高層建筑鋼結(jié)構(gòu)-第五章構(gòu)件的設(shè)計課件

1、5 構(gòu)件設(shè)計 5.1荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求 5.2 鋼梁的設(shè)計特點 5.3 鋼柱的設(shè)計特點 5.4 中心支撐桿件 5.5 偏心支撐桿件 5.6 其它抗側(cè)力構(gòu)件彈性階段整體分析，計算構(gòu)件內(nèi)力驗算構(gòu)件承載力和穩(wěn)定性驗算層間變形和頂層變形節(jié)點的計算與設(shè)計彈塑性階段結(jié)構(gòu)極限變形的驗算層間側(cè)移延性比的驗算舒適度的驗算5.1 荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求無地震作用時的組合1) 荷載效應(yīng)組合有地震作用時的組合式中：S結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值，包括組合的彎矩、軸力和剪力設(shè)計值； G重力荷載分項系數(shù)，一般情況采用1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力有利時，不應(yīng)大于1.0； Q1、Q2、w分別為樓面活荷載、雪荷載和風(fēng)荷

2、載等荷載分項系數(shù)，一般取1.4； Eh、Ev水平、豎向地震作用分項系數(shù)，當(dāng)僅計及單向地震作用時，取1.3，當(dāng)同時計算水平和豎向地震作用時，Eh1.3(0.5)，Ev0.5(1.3)； SGk、SQ1k、SQ2k、Swk分別為由永久荷載、樓面活荷載、屋面雪荷載和風(fēng)荷載等的標(biāo)準(zhǔn)值引起的構(gòu)件內(nèi)的荷載效應(yīng)；式中：SGE由重力荷載代表值引起的效應(yīng)，有吊車時，應(yīng)包括懸吊物重力標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。重力荷載代表值按建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)的5.1.3條取用； SEhk、SEvk分別為水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值引起的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)； w風(fēng)荷載組合系數(shù)，無地震作用的組合中取1.

3、0；有地震作用的組合中取0.2。當(dāng)驗算結(jié)構(gòu)的變形時，所有荷載分項系數(shù)均取1.0。重力荷載作用下梁的撓度限值 主梁l/400, 次梁l/250風(fēng)荷載下的位移限值 頂點質(zhì)心側(cè)移H/500； 層間質(zhì)心側(cè)移hi/400； 結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移不得超過質(zhì)心側(cè)移的1.2倍。第一階段抗震驗算的最大層間質(zhì)心側(cè)移限值hi/300，結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移，不得超過質(zhì)心側(cè)移的1.3倍。 其它“鋼混凝土”混合結(jié)構(gòu)的限值見GB50011-2001的5.5.1條。3) 正常使用極限狀態(tài)驗算舒適度（風(fēng)振加速度）限值 建筑物頂部最大加速度a限值為 公寓建筑a0.20m/s2 公共建筑a0.28m/s25.2 鋼梁的設(shè)計

4、特點(beams)1) 梁的強度 非抗震驗算：抗彎強度 抗剪強度 梁端尚應(yīng)驗算 抗震驗算：上公式的設(shè)計強度應(yīng)該除以抗震調(diào)整系數(shù)RE 。塑性發(fā)展系數(shù)2) 梁的整體穩(wěn)定抗震驗算要考慮抗震調(diào)整系數(shù)。當(dāng)梁端僅以腹板與柱(主梁)連接時，整體穩(wěn)定系數(shù)上應(yīng)乘以0.85的降低系數(shù)。當(dāng)為組合樓蓋，或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板與鋼梁翼緣有可靠連接時，可不驗算鋼梁的整體穩(wěn)定性?？拐饏^(qū)側(cè)向支撐的設(shè)置目的保證梁上塑性鉸能充分塑性轉(zhuǎn)動而不發(fā)生整體失穩(wěn)。位置兩端可能出現(xiàn)塑性鉸處； 梁的上下翼緣均應(yīng)設(shè)置； 相鄰側(cè)向支撐點間的側(cè)向長細(xì)比應(yīng)符合鋼規(guī)塑性 設(shè)計的有關(guān)規(guī)定，且滿足下表。鋼梁的容許側(cè)向長細(xì)比側(cè)向支承點間的構(gòu)件長細(xì)比 應(yīng)力比值框架

