高層建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計

03二月20235構(gòu)件設(shè)計5.1荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求

5.2鋼梁的設(shè)計特點

5.3鋼柱的設(shè)計特點5.4中心支撐桿件

5.5偏心支撐桿件5.6其它抗側(cè)力構(gòu)件03二月2023彈性階段整體分析，計算構(gòu)件內(nèi)力驗算構(gòu)件承載力和穩(wěn)定性驗算層間變形和頂層變形節(jié)點的計算與設(shè)計彈塑性階段結(jié)構(gòu)極限變形的驗算層間側(cè)移延性比的驗算舒適度的驗算03二月20235.1荷載效應(yīng)組合及設(shè)計要求無地震作用時的組合1)荷載效應(yīng)組合有地震作用時的組合03二月2023式中：S－結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合的設(shè)計值，包括組合的彎矩、軸力和剪力設(shè)計值；

γG－重力荷載分項系數(shù)，一般情況采用1.2，當(dāng)重力荷載效應(yīng)對構(gòu)件承載能力有利時，不應(yīng)大于1.0；

γQ1、γQ2、γw、－分別為樓面活荷載、雪荷載和風(fēng)荷載等荷載分項系數(shù)，一般取1.4；

γEh、γEv－分別為水平、豎向地震作用分項系數(shù)，當(dāng)僅計及單向地震作用時，取1.3，當(dāng)同時計算水平和豎向地震作用時，γEh＝1.3，γEv＝0.5；

SGk、SQ1k、SQ2k、Swk－分別為由永久荷載、樓面活荷載、屋面雪荷載和風(fēng)荷載等的標(biāo)準(zhǔn)值引起的構(gòu)件內(nèi)的荷載效應(yīng)；03二月2023式中：SGE－由重力荷載代表值引起的效應(yīng)，有吊車時，應(yīng)包括懸吊物重力標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)。重力荷載代表值按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)的5.1.3條取用；

SEhk、SEvk－分別為水平或豎向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值引起的效應(yīng)，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)或調(diào)整系數(shù)；

ψw－風(fēng)荷載組合系數(shù)，無地震作用的組合中取1.0；有地震作用的組合中取0.2。當(dāng)驗算結(jié)構(gòu)的變形時，所有荷載分項系數(shù)均取1.0。03二月2023非抗震驗算時2)承載力極限狀態(tài)驗算式中：γ0－結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，使用年限100年及以上1.1，50年1.0；

S－結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力組合設(shè)計值；

R－結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力設(shè)計值；抗震驗算時式中：γRE－構(gòu)件的承載力抗震調(diào)整系數(shù)，梁柱為0.75，支撐0.80，節(jié)點板件、連接螺栓0.85，連接焊縫0.90，當(dāng)計算豎向地震作用時取1.0。03二月2023重力荷載作用下梁的撓度限值主梁≤l/400,次梁≤l/250風(fēng)荷載下的位移限值頂點質(zhì)心側(cè)移≤H/500；層間質(zhì)心側(cè)移≤hi/400；

結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移不得超過質(zhì)心側(cè)移的1.2倍。第一階段抗震驗算的最大層間質(zhì)心側(cè)移限值≤hi/300，結(jié)構(gòu)平面端部構(gòu)件最大側(cè)移，不得超過質(zhì)心側(cè)移的1.3倍。其它“鋼－混凝土”混合結(jié)構(gòu)的限值見GB50011-2001的5.5.1條。3)正常使用極限狀態(tài)驗算03二月2023舒適度（風(fēng)振加速度）限值建筑物頂部最大加速度a限值為

公寓建筑a≤0.20m/s2

公共建筑a≤0.28m/s203二月20234)第二階段抗震驗算

層間側(cè)移hi/50

混合結(jié)構(gòu)的限值見GB50011-2001的5.5.5條；層間側(cè)移延性比不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)形式Δ/Δy鋼框架3.5偏心支撐框架3.0中心支撐框架2.5帶混凝土剪力墻的鋼框架2.0層間側(cè)移延性比是指結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的最大層間側(cè)移與該樓層進入彈塑性狀態(tài)時層間側(cè)移的比值。03二月20235.2鋼梁的設(shè)計特點(beams)1)梁的強度

