第8章钢结构房屋2.ppt

1,1、柱子长细比2、梁柱中板件宽厚比3、梁柱构件的侧向支承4、框架支撑结构中的支撑杆件5、框架偏心支撑结构中的消能梁段,六、抗震设计对杆件的构造要求,2,1、柱子长细比框架柱的长细比应符合表8.3的规定。表中数值适用于Q235钢，柱子采用其他牌号钢材时，应乘以,钢结构框架柱的长细比限值表8.3,3,2、梁柱中板件宽厚比（1）不超过12层框架的梁、柱板件宽厚比应符合表8.4的要求。表中数值适用于Q235钢，梁柱杆件采用其他牌号钢材时，应乘以,不超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值表8.4,4,（2）超过12层框架的梁、柱板件宽厚比应符合表8.5的要求。表中数值适用于Q235钢，梁柱杆件采用其他牌号钢材时，应乘以,超过12层框架的梁柱板件宽厚比限值表8.5,5,3、梁柱构件的侧向支承在梁柱构件出现塑性铰的截面处，上下翼缘均应设置侧向支承。相邻两支承点间构件平面外长细比符合式（8.9a）（8.9b）的要求。,（8.9a）,（8.9b）,采用人字形、V形支撑的框架，与支撑连接的框架梁在支撑相交处，应设置侧向支承。该支承点和梁端支承点间的平面外长细比也应符合上述要求。,6,4、框架支撑结构中的支撑杆件（1）中心支撑杆件的长细比，不宜大于表8.6的规定。表中数值适用于Q235钢，其他牌号钢材的情况下应乘以,钢结构中心支撑杆件长细比限值表8.6,7,（2）中心支撑杆件的板件宽厚比，不应大于表8.7的规定。表中数值适用于Q235钢，其他牌号钢材应乘以,钢结构中心支撑板件宽厚比限值表8.7,8,（3）偏心支撑杆件的长细比不应大于120。支撑杆件的板件宽厚比不应超过国家标准钢结构设计规范GB50017对轴心受压杆件弹性设计时宽厚比的限值。,5、框架偏心支撑结构中的消能梁段消能梁段是偏心支撑框架中耗散能量的主要构件，为此需要考虑与相连构件的承载能力相匹配、保证其在反复荷载下具有良好的滞回性能的各项措施：（1）消能梁段的钢材不应采用高强度钢，而因采用有良好塑性流幅的钢材。（2）为了保证塑性变形能力的充分发挥，消能梁段及与消能梁段同一跨内的非消能梁段，其板件宽厚比不应大于表8.8规定的限值。表中数值适用于Q235钢，其他牌号钢材的情况下应乘以,9,偏心支撑框架消能梁段及同跨梁段的板件宽厚比限值,表8.8,10,（3）支撑斜杆轴力的水平分量成为消能梁段的轴力，当此轴力较大时，除了按（8.7b）式降低梁段的受剪承载力外，还需降低该梁段的长度，以保证其良好的滞回性能。当N0.16Af时，消能段长度应满足式（8.10a）、（8.10b）的要求。,(8.10a),(8.10b),式中：a消能梁段的长度（消能段长度参见图8.10）；,11,（4）消能梁段腹板不得焊补强钢板，因为补强后腹板难以进入塑性。（5）消能梁段腹板不得开孔，腹板开孔将降低梁段的塑性变形能力。(6)消能梁段与支撑斜杆的连接处，应在腹板两侧设置与腹板高度相等的加劲肋（参见图8.10），以传递梁段的剪力并防止在支撑斜杆集中力作用下发生梁腹板的屈曲。一侧加劲肋的宽度不应小于（bf/2-tw），厚度不应小于0.75tw和10mm中的较大值，bf、tw分别为消能梁段的翼缘宽度和腹板厚度。,12,图8.17偏心支撑与消能梁段的局部构造,13,（7）消能梁段为防止剪切或弯曲引起的局部失稳，应按要求在其腹板上设置中间加劲肋,14,（8）消能梁段两端构造上下翼缘均应有平面外支承，以防止梁段的扭转。各支承杆件的轴力设计值不得小于消能梁段翼缘面积和设计强度值乘积的6，即0.06bftff。