多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計課件

1、多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計1第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系優(yōu)點、組成、類型第二節(jié) 需要考慮的主要災(zāi)害第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路第四節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計第五節(jié) 存在問題2多層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計3第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系組成鋼柱抗側(cè)、承受豎向荷載鋼梁承受樓板荷載節(jié)點傳遞荷載、控制側(cè)移、抗側(cè)支撐抗側(cè)類型柱支撐體系純框架體系框架支撐體系4第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系柱支撐體系 梁柱鉸接節(jié)點 縱向和橫向均有柱間支撐 空間剛度及抗側(cè)力均由支撐提供 適用于柱距不大、雙向支撐不影響空間流動 設(shè)計、制作、安裝簡單 抗側(cè)剛度大，用鋼量小5第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系純框架體系 縱橫兩向均為剛接框架 其承載力及空間剛度由剛接框架提供 用于柱距較大，無

2、法設(shè)置支撐的建筑物 節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，用鋼量較多 空間利用大7第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系純框架體系8第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系框架支撐體系10第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系布置原則（理解） 柱網(wǎng)梁系布置合理； 節(jié)點形式簡單、便于施工； 采用平面剛性樓蓋，樓蓋主次梁平接構(gòu)造； 柱間支撐應(yīng)不大于4L（L有支撐的柱間距）； 布置時應(yīng)注意合理及均勻，避免及減少剛度中心的偏移。11第一節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)體系12第二節(jié) 需要考慮的主要災(zāi)害火災(zāi)鋼結(jié)構(gòu)的材料特性鋼結(jié)構(gòu)建筑均具有的普遍性地震-與一般荷載有何不同？構(gòu)件抗側(cè)：剛性節(jié)點、支撐（小震）材料延性：大變形、塑性（大震）設(shè)計界、學(xué)術(shù)界面臨的最大矛盾?。拷鉀Q方法：隨機統(tǒng)計力學(xué)1、荷載

3、效應(yīng)恒載（永久荷載） 建筑物自重，分項系數(shù)取1.2； 樓蓋上的永久設(shè)備荷載，分項系數(shù)取1.2；注意：當(dāng)恒載在荷載組合中為有利作用，分項系數(shù)取1.0。14第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路活載（可變荷載） 雪荷載，分項系數(shù)取1.4； 積灰荷載，分項系數(shù)取1.4； 樓層活載，分項系數(shù)取1.4（Q4 1.3）； 風(fēng)荷載，風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值，分項系數(shù)取1.4；151）水平地震作用： 規(guī)則結(jié)構(gòu)，采用平面計算模型； 平面不規(guī)則，應(yīng)采用空間計算模型； 剛度中心與重心有較大偏差，應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)17第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路荷載效應(yīng)S（內(nèi)力）組合用活載計算荷載效應(yīng) 不考慮地震設(shè)計：按荷載規(guī)范折減，確定最不利組合； 考慮地震設(shè)計

4、，采用考慮地震作用荷載組合的重力荷載代表值進(jìn)行計算。18第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路 不考慮地震作用效應(yīng)的基本組合19 考慮地震作用效應(yīng)的基本組合 確定地震作用時的重力荷載代表值?20考慮地震作用效應(yīng)，其總效應(yīng)21第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路2、內(nèi)力計算一、一般規(guī)定二、柱支撐框架體系水平荷載下近似計算方法三、多層鋼結(jié)構(gòu)的梁四、多層鋼結(jié)構(gòu)的柱五、多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐22第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路一、一般規(guī)定 多層框架在風(fēng)荷載作用下，頂點的橫向水平位移（標(biāo)準(zhǔn)值）不宜大于 （H為框架柱總高），層間相對位移不宜大于 （h為層高），對無隔墻的多層框架，可以不驗算其層間位移。 按多遇地震進(jìn)行抗震設(shè)計時，多層

5、框架的層間側(cè)移（標(biāo)準(zhǔn)值）不應(yīng)大于層高的1/25024第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路思考：（1）為什么計算結(jié)構(gòu)自振周期？（2）如何計算結(jié)構(gòu)自振周期？（3）結(jié)構(gòu)基本周期、結(jié)構(gòu)自振周期與設(shè)計特征周期、場地卓越周期的區(qū)別？（4）結(jié)構(gòu)自振周期是否會變化？（5）鋼結(jié)構(gòu)自振周期與混凝土結(jié)構(gòu)有何不同？25三、多層鋼結(jié)構(gòu)的梁1、截面形式27第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路三、多層鋼結(jié)構(gòu)的梁2、梁的計算按梁最不利截面計算確定；構(gòu)件驗算后需要調(diào)整截面，調(diào)整后截面慣性矩與原假定的慣性矩相差大于30時，宜對原框架計算內(nèi)力亦進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。對于樓板為鋼鋪板的框架梁，當(dāng)不直接承受動力荷載時，可考慮按塑性設(shè)計要求驗算截面。計算梁的

