多、高层房屋钢结构.ppt

多、高层房屋结构,3.1多、高层房屋的结构体系3.2高层钢结构的计算特点3.3压型钢板组合楼（屋）盖设计3.4钢构件及连接的设计特点,基本概念,高层建筑混凝土结构技术规程规定，10层和10层以上或房屋高度超过28m的建筑为高层建筑。民用建筑设计通则规定，以高度为24米、100米的住宅和公共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。实际上结构没有确切的划分低层、中层和高层的界限，对于结构设计而言影响设计的重要因素水平荷载及其效应是随高度而渐变的。低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构设计的因素不同；竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比；但水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而顶点侧移与结构高度四次方成正比。低层建筑由竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。,第一节多、高层房屋的结构体系,一、多、高层钢结构的特点1、结构自重轻（8-15KN/m2大约为砼结构的60%）2、抗震性能好3、减少结构所占建筑面积，能充分利用建筑空间。（砼7%钢3%）4、施工周期短（1.5倍于砼结构）5、耐火性能差,二、多、高层钢结构的结构体系根据不同建筑高度、不同抗侧力结构对水平荷载效应的适应性，分为：纯框架结构体系框架-抗震墙结构体系框架-支撑结构体系框架-核心筒结构体系筒体结构体系,1、纯框架结构体系由水平杆件和竖向构件正交或非正交连接而成。优点框架柱网可大可小，建筑平面布置灵活。延性大、耗能能力强的延性框架结构，具有较好的抗震性能。缺点刚度小，侧移大，使用高度最低。,图8-1框架结构体系a）结构平面b）结构剖面,工程实例：北京长富宫中心（教材307页）,建于1987年，旅馆，地下2层，地上26层，房屋高度96m，标准层层高3.3m。建筑平面25.8m48m，主要柱网尺寸8m9.8m。框架柱为焊接箱形截面，尺寸450mm450mm。框架梁为焊接工字形截面，650mm200mm250mm。次梁采用轧制H型钢。,焊接箱形柱,焊接工字形钢梁,轧制H型钢,图8-2北京长富宫中心标准层结构平面图,2、框架-抗震墙结构体系优点兼有框架结构布置灵活、延性好和剪力墙结构刚度大、承载力大的特点。水平荷载由钢框架和抗震墙共同承担。抗震墙：钢筋砼抗震墙钢筋砼带缝抗震墙钢板抗震墙。,钢筋砼抗震墙刚度大但有应力集中问题解决办法：带缝钢板抗震墙钢板厚度8-10mm,抗震设防烈度不小于7度时应设置加劲肋，周边与钢框架采用高强度螺栓连接。,工程实例：北京京广中心大厦主楼,北京京广中心大厦主楼为综合性多用途建筑，地下3层，地上51层，总高度208m，平面为扇形，结构采用框架-抗震墙体系。地面以上框架柱采用焊接方管，框架梁采用焊接工字钢，抗震墙采用预制钢筋混凝土带竖缝墙板。,框架+竖向支撑桁架,3、框架-支撑结构体系,竖向支撑桁架作用同抗震墙，一般沿两个方向在同一竖向柱距内连续布置。不考虑抗震时，根据立面要求也可以交错布置。支撑体系布置在中部时，外围柱不考虑参加抵抗水平力。,支撑桁架类型：,型斜杆支撑在地震区不得采用，因斜杆易反复压曲而降低承载力,【工程实例8-3】第一中心银行大厦（见图8-10）美国印第安纳波尼斯的一幢52层的钢结构办公大楼，高度为190m，标准层平面尺寸为58m37m。大楼的抗侧力结构采用框架支撑体系，周边为钢框架，内部为支撑。支撑系统由两片翼缘支撑和两片腹板支撑组成。翼缘支撑为抵抗倾覆力矩提供了最大的力臂，同时将楼面核心区的重力荷载传递至外柱。,4、框架-核心筒结构体系核心筒侧向刚度有限，设防烈度8度以上地震区不宜采用这种结构。工程实例：加拿大国家银行大厦,5、筒体结构体系外框架筒体系筒中筒体系束筒体系外支撑桁架筒体系,(1)外框架筒体系外筒：密柱深梁；柱距3-4.5m；梁高0.9-1.5m;承担全部水平荷载和按荷载面积比例分配的楼层重力荷载；内部框架:只承担重力荷载。