美国结构设计规范简介资料课件

Preparedby:杨春晖美国结构设计规范简介Preparedby:杨春晖美国结构设计规范简介一、主要结构设计规范体系介绍二、钢结构设计规范AISC360-05简介三、抗震相关内容简介2美国结构设计规范简介一、主要结构设计规范体系介绍二、钢结构设一、主要结构设计规范体系介绍国家规范(IBC,UBC)荷载规范ASCE7（包括地震荷载）混凝土设计规范ACI318（包括抗震混凝土）钢结构设计规范AISC360（非抗震体系）抗震钢结构AISC3413一、主要结构设计规范体系介绍国家规范荷载规范混凝土设计规范钢荷载规范ASCE7简介ASCE:AmericanSocietyofCivilEngineers(美国土木工程师学会）ASCE7-05MinimumDesignLoadsforBuildingandOtherStructures包括:荷载组合方式:极限荷载组合和允许应力荷载组合恒荷载、楼面活荷载、洪水、风、冰、雪、雨荷载地震荷载（场地分类、地震谱、地震荷载计算、地震荷载组合、抗震体系的选择，地震作用的静力、动力分析等等）4荷载规范ASCE7简介ASCE:AmericanSoc荷载规范ASCE7简介（接上）荷载组合方式Strengthdesign：Allowablestressdesign：说明：因为地震加速度已经加过系数，即已经是极限强度水平，所以对于极限强度设计，地震荷载E的系数为1.0.5荷载规范ASCE7简介（接上）荷载组合方式Strength荷载规范ASCE7（接上）6荷载规范ASCE7（接上）6混凝土规范ACI318相关中文参考资料：1.《混凝土结构设计》A.H.尼尔逊著中国建筑工业出版社3.《基础工程分析与设计》约瑟夫·E·波勒斯著中国建筑工业出版社ACI:AmericanConcreteInsitute(美国混凝土学会）ACI318是美国混凝土学会的一个分会，负责通用的混凝土结构规范的编写ACI318-08（最新)包括：混凝土结构分析方法受弯、压弯、抗剪等等承载力计算；构造和施工的要求；注意：ACI318也包括了基础设计的要求但不包含地基承载力计算，美国没有专门的地基基础设计规范7混凝土规范ACI318相关中文参考资料：ACI:Amer钢结构设计规范AISC360AISCAmericanInstituteofSteelConstruction（美国钢结构学会）AISC360-05是一本LRFD和ASD合一的规范，但本质上是一本LRFD钢结构设计规范（13thManual)；ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD钢结构设计规范(ASD9thManual)AISC341-05是一本单独的钢结构抗震设计规范（SeismicManual)AISC官方网站：8钢结构设计规范AISC360AISCAmericanI二、钢结构设计规范AISC360-05总的设计要求整体稳定分析和设计要求构件稳定设计要求节点设计概述9二、钢结构设计规范AISC360-05总的设计要求91.总的设计要求开篇：本规范适用于低地震区（抗震调整系数R<=3),否则需要结合AISC341钢结构抗震规范；且不是核电设施；材料要求：钢材：全部采用ASTM标准一般结构钢,钢板:ASTMA36(Q235)A572(Q345)螺栓、垫片和螺母都有明确的要求：地脚螺栓：A307；高强螺栓;A325（8.8级）A490（10.9级）;垫片:F436；螺母：A194，A563101.总的设计要求开篇：本规范适用于低地震区（抗震调整系数R设计要求承载力设计要求：Ru≤ΦRn极限荷载组合效应≤（抵抗折减系数）*（名义承载力）整体稳定设计要求（见后面介绍）节点设计要求：铰接（SimpleConnection）刚接（MomentConnection）又分为FR（全刚）和PR（半刚性连接），一般采用FR积水设计要求，疲劳设计要求，防火、腐蚀设计要求等详见规范第B章节1.总的设计要求（继续）11设计要求1.总的设计要求（继续）11宽厚比，高厚比的要求：截面分类:COMPACT;NON-COMPACT;SLENDERNESS.AISC允许局部屈曲1.总的设计要求（继续）12宽厚比，高厚比的要求：1.总的设计要求（继续）122.整体稳定设计要求稳定设计是钢结构设计的重点稳定设计分为整体稳定设计和构件稳定设计（有效长度系数或计算长度系数是联系两者的桥梁）132.整体稳定设计要求稳定设计是钢结构设计的重点132.整体稳定设计要求（继续）整体稳定设计：1.需要选择合适的结构体系：有支撑框架（Braced-Frame）和剪力墙系统；刚接框架（MomentFrame）;重力框架（GravityFraming）系统（即摇摆柱，其侧向稳定需要以上两种系统提供）；组合系统。2.需要选择合适的结构分析方法：有效长度系数法（EffectiveLengthMethod）；直接分析法（DirectAnalysisMethod)；一阶弹性分析（First-orderAnalysisMethod)142.整体稳定设计要求（继续）整体稳定设计：14稳定设计方法对比

15稳定设计方法对比152.整体稳定设计要求（继续）限制条件：二阶/一阶位移比Δ2nd/Δ1st

：Theratioofsecond-orderdrifttofirst-orderdriftcanberepresentedbyB2。直接分析法：无限制；有效长度法：B2≤1.5；一阶分析法：B2≤1.5；且轴压比≤0.5注意：B2的上限为2.5GB50017里同样有：162.整体稳定设计要求（继续）限制条件：直接分析法：无限制；P-Delta效应17P-Delta效应17二阶弹性分析方法一阶弯矩放大法‘B1-B2“法：GB的公式类似，但缺少B1系数：其中Cm

