多高层钢结构设计1.ppt

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1、,多高层钢结构设计,内容提要,4.1 多高层钢结构的特点与结构体系4.2 多高层钢结构的计算特点,4.3 多层多跨框架设计4.4 组合楼盖设计,多高层钢结构设计,4.1 多高层钢结构的特点与结构体系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系1,4.1.1 多高层钢结构的特点,高层建筑发展的基本原因 a)经济的发展；b)城市人口增多；c)建设用地减少；d)地价上涨；e)建筑科技进步；f)轻质高强材料的应用。,高层建筑的发展简况,城市人口集中，用地紧张，以及商业竞争的激烈化，促使近代高层建筑的出现和发展。,中国最早的高层建筑是一些寺、塔。,2023/2

2、/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系1,国外高层建筑发展的3个阶段,第一阶段，在19世纪中期之前，欧洲和美国一般只能建造6层左右的建筑。,第二阶段，从19世纪中叶开始到20世纪50年代，世界上第一幢近代高层建筑是美国芝加哥的家庭保险公司大楼，11层，高55m，建于1884年。到19世纪末，高层建筑已突破100m大关。1931年在美国纽约曼哈顿建造的102层、高381m的著名的帝国大厦，它保持世界最高建筑记录达42年之久。,第三阶段，从20世纪50年代到现在，高层建筑已出现多种结构体系。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,高层结构体系的发展

3、过程,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系1,我国多高层钢结构自20世纪80年代中期起步，随后在北京、上海、深圳、大连等地陆续建成大量多高层建筑钢结构。,多高层钢结构的特点,自重轻,抗震性能好,有效使用面积高,建造速度快,防火、防腐性能差,框架结构体系（梁、柱刚接）：包括各层楼盖平面内梁格系统和竖直平面内梁、柱组成的平面刚接框架体系；结构体系的整体性取决于梁、柱的刚度、强度以及节点刚接构造的可靠性；层数、层高和柱距是结构设计应该考虑的主要因素；对30层左右的楼房较为合适。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的

4、特点与结构体系2,4.1.2.多高层钢结构的结构体系1,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,框架结构体系水平荷载是刚接框架结构设计的控制荷载，水平荷载作用下，结构的变形由弯曲变形和剪切变形两部分组成，后者可占总水平位移的80%。优点是建筑平面布置灵活，适用于各类建筑；缺点是侧向刚度较差，在风荷载或地震荷载作用下，层间侧移较大。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,框架-剪力墙结构体系剪力墙是承受水平剪力、控制结构水平侧移的行之有效的结构措施；剪力墙包括钢筋混凝土剪力墙、钢板剪力墙及刚度较大的支撑；,2023/2

5、/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系2,4.1.2.多高层钢结构的结构体系2,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,框架-剪力墙结构体系在水平荷载作用下，框架受弯，剪力墙受剪，共同承受水平荷载作用；框架-剪力墙结构适用于40层左右的高层钢结构，结构高于40层时，应采取加强和改进措施，如在楼高度适当位置加设水平层桁架；,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的

6、特点与结构体系2,-框架-支撑结构体系,4.1.2.多高层钢结构的结构体系3,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系2,-框架-筒体结构体系,4.1.2.多高层钢结构的结构体系4,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系2,-筒体结构体系,西尔斯(Sears)大楼筒体变化图,筒中筒结构,4.1.2.多高层钢结构的结构体系5,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.1多高层钢结构的特点与结构体系2,-巨型框架体系,4.1.2.多高层钢结构的结构体系6,2023/2/16,昆明理工大学 城

7、市学院 土木系,第四章 多高层钢结构设计,4.2 多高层钢结构的计算特点,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点1,4.2.1 荷载1,水平方向的风荷载和地震作用，对高层钢结构设计起着主要的控制作用,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点2,1.竖向荷载,永久荷载（结构自重）,可变荷载（楼面及屋面活荷载）,注：相关荷载按建筑结构荷载规范（GB50009-2001)的有关条文取值。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点3,2.风荷载,-风压高度变化系数,-风荷载体