梁柱节点可以采用铰接。工程实例：芝加哥标准石油公司大厦该大厦建于1973年，地下5层、地上82层的办公大楼，建筑高度342m，标准层层高3.86m。建筑平面尺寸为59.15m59.15m，内部承重框架平面尺寸为28.96m28.96m。外筒钢柱柱距3.05m，柱截面采用人字形，深梁截面高度1.68m。,(2)筒中筒体系内框筒：采用钢结构或钢砼结构外框筒：多采用密柱深梁的钢框筒工程实例：上海国际贸易中心该大厦建筑平面为矩形，在四个角部有局部收进，地下2层、地上35层，建筑总高度140m。建筑平面尺寸为40.4m50m，内筒宽度为25.6m16m，内、外筒柱距均为3.2m，内外筒之间的跨度为12.2m，钢柱采用箱形截面，梁采用轧制H型钢，楼板采用压型钢板上浇钢筋混凝土板，厚度90mm，压型钢板仅作模板使用。,上海国际贸易中心,（）束筒体系工程实例：西尔斯大厦,钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度(m),高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。,钢结构高宽比的限值,最大适用高度是经验性的规定，突破高度限制的建筑已经建成，当积累了更多的经验以后在修订规程时适用的最大高度也会改变。高宽比限制值更是一个经验性的规定，符合高宽比限制值要求的建筑比较容易满足侧移限制，而侧移限制才是最根本的要求，如果各方面都能满足规范要求，突破高宽比限制值是可能的。,第二节多、高层钢结构的计算特点,一、荷载1、竖向荷载自重、楼面和屋面活荷载、雪荷载多层结构：活荷载不利布置高层结构：各跨满载，当活荷载较大时，可将简化后框架梁的弯矩适当加大。注意施工阶段的验算。2、风荷载计算主要承重结构和抗侧力构件时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值为：,式中k风荷载标准值(kN/m2)；z顺风向高度z处的风振系数；s风荷载体型系数；z风压的高度变化系数；o基本风压(kN/)。基本风压o：风荷载基准压力，以当地比较空旷平坦地面上，离地面10米高度处，10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，计算确定的风压。注意：建筑物的重要性不同，其风压值的重现期不同。对于高层建筑重现期为100年，但对于高层建筑的维护结构，重现期仍为50年。对于高层建筑和高耸结构，上述的风压应乘以1.1对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高层结构，应乘以1.2,（8-1）,风压的高度变化系数z：根据地面类别查表，必要时应修正。风荷载体型系数s：1、对单独高层建筑：按高钢规程附录一采用。2、对城市建成区内新建高层建筑，应考虑周围已有高层建筑，特别是邻近已有高层建筑的影响。增加一个相互干扰增大系数：见表8-13、验算墙面构件及其连接时，对风吸力区应采用表8-2规定的局部体型系数。封闭式建筑物的内表面，应按外表面的风压情况取0.2,表8-1建筑群体风荷载体型系数的增大系数,注：1.为风向与相邻建筑物平面形心之间连线夹角，d为两建筑物之间的距离，B、H分别为所讨论建筑物迎风面宽度和高度。2.d/B或d/H为上表中间值时，采用插值法确定。3.表中同一格有两个数时，低值适用于两个高层建筑，高值适用于两个以上高层建筑。,注：1作用宽度为房屋总高度的0.1，但不小于1.5m。,表8-2风吸力区的局部体型系数,顺风向高度z处的风振系数z考虑范围：房屋结构H30m对仅一侧有楼板的梁取1.2。,4）高层建筑钢结构计算模型应根据具体的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。,）高层建筑钢结构的构件跨度与截面高度之比一般都很小，因此当作杆件体系进行内力和位移的分析时，应考虑梁柱的弯曲变形、剪切变形和柱轴向变形的影响。梁的轴向变形一般忽略。但当梁同时作为腰桁架或帽桁架的弦杆时，轴向变形不可以忽略。