与消能梁段同跨的非消能梁段为保持整体稳定，设置平面外支承时杆件的轴力设计值不得小于梁翼缘轴向承载力的2，即0.02bftff。,15,1、框架梁柱刚性节点的抗震验算2、钢结构构件连接的验算3、钢框架结构梁柱连接的构造要求,八、节点和连接的抗震验算及构造要求,16,1、框架梁柱刚性节点的抗震验算节点域的屈服承载力符合式（8.11）的要求。其目的是要保证节点域的屈服承载力保持合适的数值，使节点域的屈服先于梁端屈服发生，但又不能因节点域腹板太薄而增大节点域变形对框架侧移的不利影响，满足以下条件：,工字形截面柱,箱形截面柱,（8.11）,（8.12a）,（8.12b）,节点域的抗震验算要求,（8.13a）,（8.13b）,17,当上式要求不能满足时，节点域部位可采用较厚的钢板制作，或贴焊补强板。,Mpb1,Mpb2-分别为节点域两侧梁的全塑性受弯承载力,Vp-节点域的体积,fv-钢材抗剪强度设计值,-折减系数,hb,hc-分别为梁柱腹板高度,tw-柱在节点域的腹板厚度,Mb1,Mb2-分别为节点域两侧梁的弯矩设计值,18,2、钢结构构件连接的验算钢结构构件连接进行极限承载力验算的基本原则，是保证连接的强度高于杆件的极限承载强度。,公式中不等式右端项的系数1.2、1.3为考虑实际钢材屈服点比标准值会有提高，连接的极限承载力应高于这种情况下杆件的极限承载力。,（1）梁与柱连接的极限受弯承载力Mu、受剪承载力Vu应符合下式的要求:,Mp-为梁的全塑性受弯承载力,19,（2）梁、柱构件拼接连接时，腹板应考虑承受弯矩，腹板的设计剪力不得小于构件截面受剪承载力的50%，拼接的极限承载力符合下式要求。,（8.16a）,（8.16b）,无轴向力时：,（8.16c）,有轴向力时：,20,拼接连接可采用螺栓连接或焊接连接。采用螺栓连接时，螺栓的连接承载力应满足下式要求。,翼缘,（8.17）,腹板,（8.18）,一个螺栓的极限受剪承载力和板件的承压力；,Af翼缘的有效截面积；,腹板拼接弯矩引起的一个螺栓的最大剪力,nf翼缘或腹板拼接一侧的螺栓数,21,其中高强度螺栓的极限受剪承载力，取以下两式计算的较小值。,22,焊缝的极限承载力按以下公式计算。,对接焊缝受拉,角焊缝受剪,式中焊缝的有效受力面积；构件母材的抗拉强度最小值。,（3）支撑与框架的连接以及支撑构件拼接的极限承载力要求,式中Nubr螺栓连接和节点板连接在支撑轴线方向的极限承载力；An支撑的截面净面积；fay支撑钢材的屈服强度。,（8.21）,（8.20）,23,3、钢框架结构梁柱连接的构造要求梁柱连接宜采用柱贯通型，也可采用设置节点段使柱子分开的方式，称为梁贯通型（图8.18）。柱仅在一个方向与梁刚接时，若柱子为工字形截面，则柱子腹板应置于刚接框架的平面内（参见图8.18a）。,a)柱贯通型的梁柱节点b)梁贯通型的梁柱节点图8.18梁柱连接的不同型式,24,柱贯通型的刚性连接注意如下构造措施：（1）梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝；8度乙类建筑和9度时，应检验V形切口的冲击韧性，其恰帕冲击韧性在20时不低于27J;（2）柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋，且加劲肋厚度不小于梁翼缘的厚度；柱子为箱形截面时，加劲肋在柱身内部，应采用全熔透对接焊缝与板壁相连；柱子为工字形截面时，加劲肋与柱子翼缘采用全熔透对接焊缝，与腹板可采用角焊缝连接；（3）梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓通过连接板与柱连接；腹板角部宜设置扇形切角，其端部与梁翼缘的全熔透焊缝应隔开；（4）当梁翼缘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二列；当计算仅需一列时，仍应布置二列，且此时螺栓总数不得少于计算值的1.5倍；,25,图8.19梁柱刚性节点工地连接的构造,（5）梁与柱子刚接时，柱在梁上下翼缘外侧各500mm的范围内，柱翼缘与腹板间的连接焊缝应为坡口全熔透焊缝。