非抗震驗算：抗彎強度抗剪強度梁端尚應(yīng)驗算

抗震驗算：上公式的設(shè)計強度應(yīng)該除以抗震調(diào)整系數(shù)γRE

。塑性發(fā)展系數(shù)03二月20232)梁的整體穩(wěn)定抗震驗算要考慮抗震調(diào)整系數(shù)。當(dāng)梁端僅以腹板與柱(主梁)連接時，整體穩(wěn)定系數(shù)上應(yīng)乘以0.85的降低系數(shù)。當(dāng)為組合樓蓋，或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板與鋼梁翼緣有可靠連接時，可不驗算鋼梁的整體穩(wěn)定性。03二月2023抗震區(qū)側(cè)向支撐的設(shè)置目的——保證梁上塑性鉸能充分塑性轉(zhuǎn)動而不發(fā)生整體失穩(wěn)。位置——兩端可能出現(xiàn)塑性鉸處；梁的上下翼緣均應(yīng)設(shè)置；相鄰側(cè)向支撐點間的側(cè)向長細比應(yīng)符合《鋼規(guī)》塑性設(shè)計的有關(guān)規(guī)定，且滿足下表。鋼梁的容許側(cè)向長細比側(cè)向支承點間的構(gòu)件長細比

應(yīng)力比值03二月20233)梁板件的寬厚比限值一般鋼梁板件的寬厚比限值鋼梁的截面形式bfbftfhotftwb1twtwtfhotfb1bo03二月2023框架梁的板件寬厚比限值梁截面形狀板件所在部位房屋總層數(shù)非抗震，6度7度8度9度工字形箱形翼緣懸伸部分

1111109111099

腹板

箱形兩腹板之間的翼緣363632303632303003二月2023兼作支撐橫桿的梁和塑性設(shè)計時梁板件的寬厚比限值翼緣腹板鋼梁軸力03二月20235.3鋼柱的設(shè)計特點(columns)（梁，柱，中心支撐，偏心支撐，剪力墻板）

軸壓柱框架柱

截面形式強度、整體穩(wěn)定計算局部穩(wěn)定計算剛度計算，長細比強柱弱梁要求，節(jié)點域03二月2023兩個工字鋼組成的十字形截面也有大量應(yīng)用圓管截面多用于鋼管混凝土柱1)軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定03二月2023使用凈截面面積1)軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定03二月2023使用毛截面面積計算穩(wěn)定系數(shù)時，厚板多為c、d類1)軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定03二月20231)軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算由長細比控制長細比不宜大于120，一般40-60局部穩(wěn)定工字形截面箱形截面03二月20232)框架柱（壓彎柱beam-columns）承載力驗算強度驗算穩(wěn)定驗算抗震驗算時除γRE彎矩作用平面內(nèi)：彎矩作用平面外：

計算長度03二月2023

支撐框架無側(cè)移無支撐框架有側(cè)移弱支撐框架框架的分類：框架柱計算長度平面內(nèi)計算長度平面外計算長度鋼規(guī)的分類高層中基本上是前兩類03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型a）材料彈性b）只在節(jié)點承受豎向荷載c）所有柱子同時失穩(wěn)d）柱子失穩(wěn)時，相交于同一節(jié)點的橫梁對柱提供約束彎矩，按柱線剛度之比分配給柱，只考慮與該柱相連的橫梁e）無側(cè)移失穩(wěn)，橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等方向相反；有側(cè)移失穩(wěn)，橫梁兩端轉(zhuǎn)角大小相等方向相同03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型轉(zhuǎn)角位移方程組確定穩(wěn)定承載力Pcr與歐拉臨界力公式相對比：這里的μ即為計算長度系數(shù)；l0即為計算長度最后發(fā)現(xiàn)μ與柱上下端的梁柱線剛度比K1和K2有關(guān)，是關(guān)于它們的超越方程。03二月20231212計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型關(guān)于梁柱線剛度比K1和K203二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型無支撐框架：底層柱柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時

03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型強支撐框架：柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時

第i層框架柱用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型弱支撐框架：第i層框架柱用無側(cè)移框架和有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。按無側(cè)移框架柱按有側(cè)移框架柱計算長度系數(shù)軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)03二月2023計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型確定柱計算長度系數(shù)的方法小結(jié)：

確定框架類型

計算梁柱截面參數(shù)

求梁柱線剛度比

查表或簡化公式

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50017-2003)高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ99-98)03二月2023柱在框架平面外的計算長度：與平面內(nèi)計算方法相同

確定框架類型

計算梁柱截面參數(shù)

求梁柱線剛度比

查表或簡化公式

03二月2023

有側(cè)移雙層框架

圖中數(shù)字為橫梁或柱子的線剛度

分析各柱在框架平面內(nèi)計算長度系數(shù)

HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010線剛度例103二月2023

柱C1,C3:

柱C2：

柱C4,C6：

柱C5：

HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010無支撐純框架>1.0

柱腳剛接1.0-2.0

柱腳鉸接>2.0

有支撐框架柱<1.003二月2023

圖示鉸接柱腳的雙跨等截面柱框架確定邊柱和中柱在框架平面內(nèi)的計算長度L=12mL=12mH=8m16*35010*80010*36012*30010*46016*300例203二月2023查有側(cè)移框架計算長度系數(shù)的規(guī)范表格：橫梁線剛度與邊柱線剛度比值橫梁邊柱中柱