计算侧移必须考虑剪切变形的影响，但剪切变形对结构内力影响较小，故计算结构内力时可以忽略剪切变形。,）在钢结构设计中，柱间支撑两端应为刚性连接，但计算内力时按两端铰接的计算简图求得，其端部连接的刚度通过修正支撑的计算长度加以考虑。但若采用偏心支撑则应按单独单元计算。,）对现浇竖向连续钢筋混凝土抗震墙的计算，宜计入墙的弯曲变形、剪切变形、轴向变形，按独立竖向悬臂弯曲构件考虑。）考虑荷载效应组合时，应区分地震区和非地震区；同时还要区分用于承载力极限状态验算还是正常使用极限状态验算。,截面承载力验算：高层建筑结构设计应保证在荷载作用下结构有足够的承载力。我国建筑结构设计统一标准规定构件按极限状态设计，采用荷载效应组合的构件不利内力，进行构件承载力验算。其一般表达式为：无地震作用组合时有地震作用组合时,式中：结构重要性系数，按建筑结构荷载规范采用;一般高层建筑取1.0，安全等级一级或设计使用年限为100年及以上的结构构件取1.1，抗震构件设计时不考虑安全等级；S荷载效应组合得到的构件内力设计值，参见教材公式8-12，8-13；R结构构件的承载力设计值，按无地震作用组合和有地震作用组合两种情况分别采用，抗弯时二者相同，抗剪时二者不同；承载力抗震调整系数，见表8-11。,承载力抗震调整系数,9)当进行第一阶段抗震设计的承载力验算时，按表8-10的组合进行设计；当进行第一阶段抗震设计的结构侧移验算时，应取相同的组合，但分项系数取1.0;当进行第二阶段抗震设计采用时程分析放验算时，不应计入风荷载，其竖向荷载应取重力荷载代表值，同时考虑的荷载和作用均取标准值。10)应注意二阶效应的影响,、结构变形计算,风荷载作用下结构的侧移限值（按弹性方法）,1）结构顶端质心处的侧移,2）楼层质心处的层间侧移,3）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过质心侧移的1.2倍。,1/500,1/400,（3）地震作用下结构的侧移限值第一阶段抗震设计的结构侧移验算，即多遇地震作用时，结构的侧移应满足下列要求：,2）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过该楼层质心侧移的1.3倍,第二段抗震设计的结构侧移验算，即罕遇烈度地震作用时，侧移应满足下列要求：,1）结构薄弱层的弹塑性层间侧移不得超过该薄弱层高度h的1/50,2）结构层间侧移延性比不得超过表8-12中数值。,结构层间侧移延性比限值,3.3压型钢板组合楼（屋）盖设计,楼面结构（1）压型钢板和混凝土组合楼板；（2）密肋轻钢混凝土组合楼板；（3）现浇预应力钢筋混凝土楼板；（4）混凝土预制叠合楼板。,楼盖结构的作用,1、直接承受竖向荷载的作用，并将其传递给竖向构件；2、起横隔作用。,影响到整个结构的性能；影响到施工进程；影响到建筑的经济效益。,楼盖布置方案和设计的影响,楼盖结构的方案选择原则,1）保证楼盖有足够的整体刚度。2）减轻结构的自重，减小结构层的高度。3）有利于现场安装方便及快速施工。4）较好的防火、隔声性能，并便于管线的铺设。,用于多、高层建筑的楼板,现浇钢筋混凝土楼板,预制楼板,压型钢板组合楼板,卫生间开洞较多处,高度不大且无地震设防的建筑（较少采用）,应用最广,3.3.1压型钢板组合楼板组合形式,组合楼板非组合楼板主要区别对压型钢板的功能要求。组合楼板中的压型钢板不仅用作永久性模板，而且作为混凝土板下部的受拉钢筋，与混凝土共同工作。组合楼板的设计应分施工阶段和使用阶段。非组合楼板中的压型钢板仅用作永久性模板，不考虑与混凝土共同工作。,压型钢板与混凝土板之间的粘结，靠以下方式实现：1）依靠压型钢板的纵向波槽（见图8-20a）。2）依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼（见图8-20b）。3）依靠压型钢板上焊接的横向钢筋（见图8-20c）。4）在任何情况下，均应设置端部锚固件（栓钉）（见图8-20d）。