8、型系数,-顺风向z高度处的风振系数,注：相关系数按建筑结构荷载规范（GB50009-2001)和高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）的有关条文取值。,式中，-任意高度处的风荷载标准值（kN/m2）,-高层建筑基本风压（kN/m2）,风荷载标准值 由下式计算,基本风压：当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0为标准，按v02/1600确定的风压值.,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点4,3.地震作用,抗震设防烈度按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度;必须按国家规定的权限审批、颁发的

9、文件（图件）确定;设防范围6-9度,抗震设防目标（三水准两阶段）,三水准小震不坏、中震可修、大震不倒,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,两阶段设计,4.2 多高层钢结构的计算特点5,注：1）第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；2）大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,三水准地震作用的标定,4.2 多高层钢结构的计算特点6,基本假定地震强度呈极值分布烈度符合极值III型,Im=I0-1.55 Is=I0+1,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,建筑类别与设防标准,4.2 多高层钢结构

10、的计算特点7,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,地震作用计算,4.2 多高层钢结构的计算特点8,1)一般说明和计算原则,影响设计地震作用的因素,地震动特性方面抗震设防烈度设计近远震场地类别,结构特性方面结构自振周期建筑质量（重力荷载）结构阻尼比（材料）,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点9,设计地震作用的方向,设计地震作用的方向水平（两个）竖向（一个）结构效应的方向平动（两个水平、一个竖向）扭转（竖轴）,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点10,地震作用的计算范围和原则,计算范围水平

11、地震作用竖向地震作用,水平地震作用的计算原则,一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算；斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算；质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点11,地震作用的计算方法及其适用范围,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点12,计算模型集中质量模型,多高层房屋无扭转有扭转单层厂房横向纵向,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点13,2）设计反应谱,

12、地震影响系数曲线,图中，,曲线下降段的衰减指数,阻尼比,1下降斜率调整系数,2阻尼调整系数,动力系数,地震系数,地震影响系数,最大地震作用,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点14,特征周期 Tg（s）,水平地震影响系数最大值,max和Tg分别按下列表格取值,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点15,3）水平地震作用计算,底部剪力法,计算方法底部剪力的计算地震作用沿高度的分配顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物,Geq结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85

13、或 Geq=Sum(Gi)*0.80,四层框架结构，建造于8度区，I类场地，设计基本地震加速度0.20g，设计地震分组为第三组，结构层高和层重力代表值如图，结构基本周期为0.56s。求：各层水平地震作用标准值。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,底部剪力法：例题1,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,6层钢框架结构，如图，设防烈度为8度，设计基本地震加速度0.20g，设计地震分组为第二组，场地类别III类，G1=7000kN,G2-5=6000kN,G6=4800kN，结构基本自振周期T1=1.2s。求：结构总水平地震作用标准值FEK（kN）。,底部剪力法：例

14、题2,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点16,振型分解反应谱法,计算振型,计算地震影响系数和振型参与系数,计算振型地震作用,计算振型地震效应,振型组合,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点17,时程分析法,竖向特别不规则的建筑高度较大的建筑采用时程分析法进行补充计算采用能反应当地场地特征的地震波不能少于4条，其中宜包括一条本地区历史上发生地震时的实测记录波地震波的持续时间不宜过短，宜取1020s或更长,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点18,荷载效应组合

15、,不考虑地震的组合,可变荷载控制：,永久荷载控制：,考虑地震的组合,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点19,4.2.2 结构计算,1.结构计算的一般原则,结构计算可采用弹性方法计算。抗震设防结构尚应考虑罕遇地震下的弹塑性计算；,现浇组合楼盖可假设在其自身平面内绝对刚性；,弹性分析时，宜考虑现浇楼盖与钢梁的共同工作，此时应保证楼板与钢梁间有可靠连接；弹塑性分析时，不宜考虑楼板与钢梁的共同工作；,计算模型应视具体结构形式和计算内容确定，一般情况下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、不计扭转效应时，可采用平