5、梁的板件寬厚比限值鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震等級的規(guī)定5.3 鋼柱的設(shè)計特點(columns)（梁，柱，中心支撐，偏心支撐，剪力墻板） 軸壓柱 框架柱 截面形式 強度、整體穩(wěn)定計算 局部穩(wěn)定計算 剛度計算，長細(xì)比 強柱弱梁要求，節(jié)點域兩個工字鋼組成的十字形截面也有大量應(yīng)用圓管截面多用于鋼管混凝土柱1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定使用凈截面面積1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定使用毛截面面積計算穩(wěn)定系數(shù)時，厚板多為c、d類1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算由長細(xì)比控制長細(xì)比不宜大于120，一般40-60局部穩(wěn)

6、定工字形截面箱形截面2) 框架柱（壓彎柱 beam-columns）承載力驗算強度驗算穩(wěn)定驗算抗震驗算時除RE彎矩作用平面內(nèi)：彎矩作用平面外： 計算長度計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型a）材料彈性b）只在節(jié)點承受豎向荷載c）所有柱子同時失穩(wěn)d）柱子失穩(wěn)時，相交于同一節(jié)點的橫梁對柱提供約束彎矩，按柱線剛度之比分配給柱，只考慮與該柱相連的橫梁e）無側(cè)移失穩(wěn)，橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等方向相反；有側(cè)移失穩(wěn)，橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等方向相同1212計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型關(guān)于梁柱線剛度比K

7、1和K2計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型無支撐框架：底層柱柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時 計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型強支撐框架：柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時 第i層框架柱用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型弱支撐框架：第i層框架柱用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。按無側(cè)移框架柱按有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型確定柱計算長度系數(shù)的方法小結(jié)： 確定框架類型

8、計算梁柱截面參數(shù) 求梁柱線剛度比 查表或簡化公式 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ99-98)柱在框架平面外的計算長度：與平面內(nèi)計算方法相同 確定框架類型 計算梁柱截面參數(shù) 求梁柱線剛度比 查表或簡化公式 有側(cè)移雙層框架 圖中數(shù)字為橫梁或柱子的線剛度 分析各柱在框架平面內(nèi)計算長度系數(shù) HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010線剛度例1柱C1,C3: 柱C2： 柱C4,C6： 柱C5： HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010無支撐純框架 1.0 柱腳剛接 1.0-2.0 柱腳鉸接 2.0 有支撐框架柱 1.0 圖示鉸接

9、柱腳的雙跨等截面柱框架 確定邊柱和中柱在框架平面內(nèi)的計算長度L=12mL=12mH=8m16*35010*80010*36012*30010*46016*300例2查有側(cè)移框架計算長度系數(shù)的規(guī)范表格：橫梁線剛度與邊柱線剛度比值橫梁邊柱中柱 用近似公式計算兩個橫梁線剛度之和與中柱線剛度比值：兩種方法計算結(jié)果一致近似公式 基礎(chǔ)鉸接的雙跨框架 已知：一階分析的軸壓力，彎矩，水平力， 框架平面外有足夠支撐不發(fā)生彎扭屈曲， 鋼材為Q235，截面與例2同。 確定柱的承載力例3P2PPP2PP0.2P0.384PKN.M0.048P0.104P0.048P0.416PKN.M0.416PKN.M0.348P

