多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、第四章 多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 多層鋼結(jié)構(gòu)體系 4.2 多層鋼結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)和組合 4.3 多層鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 4.4 鋼與混凝土組合板和組合梁 4.5 多層鋼結(jié)構(gòu)的連接 4.6 多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例 4.1 多層鋼結(jié)構(gòu)體系 多層鋼結(jié)構(gòu)一般采用框架類結(jié)構(gòu)體系，也 稱多層鋼框架結(jié)構(gòu)； 多層鋼結(jié)構(gòu)一般由柱、梁、樓蓋結(jié)構(gòu)、支 撐結(jié)構(gòu)、墻板或墻架組成。 層數(shù)=10；高度=4.0kN/m2時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)1.3 屋面活荷載 風(fēng)荷載 0kzsz ww 荷載效應(yīng)計(jì)算 偶然荷載：地震荷載 水平地震作用（內(nèi)力組合中起主要作用） 多遇地震（應(yīng)）：承載力及變形驗(yàn)算；振型分 解反應(yīng)譜法/彈性時(shí)程分析/底部剪力法 罕遇地震

2、（宜）：彈塑性時(shí)程分析/靜力彈塑性 分析（pushover） 荷載效應(yīng)計(jì)算 水平地震影響系數(shù) 振型數(shù)不少于3個(gè)，振型疊加采用平方和開 方（SRSS）或完全二次項(xiàng)（CQC） GE重力荷載代表值： GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKT k=0/0.5/1.0 振型分解反應(yīng)譜法典型公式 1.15 ijjjjiEi FX G 荷載效應(yīng)計(jì)算 豎向地震作用（僅在計(jì)算多層框架內(nèi)大跨 度或大懸臂構(gòu)件時(shí)考慮） 豎向地震作用系數(shù)v: 8度0.1/9度0.2 VOVEO FG 二、荷載效應(yīng)組合 荷載效應(yīng)組合 0 1 () n GGKciQiQiK i SSR 011 2 () n GGKQQ KciQ

3、iQiK i SSSR 不考慮地震的組合 可變荷載控制： 永久荷載控制： 荷載效應(yīng)組合 考慮地震的組合 0( ) GGEEhEhKEvEvKwwwK SSSSR 4.3 多層鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析 一般規(guī)定 計(jì)算方法 多層鋼結(jié)構(gòu)的梁 多層鋼結(jié)構(gòu)的柱 多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐 一、一般規(guī)定 一般規(guī)定 平面布置規(guī)則的多層框架，宜采用平面計(jì) 算模型，平面不規(guī)則時(shí)，宜采用空間計(jì)算 模型； 地震作用效應(yīng)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)及附屬質(zhì)量集 中在各樓層，應(yīng)按不同維護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)自振周 期折減（0.9/0.85/0.8），維護(hù)墻體只計(jì)質(zhì) 量不計(jì)剛度； 多層框架宜采用專門軟件計(jì)算或手算； 一般規(guī)定 多層框架柱的計(jì)算長(zhǎng)度H0=H 為計(jì)算長(zhǎng)度系

4、數(shù)， 根據(jù)上下端匯交的橫梁與 框架柱線剛度之比（k1=IB/L:IC/H，K2） 查表確 定。 有側(cè)移框架和無側(cè)移框架 一般規(guī)定 風(fēng)荷載作用下，=H/500/=h/400；多 遇地震，60,Q235；36，Q345）應(yīng)考慮 鋼材沿厚度方向的性能，防止分層。 五、多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐 多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐 支撐的布置和形式 支撐布置原則：承受水平荷載，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，避 免過大的次應(yīng)力和溫度應(yīng)力 平面布置：支撐應(yīng)沿結(jié)構(gòu)縱向和橫向分別布置，最好 沿結(jié)構(gòu)主軸對(duì)稱，如正方平面，支撐布置在房屋中央 和四角；長(zhǎng)方形平面，支撐布置在長(zhǎng)邊的兩端和中部， 沿橫向多布，沿縱向少布。 沿高度布置：最好上下貫通，否則應(yīng)至少搭

5、接一層。 支撐形式：X形支撐/K形支撐/華倫氏支撐 多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐 支撐的計(jì)算： 一般按拉/壓桿計(jì)算； 支撐承受水平剪力： 實(shí)際水平荷載產(chǎn)生的層間剪力 或 ； 1 85235 y f VAf 多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐 還要考慮豎向荷載引起的附加內(nèi)力，受壓 交叉斜撐 2 12 cos 2 cc b NA 交叉斜撐按拉桿設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮附加內(nèi)力， 其連接應(yīng)按荷載作用下的拉力和其臨界壓 力設(shè)計(jì)。 支撐按內(nèi)力設(shè)計(jì)時(shí)，端部的連接承載力宜 按設(shè)計(jì)內(nèi)力提高10%15%計(jì)算 4.4 鋼與混凝土組合板和組合梁 鋼與混凝土組合板 鋼與混凝土組合梁 一、鋼與混凝土組合板 壓型鋼板+鋼筋混凝土 鋼與混凝土組合板 設(shè)計(jì)原則 組

