轻型钢结构技术规程介绍.ppt
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1、轻型钢结构技术规程(DG/TJ08-2089-2012)内容简介 陈以一教授、李元齐教授同济大学,2012年9月,上海市注册结构师继续教育培训课程,主要内容,技术对象、内容和相关标准材料结构设计的基本规定作用和作用效应组合轻型框架体系房屋结构交错桁架体系房屋结构门式刚架体系房屋结构低层龙骨体系房屋结构防护、制作和安装十.结语,一、技术对象、内容 和相关标准,技术对象什么是轻型钢结构:构件特征:以热轧轻型型钢、轻型焊接和高频焊接型钢、冷弯薄壁型钢以及薄柔截面构件等作为主要受力构件。(薄柔截面构件:板件宽厚比超过达到屈服强度所规定的宽厚比限值)体系代表:轻型框架体系、交错桁架体系、门式刚架体系、低
2、层龙骨体系(低层:3层,12m;多层:9层,28m;其他高度:参考)两个优先:应优先采用定型的和标准化的构件以及标准化的节点型式;优先采用与轻型钢结构相适应或相配套的各种建筑材料。为什么要发展轻型钢结构:节材、节能、减排、可循环、提升工业化可持续发展适用地区:上海地区,一、技术对象、内容 和相关标准(续),主要内容总则、术语和符号、材料、基本规定、作用与作用效应组合四类体系:体系及结构布置、结构分析、构件、节点等低多层轻型框架体系房屋:常用,有较多补充交错桁架体系房屋:不太常用,有些特色门式刚架体系房屋:常用,有一些修正低层龙骨体系房屋:开始有些应用,有些特色防护、制作和安装附录AH,一、技术
3、对象、内容 和相关标准(续),主要的相关标准简介 钢结构设计规范(GB50017-2003):修编中,2012年底冷弯薄壁型钢结构技术规范(GB50018):修编中,2013年底建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)(2006版):2012年10月实施建筑抗震设计规范(GB 50011-2010)建筑设计防火规范(GB50016-2006):已报批钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001):修编中,2012年底轻型钢结构住宅技术规程(JGJ209-2010)低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程(JGJ 227-2011)门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002:国
4、标编制,报批中多高层建筑钢结构住宅技术规程(DG/TJ08-2029)高层建筑钢结构设计规程(DG/TJ 08-32):结构体系延性类别,二、材料,主要包含的材料结构钢材:热轧钢材:Q235、Q345、Q390冷弯钢材:LQ550,Q235、Q345(S280、S350)连接材料:焊接材料、普通和高强螺栓、圆柱头焊钉、抽芯铆钉、自攻螺钉、锚栓结构用板材:压型钢板、定向刨花板(OSB板)、胶合板、纸面石膏板加气混凝土板(ALC)、纤维水泥平板、彩色涂层钢板围护材料(板材):JC666、JC623、JC/T564、GB15762,GB/T 23932、JC/T671 性能要求:耐久性、适用性、防火
5、性、气密性、水密性、隔音和隔热等性能、环保,二、材料(补充),主要用于轻型钢构件连接的连接件抽芯铆钉:铆接时,铆钉钉芯由专用铆枪拉动,使铆体膨胀,起到铆接作用。自攻螺钉:自钻自攻螺钉在连接时将钻孔和攻丝两道工序合并一次完成。先用螺钉前面的钻头钻孔,接着就用螺钉进行攻丝,包括紧固连接。射钉:利用发射空包弹产生的火药燃气作为动力,打入建筑体的钉子。通常由一颗钉子加齿圈或塑料定位卡圈构成。齿圈和塑料定位卡圈的作用是把钉身固定在射钉枪的枪管中。,三、结构设计的基本规定,基本方法:概率理论为基础的极限状态设计法 承重结构:承载能力极限状态、正常使用极限状态 计算中截面的考虑:结构构件的强度应按净截面计算