6、撓度，可將梁上翼緣每側(cè)15t（板厚）寬度的鋪板計入梁的截面慣性矩。28第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路四、多層鋼結(jié)構(gòu)的柱1、截面形式 軋制、焊接H型鋼 十字焊接型鋼：適用于有較高的剛度要求 方鋼管、圓鋼管：荷載、柱高較大；外觀29第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路四、多層鋼結(jié)構(gòu)的柱2、柱的計算 框架柱應(yīng)按兩個主軸方向分別進(jìn)行強度及穩(wěn)定的驗算。 若采用板材厚度超過60mm（Q235）或36mm（Q345）（重型鋼結(jié)構(gòu)），材料除要考慮力學(xué)的指標(biāo)，還要考慮防止分層。30第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路五、多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐1、支撐的布置與形式原則： 承受各方向的水平荷載 保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定及安裝過程中的局部、整體穩(wěn)

7、定。 多布置在框架的縱向與橫向，并應(yīng)與主軸對稱31第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路五、多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐1、支撐的布置與形式32第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路五、多層鋼結(jié)構(gòu)的支撐1、支撐的布置與形式 沿高度布置應(yīng)從上到下貫通 主要形式：X形支撐、K形支撐、華倫式桁架33第三節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路鋼結(jié)構(gòu)建筑由較為理想的材料構(gòu)件組合而成構(gòu)件：穩(wěn)定問題；節(jié)點：承載能力問題；（該問題與高層鋼結(jié)構(gòu)相同）34第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 一般連接有三種： 焊接、摩擦型高強螺栓和栓焊混合連接35第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 一般連接有三種： 對于栓焊混合連接，螺栓部分的承載力應(yīng)

8、考慮先栓后焊的溫度影響乘以折減系數(shù)0.9。 對于節(jié)點連接中將同一力傳至同一連接件上時，不允許同時采用兩種方法連接（比如又栓又焊）36第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 節(jié)點焊接應(yīng)滿足的下列要求：A、全熔透焊縫，其焊縫質(zhì)量檢驗應(yīng)符合一級或二級質(zhì)量要求。 要求與母材等強的焊接連接或拼接。 框架節(jié)點塑性區(qū)段的焊接連接B、焊縫金屬應(yīng)與母材強度相匹配： Q235E43焊條或焊絲 Q345E50焊條或焊絲 不同強度材料焊接時，應(yīng)按強度較低的鋼材選用37第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 節(jié)點焊接應(yīng)滿足的下列要求：C、應(yīng)充分考慮施工凈空和條件，對與高空施工條件困難的現(xiàn)場焊縫，其承載力

9、應(yīng)乘以折減系數(shù)0.9。 對較重要的或受力較復(fù)雜的節(jié)點，當(dāng)按所傳內(nèi)力（不是按與母材等強）進(jìn)行連接設(shè)計時，宜使連接的承載力留有1015的裕度。38第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 多層框架結(jié)構(gòu)體系中的梁柱節(jié)點及柱腳節(jié)點均應(yīng)設(shè)計為剛接節(jié)點； 柱支撐結(jié)構(gòu)體系中的梁柱連接節(jié)點可設(shè)計為鉸接節(jié)點柱腳應(yīng)考慮安裝時穩(wěn)定而具有一定的剛接抗彎性能。39第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 框架承重構(gòu)件的現(xiàn)場拼接均應(yīng)為等強拼接（用摩擦型高強螺栓連接或焊接連接） 柱段高度h1一般按3層一段考慮，拼接點高度h2宜按主梁頂面以上1.01.3m考慮多層框架梁柱及支撐的安裝單元劃分40第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)

10、的關(guān)鍵設(shè)計一、連接的一般規(guī)定 對8度及9度抗震設(shè)防區(qū)的多層框架，其梁柱節(jié)點及連接還要進(jìn)行節(jié)點塑性區(qū)段的校核： 梁端或柱端由構(gòu)件端面算起1/10跨長或2倍截面高度范圍A、節(jié)點連接的極限承載力不應(yīng)小于所連接構(gòu)件（梁、柱、支撐）截面塑性承載力的1.2倍（抗彎承載力）及1.3倍（抗剪承載力）。B、塑性區(qū)段的構(gòu)件板截面寬厚比及受彎構(gòu)件側(cè)向支撐點區(qū)段的長細(xì)比均應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求。41第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點有鉸接、半剛性連接或剛性連接42第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點有鉸接、半剛性連接或剛性連接43第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接

11、的幾種形式： 梁柱丁字形連接（全焊接）44第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計1）梁要加工準(zhǔn)確；2）有仰焊二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁柱寬翼緣T字形連接（全焊接）45第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計1）T型加勁板的高度要大于橫梁高度；2）與柱翼緣連接剛度稍大二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁柱通過蓋板和角鋼連接（栓焊連接）46第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計肋板下部板二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 梁與十字形截面柱連接 采用水平蓋板和豎向板與梁連接 水平板傳遞彎矩，豎向板傳遞剪力 上水平板為楔形，與梁柱連接 下水平板與豎向板先焊接在柱上起支托作用 截面對稱，四個方向構(gòu)