6、合板的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工和使用兩個(gè)階段 施工階段：壓型鋼板為混凝土模板，應(yīng)對(duì)其進(jìn) 行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算；永久荷載（壓型鋼板及混 凝土自重）+可變荷載（施工荷載及附加荷載） 使用階段：在全部荷載作用下，對(duì)組合板或鋼 筋混凝土樓板（壓型鋼板僅用作模板，厚度hc） 進(jìn)行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算 鋼與混凝土組合板 壓型鋼板跨中變形v20mm時(shí)，確定混凝土自 重時(shí)應(yīng)考慮凹坑效應(yīng)，厚度+0.7v或增設(shè)支撐 組合板有局部荷載時(shí)，有效寬度的確定 抗彎計(jì)算： 簡(jiǎn)支板 bem=bm+2lp(1-lp/l)； 連續(xù)板 bem=bm+4lp(1-lp/l)/3 抗剪計(jì)算： bem=bm+lp(1-lp/l) 其中： bm=bp+2(h

7、c+hf) 鋼與混凝土組合板 施工階段計(jì)算 壓型鋼板為混凝土模板，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度和變 形驗(yàn)算，可采用彈性分析方法，順肋方向的正 負(fù)彎矩和撓度均按單向板計(jì)算，不考慮垂直肋 方向的正、負(fù)彎矩。 使用階段計(jì)算 當(dāng)hc=50-100mm時(shí)，可按以下規(guī)定設(shè)計(jì)：順肋 方向的正彎矩和撓度均按單向簡(jiǎn)支板計(jì)算，負(fù) 彎矩按嵌固端考慮，不考慮垂直肋方向的正、 負(fù)彎矩。 鋼與混凝土組合板 組合板設(shè)計(jì) 施工階段驗(yàn)算： 壓型鋼板； 強(qiáng)度和撓度及腹板局部屈曲承載力驗(yàn)算。 使用階段設(shè)計(jì)： 組合板； 正截面抗彎承載力/抗沖剪承載力/斜截面抗剪 承載力/負(fù)彎矩段的截面強(qiáng)度和裂縫寬度 鋼與混凝土組合板 正截面抗彎承載力：塑性設(shè)計(jì)方

8、法，假定截面 受拉、受壓區(qū)材料均達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（折減0.8） Asffcmhcb時(shí)，塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以 上混凝土內(nèi)， M=fcmhcb時(shí)，塑性中和軸在壓型鋼板內(nèi)， M=0.8(fcmhcby1+Ascfy2)； Asc=0.5(As-fcmhcb/f)； 鋼與混凝土組合板 抗沖剪承載力 Vp=0.6ftcphc 斜截面抗剪承載力 Vc=0.75mm，鍍鋅層厚度滿足 防腐要求； 澆注混凝土的槽（肋）寬=50mm；槽內(nèi)設(shè)圓 柱頭焊釘連接件時(shí)壓型鋼板高=90mm，hc=50mm； 組合板端部必須內(nèi)設(shè)圓柱頭焊釘連接件，將壓 型鋼板凹肋焊牢于鋼梁上，圓柱頭焊釘直徑 s=3m,13-16/s=3

9、m-6m,16-19/s6m,19 鋼與混凝土組合板 組合板在鋼梁上支承長(zhǎng)度=50mm 必要時(shí)組合板應(yīng)配置鋼筋：附加抗拉鋼筋/負(fù)彎 矩區(qū)連續(xù)鋼筋/集中荷載或孔洞周圍分布鋼筋/ 為改善防火的受拉鋼筋 組合板負(fù)彎矩區(qū)裂縫寬度=0.3mm/0.2mm 抗裂鋼筋/分布鋼筋 二、組合梁設(shè)計(jì) 由鋼梁及支承在其上的鋼筋混凝土翼板構(gòu) 成 鋼筋混凝土抗壓/鋼材抗拉/協(xié)同工作，充分 發(fā)揮材料作用 組合梁設(shè)計(jì) 組合梁的分類 普通混凝土翼板組合梁 壓型鋼板組合梁 預(yù)制裝配式混凝土板組合梁 組合梁設(shè)計(jì) 組合梁的優(yōu)點(diǎn) 節(jié)約鋼材，降低造價(jià)； 增大截面剛度，減小鋼梁撓度； 減小結(jié)構(gòu)高度及建筑物總高度； 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性； 鋼梁

10、為組合板支撐，節(jié)約模板，縮短工期 組合梁設(shè)計(jì) 組合梁的缺點(diǎn) 耐火等級(jí)差； 需在鋼梁上焊接連接件 4.5 多層鋼結(jié)構(gòu)的連接 連接的一般規(guī)定 梁柱節(jié)點(diǎn) 柱的拼接節(jié)點(diǎn) 柱腳節(jié)點(diǎn) 一、連接的一般規(guī)定 連接的一般規(guī)定 焊接、高強(qiáng)螺栓連接或栓焊混合連接 栓焊混合連接僅可用于同一連接/不同部位 重要或復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，承載力提高10-15% 節(jié)點(diǎn)焊接的要求： 全熔透對(duì)接焊縫，一級(jí)/二級(jí)，等強(qiáng) 不同材料的焊接 焊接施工條件，空間/方位/位置，折減系數(shù)0.9 連接的一般規(guī)定 純框架體系，梁柱節(jié)點(diǎn)及柱腳節(jié)點(diǎn)為剛接， 柱支撐體系梁柱節(jié)點(diǎn)鉸接，柱腳節(jié)點(diǎn)可為 剛接 現(xiàn)場(chǎng)拼接應(yīng)采用等強(qiáng)連接，拼接位置 8、9度抗震設(shè)防的多層框架，節(jié)點(diǎn)塑性區(qū) （L/10或2H)校核：承載力/剛度 二、梁柱節(jié)點(diǎn) 梁柱節(jié)點(diǎn) 鉸接： 梁腹板與柱用高強(qiáng)螺栓連接 剛接： 梁腹板與柱用高強(qiáng)螺栓連接，梁翼緣與柱用高