6、稳定性应按毛截面计算变形和各种稳定系数除有规定者外均可按毛截面计算若在构件计算中计及板件的屈曲后强度,其受压强度应按有效净截面计算,稳定性应按有效截面计算,三、结构设计的基本规定(续),设计指标:强度设计值热轧钢材:Q235、Q345、Q390:按钢结构设计规范冷弯钢材:LQ550,Q235、Q345(S280、S350):按冷弯薄壁型钢结构技术规范连接件破坏模式及承载力设计值抗拉、抗剪、拉剪,三、结构设计的基本规定(续),构造规定:壁厚:本规程各章的规定 用于檩条、墙梁的冷弯薄壁型钢的壁厚不宜小于1.5mm用于框架梁、柱构件的冷弯薄壁型钢的壁厚不宜小于2mm用于框架梁、柱构件的热轧或焊接型钢
7、的壁厚不宜小于3mm 长细比:受压构件:主要构件150/其他构件200(内力小于承载力50%的腹杆)受拉构件:动力250;桁架构件350/柱间支撑300/其他支撑400受拉构件在永久荷载与风荷载组合作用下受压时:250(支撑除外),三、结构设计的基本规定(续),变形规定:一般受弯构件:表:门式刚架横梁、柱顶水平位移:表框架体系和交错桁架体系层间相对位移:条单层排架的柱顶位移:条低层龙骨体系的层间相对位移:条 注意:非地震作用下区别永久和可变荷载标准值组合;可变荷载标准值两种限值 地震作用下区别构件/结构的不同延性分类,四、作用和作用效应组合,一般规定:无大差异风荷载:保持附录C、新增特殊体型,
8、四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数,四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数,截面类别:A类:指该类别截面能够形成具有足够转动能力的塑性铰;B类:指该类别截面能够达到塑性抗弯承载力,但转动能力有限;C类:指该类别截面受压边缘能够达到屈服强度,但因发生局部屈曲而无法达到塑性抗弯承载力。,截面宽厚比、轴压比、构件长细比,四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数,截面类别:A类:指该类别截面能够形成具有足够转动能力的塑性铰;B类:指该类别截面能够达到塑性抗弯承载力,但转动能力有限;C类:指该类别截面受压边缘能够达到屈服强度
9、,但因发生局部屈曲而无法达到塑性抗弯承载力。各类截面板件的宽厚比应符合第6章有关条文的规定:表6.3.2 塑性铰区段框架梁板件宽厚比限值 表6.4.2 框架柱板件宽厚比限值 表6.5.3-2 中心支撑板件宽厚比限值,截面宽厚比、轴压比、构件长细比,四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数对地震作用标准值效应增减,原理:需求=地震(大震)时地面运动对结构的输入耗能能力=强度 塑性变形能力(延性)对象:以结构构件耗能为主要方式的普通钢结构框架特点:有一定延性但达不到构件塑性能力充分的程度方针:提高弹性计算的地震作用 或者 折减弹性计算时使用的构件承载力,提高系数/折减系数确
10、定,四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数对地震作用标准值效应增减,结构体系延性调整系数:轻钢框架:按具体情况判定,一般类:无支撑框架,柱梁部分或全部采用薄柔截面构件;支撑框架,柱梁及支撑部分或全部采用薄柔截面构件。II类:支撑框架,仅柱梁采用薄柔截面构件;设钢板剪力墙的框架,柱梁构件采用薄柔截面构件。交错桁架:I类,但桁架、梁、柱截面应满足II类结构要求门式刚架:满足构造要求:I类,否则0类龙骨体系:0类,也指无特定的抗震构造要求,四、作用和作用效应组合(续),地震荷载:增加结构体系延性调整系数,梁柱节点连接形式:,传统形式,传统改进形式,改进形式,梁端加强式,狗骨