16、面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应采用空间结构计算模型；,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点20,高层建筑钢结构梁柱构件的跨高比较小，计算结构的内力和位移时，除考虑梁、柱的弯曲变形和柱的轴向变形外，尚应计算梁、柱的剪切变形；,钢框架剪力墙体系中，现浇剪力墙的计算按照钢筋混凝土结构设计，应记入墙的弯曲、剪切和轴向变形；,柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接连接计算，其端部连接的刚度通过支撑构件的计算长度加以考虑；若采用偏心支撑，由于耗能梁段在大震时将首先屈服，计算时应取为单独单元

17、；,钢框架支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计算；框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25和框架部分地震剪力最大值1.8倍两者中的较小者。,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距；人字形和V形支撑组合的内力设计值应乘以增大系数，可取1.5。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点21,2.内力与位移计算,规范规定在进行内力及位移分析时可以采用较为精确的程序计算方法，也可以采用近似的简化计算方法。,程序计算的基本方法矩阵位移法,简化近似计算方法分层

18、法、D值法,采用近似计算方法计算高层钢结构的内力与位移时，尚应注意以下问题应考虑梁柱节点域的剪切变形对侧移的影响；高层建筑钢结构的P-效应较强，一般应验算结构的整体稳定性。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点22,高层建筑钢结构的P-效应较强，一般应验算结构的整体稳定性。但同时符合下列条件时，可不验算结构的整体稳定。（1）结构各楼层柱的长细比和平均轴压比满足,式中：,m楼层柱的长细比；,Nm楼层柱的平均轴压力设计值；,Npm楼层柱的平均全塑性轴压力；,式中：,fy钢材的屈服强度；,Am柱截面面积的平均值；,2023/2/16,昆明理工大学 城市学

19、院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点23,（2）结构按一阶线弹性计算所得的各楼层层间相对位移值满足,式中：,u按一阶线弹性计算所得的层间位移；,Fh计算楼层以上全部水平作用之和；,对不符合以上两条件的高层建筑钢结构，需验算结构的整体稳定。,Fv计算楼层以上全部竖向作用之和；,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点24,3.承载力验算,钢结构构件的承载能力应满足下列公式要求：,非抗震设计,第一阶段抗震设计时,式中：,0结构重要性系数；,S地震作用效应组合设计值；,R结构构件承载力设计值；,RE结构构件承载力的抗震调整系数；,构件承载力抗震调整系数

20、,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.2 多高层钢结构的计算特点25,4.位移限制,不考虑地震作用时，结构在风荷载作用下,第一阶段抗震设计,顶点侧移,层间侧移,层间侧移,第二阶段抗震设计,层间侧移,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,第四章 多高层钢结构设计,4.3 多层多跨框架设计,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计1,4.3.1 构件设计,-框架梁设计,-框架梁的截面形式,(a)轧制或焊接H形钢；(b)不对称H形钢；(c)蜂窝梁截面,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计2,

21、4.3.1 构件设计,-框架梁设计,梁的抗弯强度,梁的抗剪强度,梁的整体稳定：刚性铺板或支撑体系,梁的局部稳定：限制宽厚比,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计3,-框架柱设计,-框架柱的截面形式：,H型钢柱：应用较广焊接工字形截面：可灵活地调整截面特性焊接箱形截面：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大钢管混凝土的组合柱：提高管状柱的承载力、防火性能轧制型钢：,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计4,压(拉)弯构件截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到柱的设计轴力值N，则可以承受1.2 N的轴心受

22、压构件来初拟柱截面尺寸）大致可按每34层作一次变截面；尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过100mm；柱板件宽厚比不应大于表4.9的规定）框架柱长细比的规定,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计5,设计要求-强柱弱梁,使塑性铰出现在梁端而不是在柱端，抗震设防的柱在任一节点处，宜满足下列要求：,Wpc，Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩；fyc，fyb：柱和梁钢材的屈服强度；N：按多遇地震作用组合得出的柱轴力；AC：柱的截面面积；：强柱系数（超过6层的钢框架，6度类场地和7度时可取1.0，8度时可取1.05，9度时可取1.15；,2023

