板,做法,把鋼砼樓板分兩層,特點,B、省去了支模、拆模、扎筋、澆灌、養(yǎng)護等復雜工 序，但需吊裝，且影響鋼構(gòu)件的吊裝,A、樓板整體剛度好，但不能與鋼梁一起共同工作,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用不多,上層：在下層預制板上完成現(xiàn)澆作業(yè),下層：較薄的預制板，吊裝到鋼梁上，起模板作用,4、壓型鋼板砼板,三、壓型鋼板砼樓板的做法、特點,做法,把壓型鋼板首先鋪在鋼梁上，并與梁翼緣焊接， 然后在壓型鋼板上現(xiàn)澆砼或鋼砼,砼與壓型鋼板之間、壓型鋼板與鋼梁之間均有抗剪構(gòu)造連接件,縱向水平剪切粘結(jié)破壞,國產(chǎn)壓型鋼板板型

11、 國外板型,組合板的組合方式,壓型鋼板組合梁 (a)肋平行于主鋼梁 (b)肋垂直于主鋼梁,壓型鋼板砼樓板特點,施工,設(shè)計,從設(shè)計角度,B、極限承載力大，達到30 - 50 kN/m2,A、組合后剛度大、延性好、抗震性能好,C、樓板的剛度大，能有效地傳遞水平荷載,D、樓板可作為鋼梁的一部分，提高了鋼 梁的抗彎剛度和承載力（20-30%）， 增加了梁的側(cè)向穩(wěn)定,E、合理利用材料，充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢,鋼梁外露的組合梁,從施工角度,B、壓型鋼板一旦鋪設(shè)，可作為工作平臺,A、壓型鋼板很輕，安裝時方便、速度快,C、澆灌砼可單獨進行，與其它安裝工序不打攪,D、壓型鋼板的溝槽可以用來敷設(shè)管線,E、不需要支模，

12、大大方便了施工,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用非常普遍,瑞金大廈，107m, 地上29層， 地下1層，上海，于1986年竣工,10層以上采用壓型鋼板砼板，梁上抗剪栓釘： 116230 216230,瑞金大廈,北京，82.75m, 地上26層，于1986年竣工,京城大廈,北京，地上25層，地下2層, 94m，1987年建成,長富宮中心,北京，地上52層，地下3層,196m高，1990年建成,京廣中心,中國，北京, 153.55m，地下2層, 地上39層,中國國際貿(mào)易中心,深圳, 151m，地上40層，地下1層,深圳發(fā)展中心大廈,上海，地下1層，地上43層，143.62m,上海靜安希爾頓酒店,上海，

13、129.55m，地下2層, 地上35層,上海國際貿(mào)易中心,四、壓型鋼板砼樓板的分類,做法、受力不同,非組合板,組合板,組合板,B、壓型鋼板為使用階段的受力鋼板,A、壓型鋼板為施工階段的模板,C、砼中不配鋼筋,B、組合板（壓型鋼板+素砼）在使用階段的計算,A、壓型鋼板在施工階段的驗算,做法,計算內(nèi)容,計算方法同普通鋼砼,非組合板,做法,A、壓型鋼板僅為施工階段的模板,B、使用階段受力的部分為鋼砼板,B、鋼砼板在使用階段的計算,A、壓型鋼板在施工階段的驗算,計算內(nèi)容,應(yīng)用最為普遍,C、砼中配鋼筋,五、壓型鋼板計算（施工階段,所受荷載,施工荷載，包括人、設(shè)備和材料，大于1.5kN/m2,濕的砼、壓型

14、鋼板自重,正應(yīng)力,剪應(yīng)力,腹板局部承載力,折算應(yīng)力,計算內(nèi)容,剛度,強度,正應(yīng)力計算,max f,剪應(yīng)力計算,max fv,折算應(yīng)力計算,腹板局部承載力計算,原因,壓型鋼板較薄,腹板可能受較大集中力或支座反力,腹板壓跛 (Web Crippling,為避免壓跛現(xiàn)象出現(xiàn)，根據(jù)歐洲所做的大量試驗，以及我國現(xiàn)行國 家標準冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范建議采用如下公式進行驗算 式中 支座反力； 一塊腹板的局部受壓承載力設(shè)計值； 鋼材抗壓強度設(shè)計值； 系數(shù)，中間支座取0.12，端部支座取0.06； 腹板厚度（mm）； 支座處的支承長度100 mm 200 mm,端部支座可取 100 mm； 腹板傾角（45 9

15、0,壓型鋼板剛度驗算,5）撓度驗算 壓型鋼板在施工階段應(yīng)進行撓度計算。當均布荷載作 用時 簡支板 雙跨連續(xù)板 式中 板的撓度； 單位寬度均布短期荷載值，取荷載標準值； 壓型鋼板彈性模量； 單位寬度均布壓型鋼板的慣性矩； 板的容許撓度。 根據(jù)我國近十年來的工程實驗經(jīng)驗，對于應(yīng)用于樓板中 的壓型鋼板，其最大撓度 不應(yīng)超過跨度的1/200和20mm的 較小值,六、組合板計算（使用階段,所受荷載,使用荷載,砼、壓型鋼板自重,橫截面抗彎強度,疊合面抗剪強度,集中力作用下的抗沖切計算,斜截面抗剪強度,計算內(nèi)容,復雜，不介紹,剛度,強度,橫截面抗彎強度,砼只考慮受壓,不考慮受拉 壓型鋼板考慮受拉、壓 拉、壓

16、材料同時達到設(shè)計值,計算原則,兩種情形,組合板正截面抗彎能力計算圖,情形1：中性軸位于壓型鋼板以外,1)當 時 塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以上混凝土內(nèi)（如上圖），組合板的抗彎剛度 按下式計算 式中 組合板受壓區(qū)高度，當時 ，取 ； 組合板的有效高度； 壓型鋼板截面應(yīng)力合力至混凝土受壓區(qū)截面應(yīng)力的合力的距離， 取 ； 壓型鋼板的波距； 壓型鋼板波距內(nèi)的截面面積； 壓型鋼板的抗拉強度設(shè)計值,情形2：中性軸位于壓型鋼板以內(nèi),2)當時 塑性中和軸在壓型鋼板內(nèi)（如上圖），組合板的抗彎剛度 按下式計算 式中 塑性中和軸以上的壓型鋼板面積； 壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應(yīng)力的合力分別至受 壓區(qū)混凝土板截面和壓型鋼板截面壓應(yīng)力的 合力的距離,斜面抗剪強度,斜截面承載力計算 組合板的斜截面受剪承載力應(yīng)按下式計算 式中 截面高度系數(shù)， ； 當 mm時，取 mm； 當 mm時，取 mm； 組合板斜截面上的最大剪力設(shè)計值； 混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值； 組合板平均肋寬,集中力作用下的抗沖切計算,抗沖切強度計算 組合板在集中荷載作用下的抗沖切強度按下式計算 式中 臨界周邊長度，如下圖所示； 混凝土最小澆注厚度； 混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值,臨界周邊長度,剛度的計算,fmax f,兩個簡化,組合板的等效慣性矩為開裂和不開裂的平均值,將鋼板根據(jù)彈模之