第9章 民用建筑钢结构设计

1、1 第第9 9章章 民用建筑钢结构设计民用建筑钢结构设计 9.1结构选型与布置结构选型与布置 9.2 结构计算要点结构计算要点 9.3 内力调整内力调整 9.4 9.4 钢框架构件验算钢框架构件验算 9.5 9.5 中心支撑斜杆验算中心支撑斜杆验算 9.6 9.6 偏心支撑框架构件验算偏心支撑框架构件验算 9.7 9.7 连接设计连接设计 2 9.19.1 结构选型与布置结构选型与布置( (跳过本节跳过本节) ) 一、高层钢结构的体系一、高层钢结构的体系 高层钢结构的结构体系主要有高层钢结构的结构体系主要有四类四类：框架体系、：框架体系、 框架框架支撑支撑(剪力墙板剪力墙板)体系、筒体体系体系

2、、筒体体系(框筒、筒中筒、框筒、筒中筒、 桁架筒、束筒等桁架筒、束筒等)和巨型框架体系。和巨型框架体系。 （一）框架体系（一）框架体系 框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成 的结构体系。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱的结构体系。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱 构件节点的强度与延性。构件节点的强度与延性。 n根据受力变形特征，钢框架梁、柱连接可分为三类。根据受力变形特征，钢框架梁、柱连接可分为三类。 刚性连接刚性连接 梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩梁柱间无相对转动，连接能承受弯矩(图图9-1a)。 铰支连接铰支连接 梁杆间有相对转动，连接

3、不能承受弯矩梁杆间有相对转动，连接不能承受弯矩(图图9-1b) 。 半刚性连接半刚性连接 梁柱问有相对转动，连接能承受弯矩梁柱问有相对转动，连接能承受弯矩(图图9-1c) 。 3 n 在工程应用中，较难预先准确地确定梁柱连接弯矩在工程应用中，较难预先准确地确定梁柱连接弯矩 转角间的定量关系。转角间的定量关系。 一般将梁柱连接中在梁翼缘部位有可靠连接且刚度较大的一般将梁柱连接中在梁翼缘部位有可靠连接且刚度较大的 连接形式当作刚接。连接形式当作刚接。 否则当作铰接。否则当作铰接。 目前还很少采用半刚性连接框架或按半刚性连接框架进行目前还很少采用半刚性连接框架或按半刚性连接框架进行 设计。设计。 （

4、二）框架（二）框架支撑体系支撑体系 框架框架支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横 两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系 （图（图9-2）。 4 支撑类型：支撑类型：中心支撑，偏心支撑，约束屈曲支撑。中心支撑，偏心支撑，约束屈曲支撑。 支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、支撑类型的选择与是否抗震有关，也与建筑的层高、 柱距以及建筑使用要求柱距以及建筑使用要求(如人行通道、门洞和空调如人行通道、门洞和空调 管道设置等管道设置等)有关。有关。 支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定，一支撑体系的布

5、置由建筑要求及结构功能来确定，一 般布置在端框架中、电梯井周围等处。般布置在端框架中、电梯井周围等处。 在框架在框架支撑体系中，框架是剪切型结构，底部层支撑体系中，框架是剪切型结构，底部层 间位移大，支撑架为弯曲型结构，底部层间位移小，间位移大，支撑架为弯曲型结构，底部层间位移小， 两者并联，可以明显减小建筑物下部的层间位移两者并联，可以明显减小建筑物下部的层间位移 (图图9-3)。 5 1 1、中心支撑、中心支撑 l 中心支撑中心支撑指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑 体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子 汇交

6、于一点，但汇交时均无偏心距。汇交于一点，但汇交时均无偏心距。 l 根据斜杆的不同布置形式，可形成根据斜杆的不同布置形式，可形成X形支撑、单斜形支撑、单斜 支撑、人字形支撑、支撑、人字形支撑、K形支撑及形支撑及V形支撑等类型形支撑等类型( (图图 9-4)9-4)。 l 中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧中心支撑是常用的支撑类型之一，因具有较大的侧 向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力 分布是有效的。分布是有效的。 6 l 地震作用时中心支撑的破坏特点：地震作用时中心支撑的破坏特点： 支撑斜杆重复压曲后，其抗压承载力急剧降低； 支撑的