23、/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计6,在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。（规范表D-2）满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无侧移情形确定。（规范表D-1）,计算长度的确定,K1，K2：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计7,轴压比验算,强度,柱平面内、外稳定验算,柱的局部稳定：限制板件宽厚比,-框架柱设计,水平支撑布置,横向水平支撑纵向水平支撑,临时水平支撑：为了建造和安装的安全而设置永久水平支撑：通常在水平构件不能构成水平刚 度大

24、的隔板时设置,水平支撑,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计8,水平支撑布置,楼盖水平刚度不足时布置水平支撑,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计9,竖向支撑设计,中心支撑:斜腹杆都连接于梁柱节点,偏心支撑:斜腹杆不都连接于梁柱节点,两根柱构件间设置一系列斜腹杆,竖向支撑,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计10,一、中心支撑,所有形式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。,(b)单斜杆,(a)十字交叉斜杆,(c)人字形斜杆,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3

25、 多层多跨框架设计11,(d)K形斜杆,(e)跨层跨柱设置,抗震设防的结构不得采用K形斜杆体系,所有形式的支撑体系都可以跨层跨柱设置,4.3 多层多跨框架设计12,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,二、斜杆体系,只能受拉的单斜杆体系，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截面面积在水平方向的 投影面积之差不得大于10,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计13,对支撑杆件长细比的要求,抗震设防的结构，长细比限值规定如下：,非抗震设防结构中的中心支撑：（1）按只能受拉的杆件设计时，其长细比不应大于 300(235fy)

26、1/2；（2）按既能受拉又能受压的杆件设计时，其长细比不应大于150(235fy)1/2。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计14,支撑斜杆宜采用双轴对称截面；当采用单轴对称截面时，应采取防止绕对称轴屈曲的构造措施；结构抗震设防烈度不小于7度时，不宜用双角钢组合T形截面。7度及以上抗震设防的结构，当支撑为填板连接的双肢组合构件时，肢件在填板间的长细比不应大于构件最大长细比的1/2，且不应大于40；与支撑一起组成支撑系统的横梁、柱及其连接，应具有承受支撑斜杆传来内力的能力；与人字支撑、V形支撑相交的横梁，在柱间的支撑连接处应保持连续；,三、中心支撑的设计

27、要点,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计15,计算人字形支撑体系中的横梁截面时，尚应满足在不考虑支撑的支点作用情况下按简支梁跨中承受竖向集中荷载时的承载力；按8度及以上抗震设防的结构，可以采用带有消能装置的中心支撑体系；高层钢结构在水平荷载作用下变形较大，须考虑P-效应；人字形和V形支撑尚应考虑支撑跨梁传来的楼面垂直荷载；对于十字交叉支撑、人字形支撑和V形支撑的斜杆，尚应计入柱在重力下的弹性压缩变形在斜杆中引起的附加压应力。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计16,四、中心支撑节点的构造形式,重型支撑,轻型支撑

28、,双节点板,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计17,中心支撑节点的构造形式（续）,地震区的工字形截面中心支撑宜采用轧制宽翼缘H型钢如果采用焊接工字形截面，则其腹板和翼缘的连接焊缝应设计成焊透的对接焊缝与支撑相连接的柱通常加工成带悬臂梁段的形式，以避免梁柱节点处的工地焊缝,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计18,几何特征：支撑斜杆不交于梁柱节点力学特征：位于支撑斜杆与梁柱节点(或支撑斜杆)之间的耗能梁段，一般比支撑斜杆的承载力低，同时具有在重复荷载作用下良好的塑性变形能力设计目的：在正常的荷载状态下，偏心支撑框架