（6）框架柱的拼接接头宜位于框架梁上方1.3m左右。,26,为了便于工地安装，梁柱的刚性连接，也可在工厂焊接一悬臂梁段在柱子上，在工地现场安装柱子后，在悬臂梁段端部与梁主体拼接。拼接可以采用全高强度螺栓连接或焊接螺栓的混合连接（图8.20）,图8.20框架柱与梁通过悬臂梁段的连接,27,8.3单层钢结构厂房,一、抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求二、地震作用计算三、杆件验算和构造措施,28,单层钢结构厂房的结构体系一般可以分为横向结构（跨度方向）与纵向结构（柱距方向）两个方向。横向结构一般是柱梁体系或柱屋架体系；纵向结构一般是柱联系梁支撑体系。,一、抗震设计对单层钢结构厂房体系的要求,29,单跨,1.横向结构,排架体系中，柱脚刚接，屋架则与柱顶采用铰接连接。刚架体系中，柱脚可以刚接或铰接，屋架或实腹式钢梁则与柱顶刚接。多跨结构采用实腹式钢梁时，钢梁和柱顶的连接则允许部分刚接，部分铰接，但是至少其中的2根柱子应在柱顶和梁刚性连接。,30,图8.21单层钢结构厂房的横向结构,c)多跨等高厂房,d)多跨不等高厂房,a)单跨排架结构,b)单跨刚架结构,31,2.纵向结构,图8.22单层钢结构厂房的纵向结构示意,纵向结构一般处理成支撑铰接框架形式，柱脚与基础按铰接连接设计，柱子与纵向联系梁、吊车梁、支撑构件之间也按铰接连接设计。在大柱距厂房中，通常纵向还有托架结构。,32,屋盖结构,传统,目前,无檩体系：屋架支撑钢筋混凝土大型屋面板体系,有檩体系：屋架（或实腹式钢梁）支撑檩条压型钢板,现代工业厂房越来越多地采用压型钢板，但是也有的厂房仍采用砌块作墙体，即使在采用压型钢板作围护的厂房中，从基础梁上方至相对标高11.5m范围内采用砌块，以及车间内防火墙等采用砌块的也不在少数。,3.屋盖结构,4.墙体材料,33,(1）多跨厂房可以做到按等高布置的，尽可能按等高布置考虑。当因工艺需要设置高低跨、或设置高低跨可以较大幅度降低建造费用（减少维护材料）和使用费用（节约采暖费用）等，厂房可以采用各跨不等高。对地震中低跨屋盖高度处的惯性力给连接高低跨的柱子施加横向力的问题，钢柱设计时需予以考虑。(2）结构上相互联系的车间，其平面宜规整。图8.23所示厂房平面，相邻两跨在纵向长度不一样，可能产生的问题是，当跨度方向受到地震作用时，4轴框架和5轴框架的结构横向刚度、质量都不相同，同一时刻的振动加速度、位移也不相同，平面突然改变处易遭受破坏。,5.抗震设计时单层钢结构厂房结构布置需注意的问题,34,(3)厂房体型复杂时，宜设防震缝。在厂房纵横跨交界处（参见图8.24）、大柱网厂房或不设柱间支撑的厂房，防震缝宽度可采用100150mm，其他情况可采用5090mm。(4)厂房内上吊车的爬梯不应靠近在防震缝设置；多跨厂房各跨上吊车的爬梯不应布置在同一横向轴线附近。设置爬梯处决定了吊车的停靠位置；如果多跨厂房的吊车集中停靠在某一轴线附近，则受到地震作用时，该处的惯性力将显著高于其他轴线处的框架，这是抗震设计中应当避免的。(5)厂房各柱列的侧移刚度宜均匀。,35,图8.24纵横跨相垂直的厂房平面,图8.23不规整的厂房平面,36,(6)屋盖平面内，应设置横向水平支撑。