7、两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的 端节点实际构造做法并非铰接，引发支撑产生很大的内力 和应力； 斜杆从受压的压曲状态变为受拉的拉伸状态，将对结构产 生冲击作用力，使支撑及其节点和相邻的结构产生很大的 附加应力； 同一层支撑框架内的斜杆轮流压曲又不能恢复(拉直)，楼 层的受剪承载力迅速降低。 l 对于地震区建筑，不得采用对于地震区建筑，不得采用K形中心支撑形中心支撑（K形支撑的 斜杆因受压屈曲或受拉屈服时，将使柱子发生屈曲甚至严重 破坏）。 l 在房屋中，当采用单斜支撑且按受拉设计时，应同在房屋中，当采用单斜支撑且按受拉设计时，应同 时设置不同倾斜方向的两组单斜杆。且每层中不同时设置

8、不同倾斜方向的两组单斜杆。且每层中不同 方向单斜杆的面积在水平方向的投影面积之差不得方向单斜杆的面积在水平方向的投影面积之差不得 大于大于10。 7 2 2、偏心支撑、偏心支撑 l 偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相偏心支撑是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相 交交(不在柱节点处不在柱节点处)，另一端可在梁与柱交点处连接；，另一端可在梁与柱交点处连接； 或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支 撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段；或在两柱撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段；或在两柱 支撑斜杆之间构成一耗能梁段的支撑。支撑斜杆之间构成一耗

9、能梁段的支撑。 l 采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(耗能耗能 梁段梁段)的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，耗能梁的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，耗能梁 段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段利用非弹性变段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段利用非弹性变 形进行耗能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。形进行耗能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。 l 偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适 用于高烈度地区的一种新型支撑体系。用于高烈度地区的一种新型支撑体系。 l 偏心支撑的类型：门梁式偏心支撑的类型：门梁式1；

10、门梁式；门梁式2；单斜杆式；单斜杆式； 人字形式；人字形式；V字形式字形式（图（图9-5）。 8 （三）框架（三）框架剪力墙体系剪力墙体系( (图图9-69-6） 框架框架剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置剪力墙板体系是以钢框架为主体，并配置 一定数量的剪力墙板一定数量的剪力墙板(混凝土或钢板剪力墙混凝土或钢板剪力墙)的结构。的结构。 剪力墙板可以根据需要布置在任何位置上，布置灵剪力墙板可以根据需要布置在任何位置上，布置灵 活。活。 剪力墙板可以分开布置，两片以上剪力墙并联体较剪力墙板可以分开布置，两片以上剪力墙并联体较 宽，从而可减小抗侧力体系等效高宽比，提高结构的宽，从而可减小抗侧力体系

11、等效高宽比，提高结构的 抗侧移刚度和抗倾覆能力。抗侧移刚度和抗倾覆能力。 1 1、钢板剪力墙墙板、钢板剪力墙墙板 l钢板剪力墙墙板一般需采用厚钢板，其上下两边缘钢板剪力墙墙板一般需采用厚钢板，其上下两边缘 和左右两边缘可分别与框架梁和框架柱连接，一般采和左右两边缘可分别与框架梁和框架柱连接，一般采 用高强螺栓连接。用高强螺栓连接。 l钢板剪力墙墙板承担沿框架梁、柱周边的剪力，不钢板剪力墙墙板承担沿框架梁、柱周边的剪力，不 承担框架梁上的竖向荷载。承担框架梁上的竖向荷载。 9 2 2、内藏钢板支撑剪力墙墙板、内藏钢板支撑剪力墙墙板 内藏钢板支撑剪力墙是以钢板为基本支撑，外包钢内藏钢板支撑剪力墙是