用近似公式計算03二月202303二月2023兩個橫梁線剛度之和與中柱線剛度比值：兩種方法計算結(jié)果一致近似公式03二月2023

基礎(chǔ)鉸接的雙跨框架已知：一階分析的軸壓力，彎矩，水平力，框架平面外有足夠支撐不發(fā)生彎扭屈曲，鋼材為Q235

確定柱的承載力例3P2PPP2PP0.2P0.384PKN.M0.048P0.104P0.048P0.416PKN.M0.416PKN.M0.348PKN.M0.348PKN.M0.832PKN.M0.384PKN.M03二月2023解:(1)先計算邊柱的承載力邊柱的截面特性：彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定承載力:長細比03二月2023按b類截面查按穩(wěn)定確定邊柱承載力對于有側(cè)移框架，等效彎矩系數(shù)按強度確定邊柱的承載力03二月2023（2）再計算中柱的承載能力

中柱的截面特征：按彎矩作用平面內(nèi)的穩(wěn)定來承載能力長細比仍按b類截面查表03二月2023按強度確定邊柱的承載能力由由經(jīng)比較可知，P之最小值為381.8KN，邊柱和中柱的承載能力分別為381.8KN和763.6KN，是由中柱的穩(wěn)定承載力決定的。03二月2023式中：Wpc、Wpb分別為節(jié)點處柱和梁的截面塑性模量；N為柱軸向壓力設(shè)計值；Ac為柱截面面積；η為超強系數(shù)，6層以上鋼框架，6度Ⅳ類場地和7度時可取1.0，8度時取1.05，9度時取1.15當(dāng)柱所在樓層的受剪承載力比上一層的受剪承載力高出25％或柱軸向力設(shè)計值與柱全截面面積和鋼材抗壓強度設(shè)計值乘積的比值不超過0.4；或作為軸心受壓構(gòu)件在2倍地震力下穩(wěn)定性得到保證時3)抗震時，純框架的強柱弱梁要求可不按上式驗算03二月20234)柱的構(gòu)造要求罕遇地震時不可能出現(xiàn)塑性鉸的框架柱軸壓比限值為：

式中：Ac－柱截面面積?？蚣苤拈L細比限值為抗震設(shè)防烈度6度7度8度9度房屋總層數(shù)≤12>12≤12>12≤12>12≤12>12長細比λ120120120801206010060Q235鋼，其它應(yīng)乘以03二月2023框架柱板件的寬厚比限值：

抗震設(shè)防烈度板件部位6度7度8度9度H形柱翼緣懸伸部分

1313111210119

腹板43524348434443

箱形柱壁板38403736

353633Q235鋼，其它應(yīng)乘以角標(biāo)(1)適用于強柱弱梁不能得到保證的柱03二月20235.4中心支撐桿件支撐桿承載力驗算（按小震壓桿設(shè)計，保證彈性承載力）式中：N－設(shè)計內(nèi)力。交叉支撐和單斜支撐乘以增大系數(shù)1.3；人字形和V形支撐乘以1.5。

循環(huán)荷載下的強度降低系數(shù)。正則化長細比。03二月2023長細比λ限值（我國）房屋總層數(shù)受力狀態(tài)非抗震設(shè)防6度、7度8度9度≤12層按壓桿設(shè)計150150120120按拉桿設(shè)計300200150150>12層壓桿或拉桿150或3001209060Q235鋼，其它應(yīng)乘以03二月2023支撐板件寬厚比限值板件名稱非抗震設(shè)防不超過12層超過12層7度8度9度6度7度8度9度翼緣外伸部分(b1/tf)10+0.1λ131199887工字形(含H形)截面腹板(h0/tw)25+0.5λ33302725232321箱形截面的翼緣和腹板(b1/tf或h0/tw)4031282523212119圓管外徑與壁厚比值(D/t)100———42404038適用于Q235鋼，其它鋼號應(yīng)乘以(工形、箱形)或(圓管)桿件兩個方向長細比均應(yīng)滿足此表03二月20235.5偏心支撐桿件1)支撐桿的承載力驗算式中：N－在豎向和水平荷載最不利組合下的支撐軸力；

－軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)，查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范附錄C；η－內(nèi)力增大系數(shù)，見下表。03二月20232)偏心支撐的構(gòu)造要求長細比板件寬厚比03二月20233)偏心支撐框架梁的構(gòu)造要求在消能梁段上要配置中間加勁肋；在梁上與支撐翼緣對應(yīng)的位置上應(yīng)設(shè)置支承加勁肋；03二月