12、造完全相同47第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計二、梁柱節(jié)點 梁柱節(jié)點剛性連接的幾種形式： 方鋼管柱與梁的節(jié)點連接 分為鉸接、半剛性節(jié)點、剛接節(jié)點48第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計梁柱節(jié)點試驗49第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計梁柱節(jié)點破壞特征50第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計51第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計“強節(jié)點弱桿件”基本原則：在梁形成塑性鉸前，梁柱連接的交界面處及節(jié)點域的抗彎能力必須大于框架的抗彎能力，防止在梁還未出現(xiàn)塑性鉸時，交界面處或節(jié)點域發(fā)生脆性破壞塑性鉸在梁上出現(xiàn)位置的強度應(yīng)小于梁柱節(jié)點的強度常用設(shè)計法精確設(shè)計法52常用設(shè)計法梁端彎矩M(設(shè)計彎矩)全部由梁翼緣承擔(dān)，梁端剪力V（設(shè)計剪力）全部

13、由梁腹板承擔(dān)精確設(shè)計法以梁翼緣和腹板按各自截面慣性矩分擔(dān)作用于梁端的彎矩 （設(shè)計彎矩），以梁翼緣承擔(dān)彎矩 ，并以腹板承擔(dān)彎矩 和梁端全部剪力V（設(shè)計剪力）第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計53從以上設(shè)計概念出發(fā)當(dāng)栓焊混合連接時，梁翼緣與柱焊接，“常用設(shè)計法”比“精確設(shè)計法”偏于安全；當(dāng)全焊連接時，梁腹板與柱連接，“常用設(shè)計法”偏于不安全。無論是“常用設(shè)計法”還是“精確設(shè)計法”，連接計算都是從梁端的設(shè)計內(nèi)力出發(fā)，也就是說，這兩種方法都不是“等強連接”，即，梁端彎矩和剪力不等于梁的全截面抗彎和抗剪承載力。第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計54重要的兩點：節(jié)點承載力問題：要使節(jié)點的承載力大于構(gòu)件的承載力，就要以

14、大于構(gòu)件承載力的內(nèi)力去設(shè)計它；顯然，提高梁柱連接的交界面處及節(jié)點域的強度，也就相對降低了梁的強度；節(jié)點域穩(wěn)定性問題：提高節(jié)點域的穩(wěn)定性，將直接有利于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)（剛度、位移）和自振周期衰減。引申一個問題：材料的本構(gòu)關(guān)系決定構(gòu)件截面的剛度退化；構(gòu)件的大變形決定了結(jié)構(gòu)體系的剛度退化；前者是“材料非線性”，后者是“幾何非線性”第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計551）塑性鉸位置外移狗骨頭式第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計562）強化節(jié)點573）擴(kuò)大焊接孔及長槽型節(jié)點58節(jié)點域穩(wěn)定59節(jié)點域穩(wěn)定60節(jié)點數(shù)值分析-ANSYS61節(jié)點抗震性能評價指標(biāo)性問題滯回性能間接得到耗能能力抗側(cè)剛度彈性極限延性性能屈服位移和極限

15、位移的比（延性比）以上各項需由一定數(shù)量的試驗結(jié)果，統(tǒng)計規(guī)律性機理，提出力學(xué)關(guān)系，建立理論模型。以試驗得到滯回曲線為主要結(jié)果62節(jié)點抗震性能滯回性能力控制-力保持或遞增位移控制-位移保持（但與疲勞不同）或遞增混合控制：在試件的屈服前力控制 ；屈服后以0.5 , 1.0 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 及12 倍的屈服位移進(jìn)行位移控制；每級循環(huán)2次。當(dāng)加載荷載降低到極限荷載85%時終止試驗。63節(jié)點抗震性能評價指標(biāo)性問題滯回性能64節(jié)點抗震性能評價指標(biāo)性問題滯回曲線處理-求屈服位移、極限位移通用屈服彎矩法；R.Park法及能量法三、柱的拼接 一般布置在反彎點區(qū)，避免大彎矩區(qū) 65第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 一般有兩種：鉸接、剛接 鉸接：1）鉸接框架腳66第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 鉸接：2）完全鉸接框架腳67第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 鉸接：3）輥軸式鉸支座68第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 剛接：承受彎矩，壓力由底板直接傳遞給基礎(chǔ)，剪力則由底板的剪力塊來傳遞。為保證一定的穩(wěn)定，還需加焊加勁肋69第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 剛接：通用型70第4節(jié) 多層鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計四、柱腳 剛接：格構(gòu)式柱一般采用分離式柱腳，每個柱肢即是一個軸心受壓的單獨柱腳，柱肢