11、式,工厂全焊外伸段,现场腹板补焊,栓焊连接梁柱节点,四、作用和作用效应组合(续),雪荷载:考虑堆积和滑移堆积影响条 存在高低屋面时应考虑相邻较低屋面处雪的堆积影响(具体公式见条文),四、作用和作用效应组合(续),雪荷载:考虑堆积和滑移堆积影响条 存在高低屋面、且较高屋面上积雪有可能滑移到相邻较低屋面上时,应考虑相邻较低屋面处雪的滑移堆积影响(具体公式见条文),四、作用和作用效应组合(续),作用效应组合的规定无地震作用组合考虑雪荷载效应组合时,均布雪荷载、不均匀分布雪荷载、计及堆积影响的雪荷载和计及滑移堆积影响的雪荷载应作为独立雪荷载,不相互组合 有多遇地震作用组合罕遇地震作用下的验算:II类和
12、III类延性的多层轻钢框架不乘结构体系延性调整系数的情况,五、轻型框架体系房屋结构,体系构成及适用范围体系构成:适用范围:1-3层低层框架体系和4-9层多层框架体系无支撑框架:主要适用于6层及以下的低多层房屋支撑框架:适用于所有层数的低多层房屋。设钢板剪力墙的框架:主要适用于6层以上的房屋。,五、轻型框架体系房屋结构(续),结构体系布置要点尽可能满足标准化构配件的模数要求两个主轴方向的水平自振特性宜接近抗侧力刚度中心与水平合力中心宜接近重合支撑和剪力墙沿竖向宜连续布置结构强轴和弱轴可分别沿两个主轴方向布置,也可混合布置楼梯间宜在结构平面上对称布置宜采用压型钢板组合楼板、带预制板的叠合楼板、现浇
13、混凝土楼板等刚性楼面结构,楼板应与框架梁牢固连接,五、轻型框架体系房屋结构(续),结构分析要点整体结构:宜按空间结构进行整体分析。结构平面规则且两个主轴方向均为无支撑(剪力墙)框架时,可在两主轴方向分别按平面结构进行分析。分析方法:可采用一阶弹性分析,必要时可进行二阶弹性分析。,五、轻型框架体系房屋结构(续),梁的设计要点梁的形式:,(a)实腹式构件截面形式,(b)工字形截面连续开孔梁,(c)工字形截面钢与混凝土组合梁,(d)钢与压型钢板混凝土组合梁,五、轻型框架体系房屋结构(续),梁的设计:宽厚比:一般截面按截面类别要求考虑,薄柔截面采用相关公式薄柔截面实腹梁强度:按“组合梁腹板考虑屈曲后强
14、度的计算”执行蜂窝梁强度:开孔截面的最大应力、腹板水平拼缝处的剪应力、未开空截面(按实腹考虑)蜂窝梁局部稳定:考虑水平剪力引起的腹板弯曲稳定性、考虑局部压力引起的腹板受压稳定性圆形开孔梁、矩形开孔梁:等效为蜂窝孔,,五、轻型框架体系房屋结构(续),柱的设计要点柱的形式:,(a)实腹式截面,(b)矩形或圆形钢管(混凝土),(c)异形组合柱截面,五、轻型框架体系房屋结构(续),柱的设计:宽厚比:一般截面按截面类别要求考虑,薄柔截面采用相关公式圆管柱的强度和稳定:双向弯矩的作用考虑(第、条)异形组合柱的强度和稳定:附录EE.0.1 强度E.0.2 轴心受压稳定性E.0.3 压弯稳定性E.0.4 截面
15、几何及换算长细比“强柱弱梁”设计,五、轻型框架体系房屋结构(续),满足弱延性要求的宽厚比限值(所谓弱延性要求,即对应2%构件相对变形的构件水平承载力(抗弯承载力)不低于其极限承载能力的75%),截面宽厚比:,五、轻型框架体系房屋结构(续),钢板剪力墙的概念,从提供结构抗侧刚度、承载力到耗能,五、轻型框架体系房屋结构(续),剪力墙的设计要点带竖缝剪力墙的形式:,(b)边缘加劲构造和连接,(a)带竖缝剪力墙墙板,五、轻型框架体系房屋结构(续),剪力墙的设计要点带竖缝剪力墙的设计要点:带竖缝剪力墙只用作抗侧力构件,不宜承担竖向荷载。结构中任一方向带竖缝剪力墙的抗剪承载力之和应低于所有柱子在该方向的塑
16、性水平承载力之和。(保证塑形发展优先于柱子而耗能)与带竖缝剪力墙相连的上下框架梁的抗弯、抗剪承载力设计值应大于内力设计值的1.5倍。(防止与剪力墙相连的梁因剪力墙倾覆力矩传递的横向力导致强度不足)构造要求:剪力墙板的面外约束:加劲、外包混凝土等 参数范围限制:试验数据范围 连接高强螺栓设计:防止在风荷载和小震下发生滑移、产生噪音,五、轻型框架体系房屋结构(续),剪力墙的设计要点非加劲薄钢板剪力墙的形式:,五、轻型框架体系房屋结构(续),剪力墙的设计要点非加劲薄钢板剪力墙的设计要点:参考美国钢结构抗震设计规程非加劲薄钢板剪力墙周边应设置边缘构件(边缘梁、边缘柱)。内嵌钢板的跨高比应介于0.8和2