10、KN.M0.348PKN.M0.832PKN.M0.384PKN.M解: (1)先計算邊柱的承載力邊柱的截面特性：彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定承載力:長細(xì)比按b類截面查按穩(wěn)定確定邊柱承載力對于有側(cè)移框架，等效彎矩系數(shù)按強度確定邊柱的承載力（2）再計算中柱的承載能力 中柱的截面特征：按彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定來承載能力長細(xì)比仍按b類截面查表按強度確定邊柱的承載能力由由經(jīng)比較可知，P之最小值為381.8KN，是由中柱的穩(wěn)定承載力決定的。式中：Wpc、Wpb分別為節(jié)點處柱和梁的截面塑性模量；N為柱軸向壓力設(shè)計值；Ac為柱截面面積；為超強系數(shù)，一級1.15、二級1.10、三級1.05A.當(dāng)柱所在樓層的受剪承載力比

11、相鄰上一層的受剪承載力高出25；B.柱軸向力設(shè)計值與柱全截面面積和鋼材抗壓強度設(shè)計值乘積的比值不超過0.4；C.作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力的組合下穩(wěn)定性得到保證時；D.與支撐相連接的節(jié)點。3) 抗震時，純框架的強柱弱梁要求可不按上式驗算4) 柱的構(gòu)造要求框架柱的長細(xì)比限值為 一、二、三、四抗震等級時，長細(xì)比限值為60、80、100、120Q235鋼，其它應(yīng)乘以框架柱板件的寬厚比限值：5.4 中心支撐桿件支撐桿承載力驗算（按小震壓桿設(shè)計，保證彈性承載力）式中：N設(shè)計內(nèi)力。 循環(huán)荷載下的強度降低系數(shù)。 正則化長細(xì)比。長細(xì)比限值（我國） 120 一、二、三級不得采用拉桿設(shè)計，四級采用拉桿設(shè)計時，長

12、細(xì)比限值為180Q235鋼，其它應(yīng)乘以支撐板件寬厚比限值適用于Q235鋼，其它鋼號應(yīng)乘以 (工形、箱形)或 (圓管)桿件兩個方向長細(xì)比均應(yīng)滿足此表可以發(fā)現(xiàn)支撐板件寬厚比限值比柱子還要嚴(yán)格，原因？5.5 偏心支撐桿件1) 支撐桿的承載力驗算式中：N支撐斜桿軸力設(shè)計值，取與支撐斜桿相連的消能梁段達到受剪承載力時支撐斜桿軸力； 軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C；內(nèi)力增大系數(shù) 一級不應(yīng)小于1.4 二級不應(yīng)小于1.3 三級不應(yīng)小于1.2如此規(guī)定支撐內(nèi)力設(shè)計值的原因是什么？2) 偏心支撐的構(gòu)造要求長細(xì)比板件寬厚比可以發(fā)現(xiàn)偏心支撐板件寬厚比限值比很寬松，原因？3) 偏心支撐框架梁的構(gòu)造要求在消能梁段上要配置中間加勁肋；在梁上與支撐翼緣對應(yīng)的位置上應(yīng)設(shè)置支承加勁肋；消能梁段中間加勁肋的配置要求消能梁段端部側(cè)向支撐的布置偏心支撐框架結(jié)構(gòu)的框架部分可與純框架結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求一致。當(dāng)房屋高度不高于100m，且框架部分按計算分配的地震作用不大于結(jié)構(gòu)底部總地震剪力的25%時，一、二、三級的抗震構(gòu)造措施可按框架結(jié)構(gòu)降低一級的相應(yīng)要求采用。（本條對于中心支撐框架同樣適用）4) 框架部分的抗震構(gòu)造要求5.6 其它抗側(cè)力構(gòu)件1) 剪力墻板非抗震設(shè)防及6度設(shè)防，可不設(shè)肋，考慮屈曲后強度7度及7度以上抗震設(shè)防，設(shè)肋2) 內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻以鋼板為基本支撐，外包混凝土墻板的預(yù)制裝配式抗側(cè)力構(gòu)件在