美国结构设计规范简介.ppt

1、,Prepared by: 杨春晖,美国结构设计规范简介,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、钢结构设计规范AISC360-05简介,三、抗震相关内容简介,3,一、主要结构设计规范体系介绍,4,荷载规范ASCE 7简介,ASCE :American Society of Civil Engineers (美国土木工程师学会） ASCE 7-05 Minimum Design Loads for Building and Other Structures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

2、、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）,5,荷载规范ASCE 7简介（接上）,荷载组合方式,Strength design：,Allowable stress design：,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.,6,荷载规范ASCE 7（接上）,7,混凝土规范ACI 318,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 :American Concrete Insitute

3、 (美国混凝土学会） ACI 318 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,8,钢结构设计规范AISC 360,AISC American Institute of Steel Construction（美国钢结构学会） AISC 360-05 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（13th Manual)； ASD规范是AISC于1

4、989年出版，也是最后一本ASD钢结构设计规范 (ASD 9th Manual) AISC 341-05 是一本单独的钢结构抗震设计规范（Seismic Manual),AISC官方网站：,9,二、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,10,1. 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AISC 341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:ASTM A36 (Q235) A572 (Q345) 螺栓、垫片和螺母 都

5、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，A563,11,设计要求 承载力设计要求： Ru Rn 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（Simple Connection） 刚接（Moment Connection）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）,12,宽厚比，高厚比的要求： 截面分类: COMPACT;NON-COMP

6、ACT;SLENDERNESS. AISC允许局部屈曲,1. 总的设计要求（继续）,13,2. 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）,14,2. 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（Moment Frame）; 重力框架（Gravity Framing）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（Effective Length M

7、ethod）； 直接分析法（Direct Analysis Method)； 一阶弹性分析（First-order Analysis Method),15,稳定设计方法对比,16,2. 整体稳定设计要求（继续）,限制条件： 二阶/一阶位移比2nd / 1st ：The ratio of second-order drift to first-order drift can be represented by B2。,直接分析法：无限制； 有效长度法：B21.5； 一阶分析法： B21.5；且轴压比0.5 注意：B2的上限为2.5,GB50017里同样有：,17,P-Delta效应,18,二阶弹

8、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：,19,直接分析法和有效长度法,20,分析流程：,21,3.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：,22,轴心受压构件,23,临界长细比p,弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比p (limiting KL/r) 或临界屈曲应力 Fe,24,其它需要考虑的情况,如果flange and web is slender尚需要折减稳定曲线(折减系数Qs Qa),25,其它需要考虑的情况,以上只是柱子的flexural buc

9、kling, 但当截面是十字, 单轴对称(角钢,T型钢)等,尚有Torsional, flexural-torsional buckling 发生.,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：,27,受弯构件,相当于GB的等效临界弯矩系数b,28,受弯对称工字型截面或槽钢：,两种极限状态（取较小值）：,29,受弯对称工字型截面或槽钢：,30,4. 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,31,4. 节点设计概述,4.1 螺栓连接设计 高强螺栓材料：ASTM A325 和 A490 三种连接类型必须由设计指明：

10、 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 See Page 167 of AISC 360,32,4. 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（min 2 2/3 d,3d preferred)，边距等要求,33,4. 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）,34,4.2 焊缝

11、连接设计,焊缝类型： 熔透焊（CJP） 半熔透焊（PJP） 角焊缝（fillet weld） 焊缝计算的几个问题： 焊缝强度：焊条FEXX =70 ksi (相当于E55型焊条，适用于A572) 设计强度为0.6 FEXX ， f = 0.75 (LRFD),35,焊缝计算的几个问题：,正面角焊缝增大系数：,q = 90 deg. 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,36,连接板件的破坏：,剪切破坏,受拉破坏,37,连接板件的破坏：,块剪破坏（block shear）,38,连接板件的破坏：,Whitmore 有效宽度,受压板件的屈曲,39,其他一些连接设计的考虑：,撬力

12、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,40,其他一些连接设计的考虑：,41,其他一些连接设计的考虑,集中力作用,42,常见的连接形式：,刚接（Moment Connection）,Extended End-Plate Moment Connection,43,常见的连接形式：,Flush End-Plate Moment Connection,栓焊连接,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,45,三、抗震相关内容简介,地震反应修正系数 （Seismic response

13、modification coefficient） R 3,46,地震的基本计算和要求：,地震力的计算(ASCE 7-05)：,设计反应谱,47,地震力效应分析方法：,等效静力法； 反应谱法； 时程法,48,等效法（底部剪力法）,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,50,层间位移比,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 0 Cd 值,52,地震荷载下的稳定性指标,53,常见的钢结构抗震体系,特殊抗弯框架（Special Moment Frame, SMF) 中等抗弯框架 （Intermediate Moment Frame, IMF)

14、 普通抗弯框架 （Ordinary Moment Frame, OMF) 特殊桁架抗弯框架（Special Truss Moment Frame, STMF),抗弯框架,支撑框架,特殊中心支撑框架（SCBF); 普通中心支撑框架（OCBF); 偏心支撑框架(EBF); 屈曲约束支撑框架（BRBF）,钢板剪力墙（Special Plate Shear Walls),54,抗震设计的几个问题,抗震钢结构的材料 宽厚比限值, 保护区（Protected Zone) 特殊抗弯框架的一些设计概念,55,抗震钢结构的材料,只有下列材料被允许用于抗震钢结构： ASTM A36,A53, A500,A501,A