12、以钢板为基本支撑，外包钢 筋混凝土墙板的预制构件筋混凝土墙板的预制构件（图（图9-7）。 l内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心支撑，内藏钢板支撑可做成中心支撑也可做成偏心支撑， 但在地震高烈度地区，宜采用偏心支撑。但在地震高烈度地区，宜采用偏心支撑。 l预制墙板仅在钢板支撑斜杆的上下端节点处与钢框预制墙板仅在钢板支撑斜杆的上下端节点处与钢框 架梁相连，除该节点部位外，与钢框架的梁或柱均不架梁相连，除该节点部位外，与钢框架的梁或柱均不 相连，留有间隙，因此，内藏钢板支撑剪力墙仍是一相连，留有间隙，因此，内藏钢板支撑剪力墙仍是一 种受力明确的钢支撑。种受力明确的钢支撑。 l钢支撑有外包混凝土，

13、故可不考虑平面内和平面外钢支撑有外包混凝土，故可不考虑平面内和平面外 的屈曲。墙板对提高框架结构的承载能力和刚度，以的屈曲。墙板对提高框架结构的承载能力和刚度，以 及在强震作用时吸收地震能量方面均有重要作用。及在强震作用时吸收地震能量方面均有重要作用。 10 3 3、带竖缝钢筋混凝土剪力墙板、带竖缝钢筋混凝土剪力墙板 普通整块钢筋混凝土墙板由于初期刚度过高，地震普通整块钢筋混凝土墙板由于初期刚度过高，地震 时首先斜向开裂，发生脆性破坏而退出工作，造成时首先斜向开裂，发生脆性破坏而退出工作，造成 框架超载而破坏。框架超载而破坏。 带竖缝的剪力墙板在墙板中设有若干条竖缝，将墙带竖缝的剪力墙板在墙板

14、中设有若干条竖缝，将墙 板分割成一系列延性较好的壁柱板分割成一系列延性较好的壁柱（图（图9-8）。 多遇地震时，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大，承多遇地震时，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大，承 担水平剪力。担水平剪力。 罕遇地震时，墙板处于弹塑性阶段，壁柱产生裂缝，罕遇地震时，墙板处于弹塑性阶段，壁柱产生裂缝， 屈服后刚度降低，变形增大，起到耗能减震的作用。屈服后刚度降低，变形增大，起到耗能减震的作用。 11 （四）筒体体系（四）筒体体系 1 1、框筒体系、框筒体系 n 当建筑的高度较高时，可采用密柱深梁方式构成框当建筑的高度较高时，可采用密柱深梁方式构成框 筒结构筒结构(图图9-9)。 n 在水

15、平力作用下，框筒的梁以剪切变形为主，或为在水平力作用下，框筒的梁以剪切变形为主，或为 剪弯变形；框筒的柱主要产生与结构整体弯曲相适剪弯变形；框筒的柱主要产生与结构整体弯曲相适 应的轴向变形，即基本为轴力构件。应的轴向变形，即基本为轴力构件。 n 由于框筒梁的剪切变形，使得框筒柱的轴力分布出由于框筒梁的剪切变形，使得框筒柱的轴力分布出 现现“剪力滞后剪力滞后”现象现象(图图9-10）。 12 2 2、束筒体系、束筒体系 n 在框筒垂直于水平力的翼缘的宽度过大时，由于剪力在框筒垂直于水平力的翼缘的宽度过大时，由于剪力 滞后效应，筒体的整体抗弯能力将较大地减弱，筒体滞后效应，筒体的整体抗弯能力将较大

16、地减弱，筒体 效果显著降低。效果显著降低。 n 将一个大框筒分割成若干个小框筒，构成框筒束结构。将一个大框筒分割成若干个小框筒，构成框筒束结构。 n 由于小框筒翼缘的宽度减小，剪力滞后效应大大降低，由于小框筒翼缘的宽度减小，剪力滞后效应大大降低， 筒体的整体抗侧刚度将大大提高筒体的整体抗侧刚度将大大提高(图图9-11) 。 3 3、筒中筒体系、筒中筒体系 n 在框筒结构内部，利用建筑中心部位电梯竖井的可在框筒结构内部，利用建筑中心部位电梯竖井的可 封闭性，将其周围的一般框架改成密柱内框筒，或封闭性，将其周围的一般框架改成密柱内框筒，或 采用混凝土芯筒，可构成筒中筒结构采用混凝土芯筒，可构成筒中

