多層鋼結構設計課件

1、多層鋼結構設計1第一節(jié) 多層鋼結構體系優(yōu)點、組成、類型第二節(jié) 需要考慮的主要災害第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路第四節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計第五節(jié) 存在問題2多層鋼結構設計3第一節(jié) 多層鋼結構體系組成鋼柱抗側、承受豎向荷載鋼梁承受樓板荷載節(jié)點傳遞荷載、控制側移、抗側支撐抗側類型柱支撐體系純框架體系框架支撐體系4第一節(jié) 多層鋼結構體系柱支撐體系 梁柱鉸接節(jié)點 縱向和橫向均有柱間支撐 空間剛度及抗側力均由支撐提供 適用于柱距不大、雙向支撐不影響空間流動 設計、制作、安裝簡單 抗側剛度大，用鋼量小5第一節(jié) 多層鋼結構體系純框架體系 縱橫兩向均為剛接框架 其承載力及空間剛度由剛接框架提供 用于柱距較大，無

2、法設置支撐的建筑物 節(jié)點構造復雜，用鋼量較多 空間利用大7第一節(jié) 多層鋼結構體系純框架體系8第一節(jié) 多層鋼結構體系框架支撐體系10第一節(jié) 多層鋼結構體系布置原則（理解） 柱網梁系布置合理； 節(jié)點形式簡單、便于施工； 采用平面剛性樓蓋，樓蓋主次梁平接構造； 柱間支撐應不大于4L（L有支撐的柱間距）； 布置時應注意合理及均勻，避免及減少剛度中心的偏移。11第一節(jié) 多層鋼結構體系12第二節(jié) 需要考慮的主要災害火災鋼結構的材料特性鋼結構建筑均具有的普遍性地震-與一般荷載有何不同？構件抗側：剛性節(jié)點、支撐（小震）材料延性：大變形、塑性（大震）設計界、學術界面臨的最大矛盾??？解決方法：隨機統(tǒng)計力學1、荷載

3、效應恒載（永久荷載） 建筑物自重，分項系數取1.2； 樓蓋上的永久設備荷載，分項系數取1.2；注意：當恒載在荷載組合中為有利作用，分項系數取1.0。14第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路活載（可變荷載） 雪荷載，分項系數取1.4； 積灰荷載，分項系數取1.4； 樓層活載，分項系數取1.4（Q4 1.3）； 風荷載，風載標準值，分項系數取1.4；151）水平地震作用： 規(guī)則結構，采用平面計算模型； 平面不規(guī)則，應采用空間計算模型； 剛度中心與重心有較大偏差，應考慮扭轉17第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路荷載效應S（內力）組合用活載計算荷載效應 不考慮地震設計：按荷載規(guī)范折減，確定最不利組合； 考慮地震設計

4、，采用考慮地震作用荷載組合的重力荷載代表值進行計算。18第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路 不考慮地震作用效應的基本組合19 考慮地震作用效應的基本組合 確定地震作用時的重力荷載代表值?20考慮地震作用效應，其總效應21第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路2、內力計算一、一般規(guī)定二、柱支撐框架體系水平荷載下近似計算方法三、多層鋼結構的梁四、多層鋼結構的柱五、多層鋼結構的支撐22第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路一、一般規(guī)定 多層框架在風荷載作用下，頂點的橫向水平位移（標準值）不宜大于 （H為框架柱總高），層間相對位移不宜大于 （h為層高），對無隔墻的多層框架，可以不驗算其層間位移。 按多遇地震進行抗震設計時，多層

5、框架的層間側移（標準值）不應大于層高的1/25024第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路思考：（1）為什么計算結構自振周期？（2）如何計算結構自振周期？（3）結構基本周期、結構自振周期與設計特征周期、場地卓越周期的區(qū)別？（4）結構自振周期是否會變化？（5）鋼結構自振周期與混凝土結構有何不同？25三、多層鋼結構的梁1、截面形式27第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路三、多層鋼結構的梁2、梁的計算按梁最不利截面計算確定；構件驗算后需要調整截面，調整后截面慣性矩與原假定的慣性矩相差大于30時，宜對原框架計算內力亦進行相應的調整。對于樓板為鋼鋪板的框架梁，當不直接承受動力荷載時，可考慮按塑性設計要求驗算截面。計算梁的

