多層鋼結構設計

第四章多層鋼結構設計4.1多層鋼結構體系4.2多層鋼結構的荷載效應和組合4.3多層鋼結構的內力分析4.4鋼與混凝土組合板和組合梁4.5多層鋼結構的連接4.6多層鋼結構設計實例4.1多層鋼結構體系多層鋼結構一般采用框架類結構體系，也稱多層鋼框架結構；多層鋼結構一般由柱、梁、樓蓋結構、支撐結構、墻板或墻架組成。層數(shù)<=10；高度<=60m受力特點：豎向力/側向力一、多層鋼結構類型多層鋼結構類型柱-支撐體系：梁柱節(jié)點均為鉸接，縱、橫向沿柱高設置柱間支撐（抗側力構件），適用于柱距不大但允許雙向設置支撐的建筑物；設計安裝簡便，側向剛度大，構件受力明確，耗鋼量小；純框架體系：縱橫兩個方向均為剛接框架，適用于柱距較大但無法設置支撐的建筑物；節(jié)點構造較復雜，用鋼量較大；多層鋼結構類型框架-支撐體系：縱向柱-支撐體系，橫向為純框架體系，一方面滿足建筑功能要求，另一方面，簡化設計、施工，減小用鋼量?？蚣?支撐組合體系混合體系二、多層鋼結構布置原則多層鋼結構布置原則柱網(wǎng)及梁系布置合理，縱、橫向剛度均勻，構件傳力明確、類型統(tǒng)一，節(jié)點構造簡單，便于施工；應采用平面剛性樓蓋，保證空間整體剛度及空間協(xié)調工作；橫向框架為柱-支撐體系且采用平面剛性樓蓋時，柱間支撐間距不大于4L；鋼柱及支撐沿豎向可以變截面，但應防止層間剛度突變；柱-支撐體系剛度大，用鋼量省，條件允許時應優(yōu)先選用；支撐布置應合理、均勻。4.2多層鋼結構荷載效應和組合荷載效應計算荷載效應組合一、荷載效應計算荷載載效效應應計計算算永久久荷荷載載：：分分項項系系數(shù)數(shù)1.2；1.35；1.0可變荷荷載：：分項項系數(shù)數(shù)1.4雪荷載積灰荷載樓面活荷載載：>=4.0kN/m2時，分項系系數(shù)1.3屋面活荷載載風荷載荷載效應計計算偶然荷載：：地震荷載載水平地震作作用（內力力組合中起起主要作用用）多遇地震（（應）：承承載力及變變形驗算；；振型分解解反應譜法法/彈性時程分分析/底部剪力力法罕遇地震震（宜））：彈塑塑性時程程分析/靜力彈塑塑性分析析（pushover）荷載效應應計算水平地震震影響系系數(shù)α振型數(shù)不不少于3個，振型型疊加采采用平方方和開方方（SRSS）或完全全二次項項（CQC）GE重力荷載載代表值值：GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKTk=0/0.5/1.0振型分解解反應譜譜法典型型公式荷載效應應計算豎向地震震作用（（僅在計計算多層層框架內內大跨度度或大懸懸臂構件件時考慮慮）豎向地震作作用系數(shù)αv:8度0.1/9度0.2二、荷載效效應組合荷載效應組組合不考慮地震震的組合可變荷載控控制：永久荷載控控制：荷載效應組組合考慮地震的的組合4.3多層鋼結構構的內力分分析一般規(guī)定計算方法多層鋼結構構的梁多層鋼結構構的柱多層鋼結構構的支撐一、一般規(guī)規(guī)定一般規(guī)定平面布置規(guī)規(guī)則的多層層框架，宜宜采用平面面計算模型型，平面不不規(guī)則時，，宜采用空空間計算模模型；地震作用效效應分析時時，結構及及附屬質量量集中在各各樓層，應應按不同維維護結構對對自振周期期折減（0.9/0.85/0.8），維護墻墻體只計質質量不計剛剛度；多層框架宜宜采用專門門軟件計算算或手算；；一般規(guī)定多層框架柱柱的計算長長度H0=μHμ為計算長度度系數(shù)，根根據(jù)上下下端匯交的的橫梁與框框架柱線剛剛度之比（（k1=IB/L:IC/H，K2）查表確確定。