17、筒结构(图图9-12) 。 13 （五）、巨型结构体系（五）、巨型结构体系 n 一般高层钢结构的梁、柱、支撑为一个楼层和一个一般高层钢结构的梁、柱、支撑为一个楼层和一个 开间内的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到开间内的构件，如果将梁、柱、支撑的概念扩展到 数个楼层和数个开间，则可构成巨型框架结构和巨数个楼层和数个开间，则可构成巨型框架结构和巨 型支撑结构型支撑结构(图图9-13) 。 14 纯框架结构延性好，但抗侧力刚度较差。 中心支撑框架通过支撑提高框架的刚度，但支撑受压会屈曲， 支撑屈曲将导致原结构承载力降低。 偏心支撑框架可通过偏心梁段剪切屈服限制支撑受压屈曲， 结构抗侧力刚度介于纯

18、框架和中心支撑框架之间。 框筒实际上是密柱框架结构，由于梁跨小刚度大，使周圈柱 近似构成一个整体受弯的薄壁简体，具有较大的抗侧刚度和 承载力。 二、钢结构房屋适用的最大高度二、钢结构房屋适用的最大高度(表表9-1) 三、三、钢结构房屋钢结构房屋适用的最大高宽比适用的最大高宽比(表表9-2) 四、钢结构房屋的抗震等级四、钢结构房屋的抗震等级 (表表9-3) 15 五、结构布置要求五、结构布置要求 （一）结构平面布置要求（一）结构平面布置要求 n(1)建筑平面宜简单规则，建筑的开间、进深宜统一建筑平面宜简单规则，建筑的开间、进深宜统一 (图图9-14) 。 n(2) 建筑平面上突出部分不宜太长建筑

19、平面上突出部分不宜太长(表表9-4和图和图9-15)。 n(3)应使结构各层的抗侧力刚度中心与水平作用力合力应使结构各层的抗侧力刚度中心与水平作用力合力 中心尽量重合，同时各层接近在同一竖直线上。中心尽量重合，同时各层接近在同一竖直线上。 n(4)结构平面应尽量避免不规则性。结构平面应尽量避免不规则性。 n(5)一般情况下，多高层钢结构可不设伸缩缝。当建筑一般情况下，多高层钢结构可不设伸缩缝。当建筑 平面尺寸大于平面尺寸大于90m时，可考虑设温度伸缩缝。时，可考虑设温度伸缩缝。 n(6)一般情况下，多高层钢结构不宜设防震缝。当结构一般情况下，多高层钢结构不宜设防震缝。当结构 特别不规则特别不规

20、则(符合至少两个不规则类型符合至少两个不规则类型)需设防震缝时，需设防震缝时， 防震缝的最小宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的防震缝的最小宽度应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的 1.5倍。倍。 16 （二）结构竖向布置要求（二）结构竖向布置要求 n(1)建筑竖向抗侧力构件应连续布置，避免侧向刚度和承载力突建筑竖向抗侧力构件应连续布置，避免侧向刚度和承载力突 变变 。 n(2) 超过超过12层的钢结构宜设置地下室。层的钢结构宜设置地下室。 （三）结构布置的其它要求（三）结构布置的其它要求 n1、采用框架结构时，甲、乙类建筑和高层的丙类建筑不应采、采用框架结构时，甲、乙类建筑和高层的丙类建筑不应采