29、具有足够 的水平刚度；在遭遇强烈地震作用时，耗能梁段首先屈服吸收能量。,偏心支撑:斜腹杆不都连接于梁柱节点,(a)门架式,(b)单斜杆式,(d)V形,(c)人字形,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计19,构造措施,支撑斜杆轴力的水平分量较大时，除降低此梁段的受剪承载力外，还需减少该梁段的长度，保证得到良好的滞回性能。耗能梁段的腹板不得贴焊补强板，也不得开洞。耗能梁段与支撑连接处，在其腹板两侧配置加劲肋。耗能梁段腹板的中间加劲肋，需按梁段的长度区别对待。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计20,2023/2/16

30、,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计21,耗能梁段与柱的连接要求,耗能梁段与柱连接时，其长度不得大于1.6MlpVl；耗能梁段翼缘与柱翼缘之间应采用坡口全熔透对接焊缝连接，耗能梁段腹板与柱之间应采用角焊缝连接；耗能梁段与柱腹板连接时，耗能梁段翼缘与连接板间应采用坡口全熔透焊缝，耗能梁段腹板与柱间应采用角焊缝；耗能梁段要承受平面外扭转，与耗能梁段处于同一跨内的框架梁，同样承受轴力和弯矩，为保持其稳定，耗能梁段两端上下翼缘应设置侧向支撑。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计22,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.

31、3 多层多跨框架设计23,中心支撑构件可用单斜杆、十字交叉斜杆、人字形或V形斜杆体系,-中心支撑构件,设计时应注意1）在计算中心支撑斜杆内力时，地震力应乘以增大系数，单斜杆支撑和交叉支撑乘以1.3，人字形支撑和V形支撑乘1.5。2）在多遇地震作用组合下，支撑斜杆的抗压验算按下式进行：,支撑斜杆宜采用双轴对称截面，当采用单轴对称截面时，宜防止出现绕截面对称屈曲。,3）刚度：满足相关长细比的要求,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计24,4.3.2 连接节点设计,-节点设计的一般要求,梁柱连接,柱柱连接,梁梁连接,满足传力可靠、构造简单、具有抗震延性及施工方

32、便的要求。,非抗震设计，弹性受力阶段设计,第一阶段抗震设计，弹性受力阶段设计,第二阶段抗震设计，弹塑性受力阶段设计，按照结构抗震设计遵循的原则，节点的极限承载力要高于构件本身的承载力。,梁与柱的连接,刚性连接柔性连接半刚性连接,梁与柱的连接形式,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计25,梁与柱的连接形式,按连接转动刚度的不同可分为：,柔性连接1,半刚性连接2,刚性连接3,梁腹板传递竖向剪力,梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩,梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力,连接角钢、端板、支托,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计2

33、6,完全焊接、完全栓接、栓焊混合,完全焊接,全熔透坡口焊缝,设置衬板,且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度,柱在梁翼缘对应位 置设置横向加劲肋,为便于施焊，梁腹板要切去两角,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计27,完全焊接连接的计算方法,常用计算法,精确计算法,梁翼缘,梁端全部弯矩,梁腹板,梁端全部剪力,梁翼缘,梁腹板,承担Mf,同时承担Mw和梁端全部剪力V,梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计28,栓焊混合连接时的常用计算法,追加Anwfv/2作为螺栓所承担的剪力验

34、算!,梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度,梁腹板高强螺栓的抗剪承载力,考虑焊接热影响对高强度螺栓预拉力损失,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计29,完全栓接,设计注意事项：当梁翼缘提供的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列当计算只需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数不得小于计算值的1.5倍,螺栓都采用高强摩擦型螺栓,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计30,混合连接,注:连接钢板足够厚，作为刚接,支托传递剪力,半刚接混合连接,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土

35、木系,4.3 多层多跨框架设计31,产生裂缝的原因,缺陷：未焊透、气泡、凹坑、焊脚尺寸的突变；焊接处材料韧性低下。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计32,改进意见：最好在焊后将衬板除去并补焊翼缘坡口焊的焊根；如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的衬板应有足够的角焊缝消除间隙；同时，腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最低冲击功作出了规定。,改进的节点构造-1(骨形连接 Moment Connection),Dogbone,梁翼缘局部削弱，形成骨形连接；,削弱使塑性铰自梁端外移,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系