有側移框架架和無側移移框架一般規(guī)定風荷載作用用下，Δ<=H/500/δ<=h/400；多遇地震震，δ<=h/250；框架梁與壓壓型鋼板組組合樓板可可靠連接時時，框架梁梁截面中應應計入混凝凝土樓板的的作用，樓樓蓋主梁I=2Is/其它I=1.5Is；基本周期T1的估算（剛剛度沿高度度分布均勻勻的鋼框架架）：二、計算方方法計算方法精確方法：：矩陣位移法法有限元法近似方法：：分層法（豎豎向荷載））半剛架法、、改進反彎彎點法（D值法）（水水平荷載，，框架）懸臂鉸接桁桁架（水平平荷載，柱柱-支撐）三、多層鋼鋼結構的梁梁多層鋼結構構的梁梁的截面形形式軋制或焊接接H形鋼不對稱H形鋼蜂窩梁截面面多層鋼結構構的梁梁的的設設計計按受受彎彎構構件件設設計計應采采用用最最不不利利截截面面的的最最不不利利組組合合內內力力進進行行梁梁截截面面驗驗算算，，最最不不利利截截面面一一般般在在梁梁的的兩兩端端、、跨跨中中或或集集中中荷荷載載作作用用點點；；框架梁截截面調整整幅度較較大（30%）時，應應重新進進行內力力分析；；樓板為壓壓型鋼板板組合樓樓板且與與梁可靠靠連接，，按鋼-混凝土組組合樓蓋蓋進行設設計。四、多層層鋼結構構的柱多層鋼結結構的柱柱柱的截面面形式軋制或焊焊接H形鋼十字形截截面方鋼管圓鋼管多層鋼結結構的柱柱鋼柱的設設計鋼柱為偏偏心受壓壓構件；；鋼柱應按按兩個主主軸方向向分別進進行強度度和穩(wěn)定定性驗算算；對厚鋼板板（>60,Q235；>36，Q345）應考慮慮鋼材沿沿厚度方方向的性性能，防防止分層層。五、多層層鋼結構構的支撐撐多層鋼結結構的支支撐支撐的布布置和形形式支撐布置置原則：：承受水水平荷載載，保證證結構穩(wěn)穩(wěn)定性，，避免過過大的次次應力和和溫度應應力平面布置置：支撐撐應沿結結構縱向向和橫向向分別布布置，最最好沿結結構主軸軸對稱，，如正方方平面，，支撐布布置在房房屋中央央和四角角；長方方形平面面，支撐撐布置在在長邊的的兩端和和中部，，沿橫向向多布，，沿縱向向少布。。沿高度度布置置：最最好上上下貫貫通，，否則則應至至少搭搭接一一層。。支撐形形式：：X形支撐撐/K形支撐撐/華倫氏氏支撐撐多層鋼鋼結構構的支支撐支撐的的計算算：一般按按拉/壓桿計計算；；支撐承承受水水平剪剪力：：實際水水平荷荷載產(chǎn)產(chǎn)生的的層間間剪力力或；；多層鋼鋼結構構的支支撐還要考考慮豎豎向荷荷載引引起的的附加加內力力，受受壓交交叉斜斜撐交叉斜斜撐按按拉桿桿設計計時，，不考考慮附附加內內力，，其連連接應應按荷荷載作作用下下的拉拉力和和其臨臨界壓壓力設設計。。支撐按按內力力設計計時，，端部部的連連接承承載力力宜按按設計計內力力提高高10%~15%計算4.4鋼與混混凝土土組合合板和和組合合梁鋼與混凝土土組合板鋼與混凝土土組合梁一、鋼與混混凝土組合合板壓型鋼板+鋼筋混凝土土鋼與混凝土土組合板設計原則組合板的設設計應考慮慮施工和使使用兩個階階段施工階段：：壓型鋼板板為混凝土土模板，應應對其進行行強度和變變形驗算；；永久荷載載（壓型鋼鋼板及混凝凝土自重））+可變荷載（（施工荷載載及附加荷荷載）使用階段：：在全部荷荷載作用下下，對組合合板或鋼筋筋混凝土樓樓板（