为等效弯矩系数类似B1的系数出现在：18二阶弹性分析方法一阶弯矩放大法‘B1-B2“法：GB的公式类直接分析法和有效长度法19直接分析法和有效长度法19分析流程：20分析流程：203.构件稳定设计受拉构件验算两种情况：净截面应力小于极限抗拉强度：

毛截面应力小于屈服强度：213.构件稳定设计受拉构件净截面应力小于极限抗拉强度：毛截面轴心受压构件22轴心受压构件22临界长细比λp弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比λp(limitingKL/r)或临界屈曲应力

Fe23临界长细比λp弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比λp(li其它需要考虑的情况如果flangeandwebisslender尚需要折减稳定曲线(折减系数QsQa)24其它需要考虑的情况如果flangeandwebiss其它需要考虑的情况以上只是柱子的flexuralbuckling,但当截面是十字,单轴对称(角钢,T型钢)等,尚有Torsional,flexural-torsionalbuckling发生.25其它需要考虑的情况以上只是柱子的flexuralbuckl受弯构件根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：26受弯构件根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：26受弯构件相当于GB的等效临界弯矩系数βb27受弯构件相当于GB的等效临界弯矩系数βb27受弯对称工字型截面或槽钢：两种极限状态（取较小值）：28受弯对称工字型截面或槽钢：两种极限状态（取较小值）：28受弯对称工字型截面或槽钢：29受弯对称工字型截面或槽钢：294.节点设计概述4.1螺栓连接设计4.2焊缝连接设计4.3连接板件设计4.4几种常用的连接构造304.节点设计概述4.1螺栓连接设计304.节点设计概述4.1螺栓连接设计高强螺栓材料：ASTMA325和A490三种连接类型必须由设计指明：Snug-tightened;无预拉力的要求，设计施工比较简单；相当于GB的高强承压型（bearing-type)Pretensioned;有预拉力的要求，较少用；Slip-critical有预拉力和摩擦面要求，相当于GB的高强摩擦型，但仍然需要验算承压强度SeePage167ofAISC360314.节点设计概述4.1螺栓连接设计314.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：1.构造要求：螺栓开孔，间距（min22/3d,3dpreferred)，边距等要求324.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：324.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：2.荷载偏心设计考虑：二种方法：弹性设计法瞬心法（塑性法）334.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：弹性设计法瞬心法（塑性4.2焊缝连接设计焊缝类型：熔透焊（CJP）半熔透焊（PJP）角焊缝（filletweld）焊缝计算的几个问题：焊缝强度：焊条FEXX=70ksi(相当于E55型焊条，适用于A572)设计强度为0.6FEXX

，f=0.75(LRFD)344.2焊缝连接设计焊缝类型：34焊缝计算的几个问题：正面角焊缝增大系数：q=90deg.增大系数1.5偏心荷载时的计算方法：瞬心法和弹性设计法35焊缝计算的几个问题：正面角焊缝增大系数：q=90deg连接板件的破坏：剪切破坏受拉破坏36连接板件的破坏：剪切破坏受拉破坏36连接板件的破坏：块剪破坏（blockshear）37连接板件的破坏：块剪破坏（blockshear）37连接板件的破坏：Whitmore有效宽度受压板件的屈曲38连接板件的破坏：Whitmore有效宽度受压板件的屈曲38其他一些连接设计的考虑：撬力作用；转动的延性；构造规定，铰接节点如果采用端板或双角钢连接时，端板或双角钢腹板厚度不能超过16mm，否则应该按照下面公式验算39其他一些连接设计的考虑：撬力作用；转动的延性；构造规定，铰其他一些连接设计的考虑：40其他一些连接设计的考虑：40其他一些连接设计的考虑集中力作用41其他一些连接设计的考虑集中力作用41常见的连接形式：刚接（MomentConnection）ExtendedEnd-PlateMomentConnection42常见的连接形式：刚接（MomentConnection）E常见的连接形式：FlushEnd-PlateMomentConnection栓焊连接43常见的连接形式：FlushEnd-PlateMoment常见的连接形式：铰接连接：端板连接双角钢连接刀板连接44常见的连接形式：铰接连接：端板连接双角钢连接刀板连接44三、抗震相关内容简介地震反应修正系数（Seismicresponsemodificationcoefficient）R>345三、抗震相关内容简介地震反应修正系数（Seismicre地震的基本计算和要求：地震力的计算(ASCE7-05)：设计反应谱46地震的基本计算和要求：地震力的计算(ASCE7-05)：设地震力效应分析方法：等效静力法；反应谱法；时程法47地震力效应分析方法：等效静力法；47等效法（底部剪力法）48等效法（底部剪力法）48地震力的垂直分布和偏心扭矩并且需要考虑5%的偶然偏心扭矩49地震力的垂直分布和偏心扭矩并且需要考虑5%的偶然偏心扭矩49层间位移比50层间位移比50层间位移比限制（大震下的塑性位移）常见的钢结构抗震体系RΩ0Cd

值51层间位移比限制（大震下的塑性位移）常见的钢结构抗震体系R地震荷载下的稳定性指标52地震荷载下的稳定性指标52常见的钢结构抗震体系特殊抗弯框架（SpecialMomentFrame,SMF)中等抗弯框架（IntermediateMomentFrame,IMF)普通抗弯框架（OrdinaryMomentFrame,OMF)特殊桁架抗弯框架（SpecialTrussMomentFrame,STMF)抗弯框架支撑框架特殊中心支撑框架（SCBF);普通中心