钢结构柱和支撑的设计.ppt

1,建筑钢结构设计,唐山学院土木工程系,2,4.3 柱和支撑的设计,框架柱设计 梁与柱的连接 水平支撑布置 竖向支撑设计,3,4.3.1 框架柱设计,常用的柱截面形式,4,钢结构房屋的抗震等级,5,现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级,6,（1 ） 节点左右梁端和上下柱端的全塑性承载力，除下列情况之一外，应符合下式要求： 1）柱所在楼层的受剪承载力比相邻上一层的受剪承载力高出25%； 2）柱轴压比不超过0.4，或N2Ac f（N2为2倍地震作用下的组合轴力设计值）； 3）与支撑斜杆相连的节点。,1.强柱弱梁的节点要求,框架柱的设计方法,7,Wpc，Wpb于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩； fyc ， fyb 柱和梁钢材的屈服强度； N 按多遇地震作用组合得出的柱轴力； AC 柱的截面面积； 强柱系数（一级1.15，二级可取1.10， 三级1.05,等截面梁,8,端部翼缘变截面的梁,梁塑性铰剪力；,塑性铰至柱面的距离，塑性铰可取梁端部变截面翼缘的最小处。,注意 稳定系数 取值,3. 整体稳定,4.局部稳定,2. 强度,强轴平面内,弱轴平面内,满足宽厚比限值,框架梁、柱板件宽厚比限值,注：1 表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材时，应乘以,2 Nb/(Af)为梁轴压比。,11,5. 长细比限值,在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。 （上册附表18-2） 满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无侧移情形确定。（上册附表18-1）,计算长度的确定,强支撑框架侧移刚度,第i层层间所有框架用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和,13,K1，K2 ：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值,亦可分别按下列近似公式确定：,14,柱节点域设计,1. 节点域厚度要求,2. 节点域抗剪强度,节点域的抗剪强度按下式计算（GB50011-2010）：,工字形截面柱,箱形截面柱,Vp节点域体积,16,式中 Mb1、Mb2一节点域两侧梁端弯矩设计值 ； Mc1、Mc2节点域两侧柱端弯矩设计值； hb1梁翼缘厚度中点间的距离； hc1柱翼缘厚度中点间的距离； tw柱在节点板域的腹板厚度； fv钢材的抗剪强度设计值。 RE节点域抗震承载力调整系数，取0.75。,17,承载力抗震调整系数,18,3. 节点域的屈服承载力验算,Mpb1、Mpb2一节点域两侧梁端截面全塑性受弯承载力；,节点域的厚度不满足要求，应将节点域的柱腹板局部加厚或加焊贴板。,系数，三级、四级取0.6，一级、二级取0.7。,19,4.3.2 梁与柱的连接,梁与柱的连接形式,通常采用的是柱贯通的连接形式； 按连接转动刚度的不同可分为：,柔性连接,半刚性连接,刚性连接,20,1.完全焊接,4.3.2.1 刚性连接,21,常用计算法,精确计算法,梁翼缘,梁端全部弯矩,梁腹板,梁端全部剪力,梁翼缘,梁腹板,承担Mf,同时承担Mw和梁端全部剪力V,22,梁柱全焊接刚接节点,23,梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：,梁腹板角焊缝的抗剪强度：,24,2.栓焊混合连接,栓焊混合连接刚性节点,26,梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：,梁腹板高强螺栓的抗剪承载力：,27,3.完全栓接,适用于单侧有梁相连的柱,4.产生裂缝的原因,裂 缝,29,强：梁与柱刚性连接时，柱在梁翼缘上下各500mm的范围内，柱翼缘与柱腹板间或箱形柱壁板间的连接焊缝应采用全熔透坡口焊缝。,5.其他,Dogbone Moment Connection,梁翼缘局部削弱， 形成骨形连接； 塑性铰自梁端外移。,改进的节点构造-1 (骨形连接),6.改进节点,改进的节点构造-2 (加焊楔形板),32,改进的节点构造- 3 (梁端部加腋),33,2010 抗规做法,34,2010 抗规做法,35,实例,梁与柱的刚接连接,高强螺栓,垫板,对接焊缝,带短梁段节点工程图片,带短梁段节点工程图片 唐山供电局高层建筑节点,37,4.3.2.2 柔性连接,多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗侧力结构，而另一部分梁铰接于柱，这些柱只承受竖向荷载； 设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可全部采用柔性连接。