,压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式,依靠压型钢板的纵向波槽传递依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的不闭合的孔眼传递依靠压型钢板上焊接的横向钢筋传递依靠设置于端部的锚固件传递(任何情形下都应当设置端部锚固件),3.3.2组合楼板的设计要求,1）压型钢板一般由厚0.81.0mm的热镀锌薄板成型，长度宜为812m，以充分发挥经济效益。2）压型钢板表面的油污应清除，避免长期暴露而生锈。3）在有较严重的腐蚀情况下，不宜采用压型钢板组合楼盖体系。4）各块压型钢板之间，应用接缝紧固件将其连成整体，接缝紧固件的间距不应大于500mm。5）在组合楼板的设计中，应进行施工阶段和使用阶段的验算。,1一般规定,2、组合楼板设计,(b)通常的布置方案,(a)不设次梁时的布置方案,保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力,抗剪栓钉的布置,抗剪栓钉的布置,抗剪栓钉,压型钢板与抗剪栓钉的连接,压型钢板与抗剪栓钉的连接,组合楼板设计时的基本原则,组合楼板的设计考虑两个受力阶段：1)施工阶段:对作为浇注混凝土底模的压型钢板进行强度和变形验算.2)使用阶段:对于非组合板，压型钢板仅作为模板使用；验算组合板在永久荷载和使用段的可变荷载作用下的强度和变形.压型钢板的跨中变形时：挠度w0大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7w0,或增设临时支撑.,组合楼板施工阶段的设计,永久荷载:压型钢板、钢筋和混凝土的自重.可变荷载:施工荷载和附加荷载.附加荷载:当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵的荷载时考虑.验算:采用弹性方法.力学模型：见右图.如果承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下设置临时支护,以减小板跨加以验算.,施工阶段力学模型的说明,实质上是压型钢板的计算只考虑荷载沿强边方向传递(单向板)(因强边方向的截面刚度远大于弱边方向),组合楼板使用阶段的设计,非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板波槽内设置钢筋，并进行相应计算.组合板:,永久荷载+使用阶段可变荷载,变形验算,承载力验算,正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力,内容,组合板的力学模型,（一）承载力验算的力学模型板厚不超过100mm时1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板：2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板.板厚超过100mm时1）0.5e055h0时，取x=0.55h0h0:组合板有效高度yp:压型钢板截面应力合力至混凝土受压区截面应力合力的距离b:压型钢板的波距AP:压型钢板波距内的截面面积hc:压型钢板顶面以上混凝土厚度f:压型钢板钢材的抗拉强度设计值,0.8:考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中和轴附近材料强度发挥不充分等因素。,组合板正截面抗弯承载力验算（2）,b-压型钢板的波距hc-压型钢板顶面以上混凝土厚度AP2-塑性中和轴以上的压型钢板波距内截面面积yP1,yP2压型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区混凝土板截面和压型钢板截面应力合力的距离,验算公式,对于压型钢板楼板的负弯矩配筋计算，无论是否考虑其组合作用，统一按T形截面梁进行计算。,a.当时，说明楼板负弯矩过大，无法进行配筋计算，应加大压型钢板顶面以上混凝土厚度。式中,b.当时，中和轴在压型钢板中（见图8-25），,由,可得,图8-25中和轴在压型钢板内,图8-26中和轴在混凝土板内,组合板斜截面抗剪承载力验算,承受局部荷载时，取有效工作宽度bef进行计算。