6、撓度，可將梁上翼緣每側15t（板厚）寬度的鋪板計入梁的截面慣性矩。28第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路四、多層鋼結構的柱1、截面形式 軋制、焊接H型鋼 十字焊接型鋼：適用于有較高的剛度要求 方鋼管、圓鋼管：荷載、柱高較大；外觀29第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路四、多層鋼結構的柱2、柱的計算 框架柱應按兩個主軸方向分別進行強度及穩(wěn)定的驗算。 若采用板材厚度超過60mm（Q235）或36mm（Q345）（重型鋼結構），材料除要考慮力學的指標，還要考慮防止分層。30第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路五、多層鋼結構的支撐1、支撐的布置與形式原則： 承受各方向的水平荷載 保證結構的整體穩(wěn)定及安裝過程中的局部、整體穩(wěn)

7、定。 多布置在框架的縱向與橫向，并應與主軸對稱31第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路五、多層鋼結構的支撐1、支撐的布置與形式32第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路五、多層鋼結構的支撐1、支撐的布置與形式 沿高度布置應從上到下貫通 主要形式：X形支撐、K形支撐、華倫式桁架33第三節(jié) 多層鋼結構的設計思路鋼結構建筑由較為理想的材料構件組合而成構件：穩(wěn)定問題；節(jié)點：承載能力問題；（該問題與高層鋼結構相同）34第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 一般連接有三種： 焊接、摩擦型高強螺栓和栓焊混合連接35第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 一般連接有三種： 對于栓焊混合連接，螺栓部分的承載力應

8、考慮先栓后焊的溫度影響乘以折減系數0.9。 對于節(jié)點連接中將同一力傳至同一連接件上時，不允許同時采用兩種方法連接（比如又栓又焊）36第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 節(jié)點焊接應滿足的下列要求：A、全熔透焊縫，其焊縫質量檢驗應符合一級或二級質量要求。 要求與母材等強的焊接連接或拼接。 框架節(jié)點塑性區(qū)段的焊接連接B、焊縫金屬應與母材強度相匹配： Q235E43焊條或焊絲 Q345E50焊條或焊絲 不同強度材料焊接時，應按強度較低的鋼材選用37第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 節(jié)點焊接應滿足的下列要求：C、應充分考慮施工凈空和條件，對與高空施工條件困難的現場焊縫，其承載力

9、應乘以折減系數0.9。 對較重要的或受力較復雜的節(jié)點，當按所傳內力（不是按與母材等強）進行連接設計時，宜使連接的承載力留有1015的裕度。38第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 多層框架結構體系中的梁柱節(jié)點及柱腳節(jié)點均應設計為剛接節(jié)點； 柱支撐結構體系中的梁柱連接節(jié)點可設計為鉸接節(jié)點柱腳應考慮安裝時穩(wěn)定而具有一定的剛接抗彎性能。39第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 框架承重構件的現場拼接均應為等強拼接（用摩擦型高強螺栓連接或焊接連接） 柱段高度h1一般按3層一段考慮，拼接點高度h2宜按主梁頂面以上1.01.3m考慮多層框架梁柱及支撐的安裝單元劃分40第4節(jié) 多層鋼結構

10、的關鍵設計一、連接的一般規(guī)定 對8度及9度抗震設防區(qū)的多層框架，其梁柱節(jié)點及連接還要進行節(jié)點塑性區(qū)段的校核： 梁端或柱端由構件端面算起1/10跨長或2倍截面高度范圍A、節(jié)點連接的極限承載力不應小于所連接構件（梁、柱、支撐）截面塑性承載力的1.2倍（抗彎承載力）及1.3倍（抗剪承載力）。B、塑性區(qū)段的構件板截面寬厚比及受彎構件側向支撐點區(qū)段的長細比均應符合鋼結構規(guī)范的要求。41第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點有鉸接、半剛性連接或剛性連接42第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點有鉸接、半剛性連接或剛性連接43第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接

11、的幾種形式： 梁柱丁字形連接（全焊接）44第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計1）梁要加工準確；2）有仰焊二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁柱寬翼緣T字形連接（全焊接）45第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計1）T型加勁板的高度要大于橫梁高度；2）與柱翼緣連接剛度稍大二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁柱通過蓋板和角鋼連接（栓焊連接）46第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計肋板下部板二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁與十字形截面柱連接 采用水平蓋板和豎向板與梁連接 水平板傳遞彎矩，豎向板傳遞剪力 上水平板為楔形，與梁柱連接 下水平板與豎向板先焊接在柱上起支托作用 截面對稱，四個方向構