,38,柔性连接,（a）,（c）,（b）,39,柔性连接,承托,牛腿,40,实例,梁与柱铰接连接,梁腹板传递竖向剪力,4.3.2.3 半刚性连接,端板-高强螺栓连接,42,实例,梁与柱的半刚接连接,梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩,43,横向水平支撑 纵向水平支撑,水平支撑（设置于同一水平面内的支撑）,临时水平支撑：为了建造和安装的安全而设置； 永久水平支撑：通常在水平构件不能构成水平刚 度大的隔板时设置。,分类,4.3.3 水平支撑布置,44,节点板表面高出梁上翼缘有构造处理上的不便,楼盖水平刚度不足时布置水平支撑,水平支撑布置,45,4.3.4 竖向支撑设计,三、四级，高度50m宜用中心支撑: 斜腹杆都连接于梁柱节点,一、二级宜采用偏心支撑: 斜腹杆不都连接于梁柱节点,两根柱构件间设置一系列斜腹杆,竖向支撑,46,可在建筑物纵向的一部分柱间布置，也可在横向或纵横两向布置； 在平面上可沿外墙布置，也可沿内墙布置。,竖向支撑的布置,47,抗震设防的结构不得采用K形斜杆体系； 所有形式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。,人字形斜杆,单斜杆,十字交叉斜杆,K形斜杆,跨层跨柱设置,4.3.4.1 中心支撑,1.支撑形式,49,只能受拉的单斜杆体系，应同时设置不同倾斜方向 的两组单斜杆； 且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的 投影面积之差不得大于10。,斜杆体系,50,2.中心支撑的设计,（1）斜杆截面选用,一、二、三级宜采用轧制H型钢，两端与框架可采用刚性连接。,51,（2）截面设计,1）整体稳定承载力,循环荷载下强度降低系数,正则化长细比,支撑稳定破坏的承载力抗震调整系数,52,2）长细比限值,53,3）局部稳定,钢结构中心支撑板件宽厚比限值,注：表列数值适用于Q235钢，采用其他牌号钢材应乘以,，圆管应乘以235/fay。,54,3.节点构造形式,重型支撑,轻型支撑,（双节点板）,55,地震区的工字形截面中心支撑宜采用轧制宽翼缘H型钢； 如果采用焊接工字形截面，则其腹板和翼缘的连接焊缝应设计成焊透的对接焊缝； 与支撑相连接的柱通常加工成带悬臂梁段的形式，以避免梁柱节点处的工地焊缝。,56,(a) 门架式,(b) 单斜杆式,(d) V形,(c) 人字形,1. 偏心支撑的性能与特点,4.3.4.2 偏心支撑,57,偏心支撑框架设计原则：强柱、强支撑、弱耗能梁段，使其在大震时耗能梁段屈服形成塑性铰，柱、支撑和其他梁段保持弹性。,偏心支撑：指支撑斜杆一端与梁相连，支撑轴线偏离梁柱轴线交点，在支撑与柱之间或支撑与支撑之间形成一段称为消能梁段的短梁。,2. 耗能梁段截面,1）耗能梁段截面尺寸宜与同一跨内框架梁的截面尺寸相同 2）耗能梁段不得贴焊补强板以提高强度，也不得在腹板上开洞。 3）耗能梁段所用钢材,3. 耗能梁段的屈服类型,剪切屈服型,耗能梁段的塑性（屈服）受剪承载力、塑性（屈服） 受弯承载力。,弯曲屈服型,59,4. 耗能梁段板件宽厚比,其他钢号乘以,，N/(Af)为梁轴压比。,偏心支撑框架梁的板件宽厚比限值,60,5. 耗能梁段的净长,为保证偏心支撑框架具有较大的抗推刚度，并使耗能梁段能承受较大剪力，一般用较短的耗能梁段。,N、V 耗能梁段的轴力、剪力设计值,Aw 耗能梁段腹板面积,为简化计算并保证耗能梁在全截面剪切屈服时具有足够的抗弯能力，耗能梁段宜设计成“腹板受剪、翼缘承担弯矩和轴力”,6. 耗能梁段强度验算,1）抗剪承载力验算（腹板强度）,不计轴力对受剪承载力影响,梁（腹板）的抗剪屈服承载力,消能梁段的轴力设计值和剪力设计值。,消能梁段受剪承载力和计入轴力影响的受剪承载力。,修正系数，0.9,消能梁段的全塑性受弯承载力。,消能梁段的截面面积和腹板截面面积。,消能梁段的塑性截面模量。,消能梁段的净长和截面高度。,消能梁段钢材的抗压强度设计值和屈服强度。,消能梁段承载力抗震调整系数，取0.75。,63,2）耗能梁段的翼缘强度（翼缘强度）,耗能梁段弯矩设计值,64,7.内力增大系数,支撑斜杆,一级1.4，二级1.3，三级1.2。,框架梁,一级 1.3，二级 1.2，三级 1 .1,框架柱,一级 1.3，二级 1.2，三级 1.1,65,1）稳定承载力,8. 支撑斜杆设计,2）长细比限值,支撑杆件,66,9.构造要求,67,耗能梁段与柱的连接要求,耗能梁