屋盖平面内的横向水平支撑可减少实腹式钢梁或钢屋架弦杆平面外计算长度所必需的；将屋盖平面内的水平地震作用有效地传递至钢柱所必需的。采用钢屋架的结构中，必要时应设置竖向支撑，竖向支撑保持屋架高度范围内的稳定性，同时将屋架上弦的地震水平作用传递至柱子。,37,采用钢屋架的屋盖结构，如遇下列情况，还需要布置纵向水平支撑：1）屋架间距大于或等于12m时；2）厂房内有特重级桥式吊车、壁行吊车或双层桥式吊车时；3）有起重量较大的中级或重级工作制吊车时；4）厂房内有较大振动设备时；5）要求厂房具有较大空间刚度时；6）设有托架时，在托架处局部设置纵向支撑。一般情况下，纵向水平支撑布置在屋架下弦平面内。单跨结构沿厂房纵向两侧各布置一道；多跨结构则布置数道。屋盖支撑的布置，可以参考第九章中钢筋混凝土柱厂房结构对屋盖支撑的要求。,38,(7)纵向结构平面布置：无特殊原因的应设置柱间支撑纵向平面长度大，可能有较大吨位的吊车运行，为减少不均匀沉降等引起的不利影响，设计时力图减少超静定次数，纵向杆件如吊车梁、联系梁等与柱的连接多采用铰接连接；厂房柱的强轴弯曲方向一般在横向框架平面内，纵向是抗弯刚度的弱轴方向，该方向柱脚也就通常按铰接处理支撑系统是该方向有效抵抗水平地震作用所必需的。只有当条件限制确实无法采用支撑时，才考虑通过刚性框架的方式抵抗地震作用。,39,柱间支撑设置有吊车的厂房，应在厂房纵向结构的单元中部设置上下柱间支撑，并应在单元两端设上柱支撑；采用轻质屋盖和墙板的厂房，温度应力一般不会成为控制因素，如有需要，端部单元也可设置下柱支撑。7度时，结构单元长度大于120m，或8、9度时单元长度大于90m时，宜在单元中部1/3区段内设置两道上下柱支撑。,40,单层钢结构厂房体系是超静定次数不高的结构体系，其杆件验算，原则上与静力设计的要求相同；但是在罕遇地震作用下，也会发生杆件进入塑性的情况，因此杆件设计和节点设计都应满足结构抗震的构造要求。1、钢柱的长细比限制柱子长细比过大，容易因失稳导致承载力提前下降，并阻碍塑性变形能力发展。抗震规范规定单层钢结构厂房柱柱子长细比不应大于120，其中为钢材的屈服点。,三、杆件验算和构造措施,41,2、梁与柱的板件宽厚比限制抗震规范对单层钢结构厂房梁、柱杆件的宽厚比作出了比弹性静力设计更为严格一些规定，详见表8.9。,单层钢结构厂房板件宽厚比限值表8.9,42,3、柱间支撑及节点的抗震验算和构造要求1）有吊车厂房的下柱柱间支撑应采用型钢，上柱支撑可以采用型钢或圆钢。2）支撑形式宜采用交叉式，支撑斜杆与水平面交角不宜大于55；3）重型厂房中的下柱支撑因工艺限制无法使用交叉式时，可以使用门式支撑或人形支撑。交叉式柱间支撑的长细比，不宜超过表8.10的规定。,交叉式柱间支撑斜杆的最大长细比表8.10,43,压杆卸载系数，压杆长细比为60、100和200时，可分别采用0.70、0.6和0.5；,长细比不大于200的交叉支撑承受地震作用时可按受拉杆件计算。其轴向拉力设计值Nt按下式确定。,（8.23）,柱间支撑应采用整根型钢。超过材料最大长度规格时，可采用对接焊缝等强拼接。,式中Nt节间支撑斜杆抗拉验算时的轴向拉力设计值li节间斜杆的全长；,44,交叉式支撑在交叉点处应设置节点板，其厚度不应小于10mm。斜杆与交叉节点板应焊接，与端节点板宜焊接。交叉支撑中有一杆中断时，交叉节点板应加强，使其承载力大于1.1倍杆件承载力。交叉支撑的端部连接，对单角钢支撑应考虑强度折减系数，对按拉杆设计的支撑杆件，其强度折减系数取0.85；在8、9度时，不得采用单面偏心连接。支撑和构件的连接，不应小于支撑杆件塑性承载力的1.2倍。4