,组合板一个波距内斜截面最大剪力设计值Vin应满足:Vin0.07ftbh0,有效工作宽度bef的最大值,1.抗弯计算时简支板：bef=bf1+2lP(1-lP/l)连续板：bef=bf1+4lP(1-lP/l)/32.抗剪计算时bef=bf1+lP(1-lP/l),bf1=bf+2(hc+hd),l：组合板跨度lP：荷载作用点到组合板较近支座的距离bf1：集中荷载在组合板中的分布宽度bf：荷载宽度hc：压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度hd：地板饰面层厚度,组合板抗冲剪承载力验算,组合板在集中荷载下的冲切力V1，应满足:,临界周界长度,2）挠度验算按简支单向板计算沿强边（顺肋）方向的挠度.l/360采用换算单质的截面刚度进行计算。3）裂缝验算计算方法同混凝土结构。4）自振频率验算振动舒适度楼板的自振频率f15Hz来控制,3组合楼板构造要求（自学）,1）组合板端部应设置栓钉锚固件。栓钉的位置在凹肋处，穿透压型钢板并将栓钉、钢板均焊牢在钢梁上。栓钉的直径按下列规定采用：跨度小于3m的板，栓钉直径宜为13mm或16mm；跨度在3m6m的板，栓钉直径宜为16mm或19mm；跨度大于6m的板，栓钉直径宜为19mm。2）应采用镀锌钢板，其镀锌层厚度尚应满足在使用期间不致锈蚀的要求。,3）压型钢板的规格：净厚度不应小于0.75mm；仅作模板的压型钢板厚度不应小于0.5mm；浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm；当在槽内设置栓钉锚固件时，压型钢板总高度不应大于80mm。4）组合板的总厚度不应小于90mm；压型钢板顶面以上混凝土厚度不应小于50mm；此外，尚应满足楼板防火保护层厚度的要求。5）组合板中的压型钢板在钢梁上的支承长度，不应小于50mm；在砌体上的支承长度不应小于75mm。,6）组合板在下列情况之一时应配置钢筋：为组合板提供储备承载力的附加抗拉钢筋；在连续组合板或悬臂组合板的负弯矩区配置连续钢筋；在集中荷载区段和孔洞周围配置分布钢筋；改善防火效果的受拉钢筋；在压型钢板上翼缘焊接横向钢筋，应配置在剪跨区段内，其间距为150300mm。7）连续组合板在中间支座负弯矩区的上部纵向钢筋，应伸过梁的反弯点，并应满足锚固长度且设置弯钩；下部纵向钢筋在支座处应连续配置，不得中断。,8）集中荷载作用下，应设置不小于压型钢板顶面以上混凝土板截面面积的0.2%的横向钢筋。,9）当连续组合板按简支板设计时，在中间支座处上部抗裂钢筋的截面面积不应小于混凝土截面面积的0.2%，抗裂钢筋从支座边缘算起的长度，不应小于跨度的1/6，且应与不少于5支分布钢筋相交。抗裂钢筋最小直径为4mm，最大间距为150mm。顺肋方向钢筋保护层厚度宜为20mm。与抗裂钢筋垂直的分布钢筋直径，不应小于抗裂钢筋直径的2/3，其间距不应大于抗裂钢筋间距的1.5倍。10）压型钢板的表面处理。,1组合梁的形式及工作原理,3.3.3组合梁的设计要求,2组合梁设计的基本原则,1）对不直接承受动力荷载的组合梁，且梁的受压板件的宽厚比满足下表规定时，其承载能力可用塑性分析法计算。表8-13,2）组合梁正常使用极限状态下的挠度计算采用弹性理论进行计算。3）在强度计算和变形计算中，为简化计算，常将板托截面忽略不计。,bc1,bc2：各取梁跨度l的1/6和翼缘板厚度hc的6倍中的较小值;bc1尚不应超过混凝土翼板实际外伸长度s1;bc2不应超过净距s0的1/2;,5）组合梁设计应分两个阶段进行计算。第一阶段：自重及其上全部施工荷载仅由钢梁独立承担。此时钢梁应按一般受弯构件计算其强度、刚度和稳定性。第二阶段：全部荷载由组合梁承受。此时可不考虑钢梁的整体稳定性。当组合梁按弹性理论分析时，其挠度和强度的计算应将第一阶段和第二阶段计算所得的挠度值和应力值相叠加；当组合梁按塑性理论分析时，其强度的计算不分阶段，按照组合梁一次承受全部荷载的情况进行计算，应力叠加原理不再适用。