12、造完全相同47第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 方鋼管柱與梁的節(jié)點連接 分為鉸接、半剛性節(jié)點、剛接節(jié)點48第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計梁柱節(jié)點試驗49第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計梁柱節(jié)點破壞特征50第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計51第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計“強節(jié)點弱桿件”基本原則：在梁形成塑性鉸前，梁柱連接的交界面處及節(jié)點域的抗彎能力必須大于框架的抗彎能力，防止在梁還未出現塑性鉸時，交界面處或節(jié)點域發(fā)生脆性破壞塑性鉸在梁上出現位置的強度應小于梁柱節(jié)點的強度常用設計法精確設計法52常用設計法梁端彎矩M(設計彎矩)全部由梁翼緣承擔，梁端剪力V（設計剪力）全部

13、由梁腹板承擔精確設計法以梁翼緣和腹板按各自截面慣性矩分擔作用于梁端的彎矩 （設計彎矩），以梁翼緣承擔彎矩 ，并以腹板承擔彎矩 和梁端全部剪力V（設計剪力）第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計53從以上設計概念出發(fā)當栓焊混合連接時，梁翼緣與柱焊接，“常用設計法”比“精確設計法”偏于安全；當全焊連接時，梁腹板與柱連接，“常用設計法”偏于不安全。無論是“常用設計法”還是“精確設計法”，連接計算都是從梁端的設計內力出發(fā)，也就是說，這兩種方法都不是“等強連接”，即，梁端彎矩和剪力不等于梁的全截面抗彎和抗剪承載力。第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計54重要的兩點：節(jié)點承載力問題：要使節(jié)點的承載力大于構件的承載力，就要以

14、大于構件承載力的內力去設計它；顯然，提高梁柱連接的交界面處及節(jié)點域的強度，也就相對降低了梁的強度；節(jié)點域穩(wěn)定性問題：提高節(jié)點域的穩(wěn)定性，將直接有利于結構的抗側（剛度、位移）和自振周期衰減。引申一個問題：材料的本構關系決定構件截面的剛度退化；構件的大變形決定了結構體系的剛度退化；前者是“材料非線性”，后者是“幾何非線性”第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計551）塑性鉸位置外移狗骨頭式第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計562）強化節(jié)點573）擴大焊接孔及長槽型節(jié)點58節(jié)點域穩(wěn)定59節(jié)點域穩(wěn)定60節(jié)點數值分析-ANSYS61節(jié)點抗震性能評價指標性問題滯回性能間接得到耗能能力抗側剛度彈性極限延性性能屈服位移和極限

15、位移的比（延性比）以上各項需由一定數量的試驗結果，統(tǒng)計規(guī)律性機理，提出力學關系，建立理論模型。以試驗得到滯回曲線為主要結果62節(jié)點抗震性能滯回性能力控制-力保持或遞增位移控制-位移保持（但與疲勞不同）或遞增混合控制：在試件的屈服前力控制 ；屈服后以0.5 , 1.0 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 及12 倍的屈服位移進行位移控制；每級循環(huán)2次。當加載荷載降低到極限荷載85%時終止試驗。63節(jié)點抗震性能評價指標性問題滯回性能64節(jié)點抗震性能評價指標性問題滯回曲線處理-求屈服位移、極限位移通用屈服彎矩法；R.Park法及能量法三、柱的拼接 一般布置在反彎點區(qū)，避免大彎矩區(qū) 65第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 一般有兩種：鉸接、剛接 鉸接：1）鉸接框架腳66第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 鉸接：2）完全鉸接框架腳67第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 鉸接：3）輥軸式鉸支座68第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 剛接：承受彎矩，壓力由底板直接傳遞給基礎，剪力則由底板的剪力塊來傳遞。為保證一定的穩(wěn)定，還需加焊加勁肋69第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 剛接：通用型70第4節(jié) 多層鋼結構的關鍵設計四、柱腳 剛接：格構式柱一般采用分離式柱腳，每個柱肢即是一個軸心受壓的單獨柱腳，柱肢