17、.5之间。内嵌钢板的宽厚比不应超过。内嵌钢板的斜拉场倾角应介于380与450之间。内嵌钢板可以用对角线方向的等效只拉斜杆模拟,用于整体计算分析 边缘柱和梁的设计:不先于剪力墙屈服、强柱弱梁 边缘柱:边缘柱的地震作用效应应乘以放大系数后参与荷载组合 应满足强柱弱梁的验算要求 边缘梁:应按极限状态进行补充验算连接:按斜拉场极限分布拉力进行强度验算(不先于剪力墙破坏),五、轻型框架体系房屋结构(续),节点设计要点主次梁连接节点:宜铰接,应考虑偏心连接的受力影响,可将次梁端部的剪力乘以1.3作为节点连接的剪力设计值,同时尚应考虑偏心弯矩对主梁的受力影响。梁柱连接节点宜采用柱贯通型,也可采用梁贯通型和隔
18、板贯通型,(a)柱贯通型节点(b)梁贯通型节点(c)隔板贯通型节点,五、轻型框架体系房屋结构(续),节点设计要点(续)梁与柱刚性连接节点,当不考虑地震作用组合时,应按结构处于弹性受力阶段进行设计;当考虑地震作用组合时,应分别按弹性和弹塑性二阶段受力进行设计。(需验算内容见第条)工字形截面梁与柱端板连接:等强设计:依据螺栓承载力按实际受力设计:依据实际受力,因此实际受力不宜过小构造设计:加劲肋设置要求抗震设防构造:焊接要求、非熔透焊缝的应用(,第5款)支撑及柱脚:高层建筑钢结构设计规程DG/TJ08-32、多高层建筑钢结构住宅技术规程DG/TJ08-2029,六、交错桁架体系房屋结构,体系构成及
19、适用范围体系构成:基本组成:楼板、平面桁架和柱子桁架高度与层高相同,跨度与建筑物宽度相同 两端支承在房屋纵向边柱上 在相邻轴线间,楼层板一端支承在 下一层桁架的上弦杆上,另一端 支承在上一层桁架的下弦杆上。适用范围:大空间:较大的无柱面积,便于灵活布置房间。小高层:建筑物宽度在18m范围内,层数为1520层的小高层结构,六、交错桁架体系房屋结构(续),结构体系布置要点平面布置宜采用矩形,也可布置成L形,T形、环形平面 应使结构各层的抗侧力刚度中心与水平作用合力中心接近重合,同时各层刚度中心应接近在同一竖直线上。框架宜沿建筑物纵向等柱距布置,框架数宜为奇数。,六、交错桁架体系房屋结构(续),结构
20、体系布置要点纵向框架的支撑体系可按需设置。柱子截面的强轴宜布置在横向平面内 采用空腹式桁架时,桁架节点都应设计成刚性节点,桁架弦杆与柱的连接也应按刚性节点设计。采用混合式桁架时,桁架腹杆与弦杆的连接、桁架与柱子的连接可按铰接设计。交错桁架结构的基础形式可采用柱下独立基础。底层布置落地桁架时,基础梁可作为桁架下弦。楼板与桁架弦杆应有可靠连接,保证整个结构体系的连续性和空间协同工作。楼板宜采用压型钢板组合楼板、现浇钢筋混凝土楼板。,六、交错桁架体系房屋结构(续),结构分析要点交错桁架结构内力与位移可按弹性方法计算;采用混合式桁架的交错桁架结构横向内力与位移计算一般可不考虑二阶效应。对高度不超过40
21、m,质量和刚度沿高度分布比较均匀的交错桁架结构的地震反应弹性分析可采用底部剪力法,其它情况宜采用振型分解反应谱法。交错桁架结构体系的内力及位移应采用三维空间分析或二维平面结构空间协同分析方法计算。采用二维平面结构分析时,在竖向荷载作用下可不考虑交错桁架体系中各榀框架间的协同工作,分别对体系中单榀框架分析其在竖向荷载下的内力和变形。在横向荷载作用下,不应以单榀框架作为计算模型当结构底层不设落地桁架,只设横向支撑时,底层框架柱的地震内力应乘以增大系数1.5。(柱脚不能过早出现塑性铰),六、交错桁架体系房屋结构(续),构件设计要点桁架上、下弦杆应按连续压(拉)弯杆设计。面内计算长度取节间几何长度。桁
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