对施工时钢梁下设有临时支承的组合梁，不论是弹性分析还是塑性分析，组合梁均按一次承受全部荷载的情况进行挠度和承载力的验算，且不分施工阶段。此时，对钢梁在施工时的强度和稳定仍应进行验算。,3组合梁设计,在多高层钢结构建筑中，组合梁一般不直接承受动力荷载，因此多采用塑性设计法进行内力分析。基本假定：,1）钢梁与混凝土翼板之间有可靠连接。2）破坏时形成塑性铰。3）假定剪力全部由钢梁承担，忽略剪力对组合梁抗弯承载力的影响。4）当塑性中和轴在钢梁腹板内时，钢梁各板件的宽厚比均满足表8-13的要求。,5）忽略钢筋混凝土翼板受压区钢筋的作用。6）组合梁不存在应力叠加问题，在计算组合梁的最终承载力时，不考虑施工过程有无支承情况，也不考虑混凝土的徐变、收缩及温度作用的影响。在计算施工时钢梁的承载力以及组合梁的挠度时仍按弹性方法分析。,（1）组合梁在施工阶段的验算（略）,参见第五章,1）抗弯强度2）抗剪强度3）所需抗剪栓钉数量4）挠度5）负弯矩区段混凝土裂缝宽度的验算。,（2）组合梁在使用阶段的验算,换算宽度的折算,受压混凝土翼板的有效宽度bce,与钢材等效的换算宽度beq,弹性分析时,换算公式：荷载标准组合：beq=bce/E荷载准永久组合：beq=bce/（2E）E：钢材弹性模量与混凝土弹性模量的比值,1）抗弯强度验算,满足以下条件在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及受压应力均达到强度设计值；塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计；塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯曲抗压强度设计值。,正弯矩作用下的情况一,正弯矩作用下的情况二,负弯矩作用下的情况,视全部剪力由钢梁腹板承受：,2）受剪承载力验算,hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度；fv：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值.,抗剪栓钉,3）栓钉连接件验算,一个栓钉连接件的受剪承载力设计值：,压型钢板混凝土翼板影响栓钉承载力的折减系数可根据压型钢板的摆放位置进行计算。,栓钉受剪承载力设计值的折减：,位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的程度不如受压区，栓钉受剪承载力设计值应予折减：(a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时：取折减系数0.9(b)位于悬臂梁负弯矩段时：取折减系数0.8,正弯矩区剪跨段Vs1=Af(塑性中和轴位于混凝土翼板内)Vs2=bcehcfcm(塑性中和轴位于钢梁截面内)负弯矩区剪跨段Vs=Astfst,n个栓钉连接件均匀分布于其剪跨区段内,每个剪跨区内所应配置的栓钉连接件总数,4）挠度计算(自学),5）负弯矩区段混凝土裂缝宽度验算,4组合梁构造要求(自学),计算方法同混凝土结构,3.4钢构件及连接的设计特点,无地震作用组合时按4、5、6章的方法进行设计有地震作用组合时按本节内容进行设计,3.4.1钢梁的设计,截面形式：轧制窄翼缘H型钢焊接工字型截面箱形截面,设计内容：强度和稳定承载力的验算,1钢梁强度,有抗震设防时取1.0,1）钢梁的抗弯强度：,2）不考虑腹板屈曲后强度时，抗剪强度应按下式验算,框架梁端截面的抗剪强度按下式计算,2钢梁的整体稳定,（1）不验算钢梁整体稳定性的范围1）刚性铺板2）按6度抗震设防和非抗震的结构，满足表5-3的要求,3）对按7度以上抗震设防的高层建筑，当钢梁设有侧向支撑体系时，钢梁受压翼缘在支撑连接点间的长度与其宽度之比，即钢梁的侧向长细比应满足下列要求,4）钢框架梁的上翼缘采用抗剪连接件与组合楼板连接时，可不验算地震作用下的整体稳定。,(2)当钢梁不满足（1）中的要求时，应对钢梁进行整体稳定的验算,限制梁受压翼缘的宽厚比以及腹板的高厚比。抗震设计时，可以允许框架梁出现塑性铰，为保证塑性变形能充分发挥，对板件的宽厚比有更严格的限制，应满足表8-15的要求。