36、,4.3 多层多跨框架设计33,改进的节点构造-2(梁端部加腋),塑性铰所在截面,加强迫使塑性铰自梁端外移,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计34,（a）,（c）,（b）,柔性连接,设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可全部采用柔性连接。,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计35,连接角钢或端板偏上放置：上翼缘处变形小。,承托,牛腿,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计36,柔性连接,半刚性连接,半刚性连接必须有抵抗弯矩的能力，但无需像刚性连接那么大,介于刚性连接与柔性连接

37、之间。,传递弯矩,传递弯矩,传递剪力,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计37,端板-高强螺栓连接,上边伸出下边不伸出,上边伸出下边伸出,可设柱加劲肋,剪力,拉力,受拉翼缘的四个螺栓对称布置,压力区螺栓和拉力区的螺栓,压力,端板或柱翼缘,传递,承压传递,传递,4.3 多层多跨框架设计38,柱的拼接连接,拼接位置：楼层半高；避开弯矩较大区域焊缝传力端部铣平传力连接板传力横向填板传力,4.3 多层多跨框架设计39,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.3 多层多跨框架设计40,节点域稳定,

38、-节点计算,节点域抗剪强度,连接弹塑性设计,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,第四章 多高层钢结构设计,4.4 组合楼盖设计,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计1,-确定楼盖结构方案时，应考虑以下要求：,-保证楼盖有足够的平面整体刚度,-减轻结构的自重及减小结构层的高度,-有利于现场安装方便及快速施工,-钢结构常用楼盖做法,-压型钢板组合楼板,-预制楼板,-叠合楼板,-普通现浇楼板,-具有较好的防火、隔音性能，并便于管线的铺设,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计2,4.4.1 压型钢板的形式,-闭口形

39、槽口的压型钢板,-开口形槽口的压型钢板，在其腹板翼缘上轧制凹凸形槽纹作为剪力连接件,-开口形槽口的压型钢板，同时在它的翼缘上另焊横向钢筋，以增强抗剪切粘结能力,4.4.2 组合板的极限状态,-沿正截面弯曲破坏,-沿混凝土与压型钢板界面纵向水平剪切破坏,-沿斜截面剪切破坏,-冲剪破坏,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计3,4.4.3 组合板的设计,-施工阶段,-使用阶段,施工阶段的荷载,内力计算,截面承载力及挠度计算,使用阶段的荷载,内力计算,截面承载力及挠度计算（1）正截面抗弯承载力的计算 a)当 时，塑性中和轴在压型钢板顶面以上的混凝土内，组合板的抗弯承

40、载力按下式计算,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计4,（2）纵向抗剪计算,b)当 时，塑性中和轴在压型钢板内，组合板的抗弯承载力按下式计算,国内开口压型板的回归公式,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计5,（3）斜截面抗剪承载力计算,进口带齿或闭口型可采用美国Porter和Ekbery教授得出的回归公式：,（4）抗冲剪计算,（5）组合板的挠度,（6）组合板的振动控制,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计6,4.4.4 组合板的构造要求,压型钢板的表面应有镀锌保护层,压型钢板的净厚度不应

41、小于0.75mm；,组合楼板截面的全高不应小于90mm，且压型钢板顶面至组合板顶面的高度不应小于50mm；,组合板中的压型钢板在钢梁上的支承长度不应小于50mm，在钢筋混凝土梁或砌体上的支承长度不应小于75mm；,2023/2/16,昆明理工大学 城市学院 土木系,4.4 组合楼盖设计7,（2）焊后栓钉长度应满足其高出压型钢板顶面30mm，且应设在支座处压型钢板的凹肋中穿透压型钢板焊牢在梁上。,组合板通过带头栓钉穿过压型钢板焊接于钢梁上或钢筋混凝土梁的预埋钢板上，栓钉的设置应符合下列构造要求：（1）跨度小于3米的组合板，栓钉直径宜为13mm或16mm；跨度36米的组合板，栓钉直径宜为16mm或19mm；跨度大于6米的组合板，栓钉直径宜为19mm；,