壓型型鋼板僅用用作模板，，厚度hc）進行強度度和變形驗驗算鋼與混凝土土組合板壓型鋼板跨跨中變形v>20mm時，確定混混凝土自重重時應考慮慮凹坑效應應，厚度+0.7v或增設支撐撐組合板有局局部荷載時時，有效寬寬度的確定定抗彎計算：：簡支板bem=bm+2lp(1-lp/l)；連續(xù)板bem=bm+[4lp(1-lp/l)]/3抗剪計算：：bem=bm+lp(1-lp/l)其中：bm=bp+2(hc+hf)鋼與混凝土土組合板施工階段計計算壓型鋼板為為混凝土模模板，應對對其進行強強度和變形形驗算，可可采用彈性性分析方法法，順肋方方向的正負負彎矩和撓撓度均按單單向板計算算，不考慮慮垂直肋方方向的正、、負彎矩。。使用階段計計算當hc=50-100mm時，可按以以下規(guī)定設設計：順肋肋方向的正正彎矩和撓撓度均按單單向簡支板板計算，負負彎矩按嵌嵌固端考慮慮，不考慮慮垂直肋方方向的正、、負彎矩。。鋼與混凝土組組合板組合板設計施工階段驗算算：壓型鋼板；強度和撓度及及腹板局部屈屈曲承載力驗驗算。使用階段設計計：組合板；正截面抗彎承承載力/抗沖剪承載力力/斜截面抗剪承承載力/負彎矩段的截截面強度和裂裂縫寬度鋼與混凝土組組合板正截面抗彎承承載力：塑性性設計方法，，假定截面受受拉、受壓區(qū)區(qū)材料均達到到強度設計值值（折減0.8）Asf<fcmhcb時，塑性中和和軸在壓型鋼鋼板上翼緣以以上混凝土內內，M=<0.8fcmxccby；xcc=Asf/fcmb；y=h0-xcc/2Asf>fcmhcb時，塑性中和和軸在壓型鋼鋼板內，M=<0.8(fcmhcby1+Ascfy2)；Asc=0.5(As-fcmhcb/f)；鋼與混凝土組組合板抗沖剪承載力力Vp=<0.6ftcphc斜截面抗剪承承載力Vc=<0.07fcmbh0鋼與混凝土組組合板負彎矩段的截截面強度和裂裂縫寬度按《混凝土結構設設計規(guī)范》計算組合板撓度分分別按荷載短短期效應組合合和長期效應應組合計算。。組合板構造要要求壓型鋼板凈厚厚度>=0.75mm，鍍鋅層厚度度滿足防腐要要求；澆注混凝土的的槽（肋）寬寬>=50mm；槽內設圓柱柱頭焊釘連接接件時壓型鋼鋼板高=<80mm；組合板厚度>=90mm，hc>=50mm；組合板端部必必須內設圓柱柱頭焊釘連接接件，將壓型型鋼板凹肋焊焊牢于鋼梁上上，圓柱頭焊焊釘直徑s=3m,13-16/s=3m-6m,16-19/s>6m,19鋼與混凝土組組合板組合板在鋼梁梁上支承長度度>=50mm必要時組合板板應配置鋼筋筋：附加抗拉拉鋼筋/負彎矩區(qū)連續(xù)續(xù)鋼筋/集中荷載或孔孔洞周圍分布布鋼筋/為改善防火的的受拉鋼筋…組合板負彎矩矩區(qū)裂縫寬度度<=0.3mm/0.2mm抗裂鋼筋/分布鋼筋二、組合梁設設計由鋼梁及支承承在其上的鋼鋼筋混凝土翼翼板構成鋼筋混凝土抗抗壓/鋼材抗拉/協(xié)同工作，充充分發(fā)揮材料料作用組合梁設計組合梁的分類類普通混凝土翼翼板組合梁壓型鋼板組合合梁預制裝配式混混凝土板組合合梁組合梁設計組合梁的優(yōu)點點節(jié)約鋼材，降降低造價；增大截面剛度度，減小鋼梁梁撓度；減小結構高度度及建筑物總總高度；增強結構整體體性；鋼梁為組合板板支撐，節(jié)約約模板，縮短短工期組合梁設計組合梁的缺點點耐火等級差；；需在鋼梁上焊焊接連接件4.5多層鋼結構的的連接連接的一般規(guī)規(guī)定梁柱節(jié)點柱