,3钢梁的局部稳定,3.4.2钢柱的设计,1轴心受压柱,宜采用双轴对称截面，通常为轧制或焊接H型钢，或由四块钢板焊接而成的箱形截面。钢材厚度可能超过40mm，有时甚至超过100mm，应符合现行国家标准厚度方向性能钢板GB/T5313的规定。,本节介绍抗震设计的计算内容,1）轴心受压钢柱的强度，除高强度螺栓摩擦连接处外，应按下式验算,高强度螺栓摩擦连接处柱的强度应按下式验算,（1）强度验算,2）轴心受压钢柱的剪力沿构件的全长认为是不变的，可按式（4-62）？计算。,（2）稳定性验算实腹式轴心受压钢柱的整体稳定，按下式验算,高层建筑中实腹式轴心受压钢柱的局部稳定同第4章的局部稳定的要求。,（3）刚度验算有抗震设防时：,2框架柱,（1）强度验算,在多遇地震作用下进行构件承载力计算时，承托钢筋混凝土抗震墙的钢框架柱由地震作用产生的内力，应乘以增大系数1.5。,“强柱弱梁”要求：,（8-57）,属于下列情况之一时，可不按式（8-57）进行验算。1）当柱所在楼层的受剪承载力高出上一层柱的受剪承载力的25%。2）3）作为轴心受压构件在2倍地震力作用下稳定性得到保证时。,在罕遇地震作用下不可能出现塑性铰的部分，框架柱应控制轴压比，应满足下列要求,（2）整体稳定性验算按第6章的内容进行验算，所不同的是，当进行抗震设计时，钢材强度设计值应除以地震力调整系数,（3）框架柱的计算长度,1）当仅验算框架柱在重力荷载作用下的稳定性时，柱的计算长度系数按第6章的规定采用。,2）当计算重力和风荷载或多遇地震作用组合下的稳定性时，对于纯框架体系，当层间位移小于0.001h(h为楼层层高）时，此时侧移影响可以忽略，可按无侧移情况确定；对有竖向支撑（或抗震墙）的结构，当层间位移标准值不超过1/250柱的计算长度系数时，可取1.0,（4）板件宽厚比在地震作用下，为防止框架柱的局部失稳，板件的宽厚比应满足表8-16中的要求.（5）刚度验算对抗震设防的结构，为使框架柱具有足够的延性和稳定性，柱的长细比应满足表8-17的限值要求。,抗侧力结构包括各种竖向支撑体系、钢板剪力墙和钢筋混凝土剪力墙.竖向支撑分中心支撑类型和偏心支撑类型,3.4.3抗侧力结构的设计,1中心支撑,一般采用结构分析程序进行内力分析，但在初步设计阶段，可采用近似计算方法,（1）内力计算特点,1)按两端铰接杆件2)重力荷载在水平位移状态下产生附加弯曲而引起的附加剪力3)对十字交叉支撑、人字形支撑和V形支撑的斜杆,除计算附加剪力外，还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4)在多遇地震效应组合下，为防止支撑斜杆受压屈曲使抗剪能力退化，斜杆内力应乘以增大系数,当按非抗震设计时，杆件截面设计按第4章的轴心受力构件设计方法。当按抗震设计时，应满足以下要求：1）强度2）整体稳定3）刚度：有抗震设防的结构，其支撑斜杆的长细比控制就要严一些。4）局部稳定：限制宽厚比,（2）截面设计,2偏心支撑：,用于框架支撑体系,多遇地震：结构为弹性状态；罕遇地震：消能梁段剪切屈服，而支撑、柱和梁（除消能梁段外）仍为弹性工作阶段。,消能梁段的设计：长度、承载力、构造,支撑斜杆的设计：轴力、稳定,能否实现消能梁段屈服而支撑不屈服取决于支撑的承载力。,3.4.4连接节点的设计,（1）节点设计的一般原则1）节点设计应传力可靠、构造简单、加工方便。2）保证节点在具有足够的强度、刚度，同时应具有良好的延性。3）节点的受力计算模型应与节点的实际受力情况相一致，节点的构造应与计算的假定相符合。,1一般要求,（2）高层钢结构建筑的节点连接非抗震设防按弹性设计；抗震设防按弹塑性设计节点连接的承载力应高于构件截面的承载力,（3）抗震设防的高层建筑钢结构框架节点设计应验算下列各项：1）节点连接的最大承载力。2）构件塑性区的板件宽厚比。3）受弯构件塑性区侧向支承点间的距离。4）节点域柱腹板的宽厚比和受剪承载力。,（4）节点的构造应避免采用约束度大和易产生层状撕裂的连接形式：图8-43,焊接：传力最充分，不会滑移，但要探伤检查，且有较大的残余应力；高强度螺栓：施工方便，但