21、 用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架。用单跨框架，多层的丙类建筑不宜采用单跨框架。 n2、支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间、支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间 楼盖的长宽比不宜大于楼盖的长宽比不宜大于3。 n3、抗震等级一、二级的钢结构房屋，宜设置偏心支撑、带竖、抗震等级一、二级的钢结构房屋，宜设置偏心支撑、带竖 缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板、屈曲约束缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢支撑钢筋混凝土墙板、屈曲约束 支撑等消能支撑或筒体。支撑等消能支撑或筒体。 n4、三、四级且高度不大于、三、四级且高度不大于50m的钢结构宜采用中心支撑，也可

22、的钢结构宜采用中心支撑，也可 采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。 17 n 5、宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土、宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或钢筋混凝土 楼板，并应与钢梁有可靠连接。楼板，并应与钢梁有可靠连接。 n 6、对、对6、7度时不超过度时不超过50m的钢结构，尚可采用装配整体式的钢结构，尚可采用装配整体式 钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但 应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的 措施

23、。措施。 n 7、对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水、对转换层楼盖或楼板有大洞口等情况，必要时可设置水 平支撑。平支撑。 n 8、超过、超过50m的钢结构房屋应设置地下室。其基础埋置深度，的钢结构房屋应设置地下室。其基础埋置深度， 当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的115；当采用桩；当采用桩 基时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的基时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的120。 n 9、设置地下室时，框架、设置地下室时，框架-支撑支撑(抗震墙板抗震墙板)结构中竖向连续布结构中竖向连续布 置的支撑置的支撑(抗震墙板抗震墙板)应延伸至基础；钢框架柱应至

24、少延伸至应延伸至基础；钢框架柱应至少延伸至 地下一层，其竖向荷载应直接传至基础。地下一层，其竖向荷载应直接传至基础。 18 六、截面尺寸六、截面尺寸 （一）钢框架梁（一）钢框架梁 n 截面型式：截面型式：I字钢、轧制或焊接字钢、轧制或焊接H型钢、箱型截面等型钢、箱型截面等 (图图9-16)。 n 框架梁截面高度：框架梁截面高度：(1/151/40)l； n 楼、屋面梁截面高度：楼、屋面梁截面高度：(1/201/50)l； n 翼缘宽度：根据梁间侧向支撑的间距按翼缘宽度：根据梁间侧向支撑的间距按l/b的极限值的极限值 确定（避免验算钢梁的整体稳定性）；确定（避免验算钢梁的整体稳定性）； n 板件

25、厚度：按板件厚度：按钢结构设计规范钢结构设计规范GB 50017局部稳局部稳 定的构造规定预估，且不超过定的构造规定预估，且不超过建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB 50011-2010的宽厚比限值的宽厚比限值(表表9-5)(pp298表表9-1) 保证梁、柱出现塑性铰后板件的局部稳定。保证梁、柱出现塑性铰后板件的局部稳定。 19 （二）钢框架柱（二）钢框架柱 n 截面型式：圆管、截面型式：圆管、H型钢、格构式柱等，按受力条型钢、格构式柱等，按受力条 件件(轴心受压、单向偏向受压、双向偏向受压轴心受压、单向偏向受压、双向偏向受压)确定确定 (图图9-17)。 n 柱截面：按长细比预估，一般

26、柱截面：按长细比预估，一般60 0.16Af时，消能梁段的长度宜符合下列规定：时，消能梁段的长度宜符合下列规定： 当当 (Aw/A)0.3时，时， a0.15Af 时，消能梁段的受剪承载力要计入轴力时，消能梁段的受剪承载力要计入轴力 的不利影响，取以下两式的较小值：的不利影响，取以下两式的较小值： aAfNMV AfNfAV lplc aywlc /)/(1 4 . 2 )/(158. 0 2 n支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承支撑斜杆与消能梁段连接的承载力不得小于支撑的承 载力。载力。 42 式中：式中： 系数，可取系数，可取0.9； V、N分别为消能梁段的剪力设计值和轴力设计

27、值；分别为消能梁段的剪力设计值和轴力设计值； Vl、Vlc分别为消能梁段的受剪承载力和计入轴力影响的分别为消能梁段的受剪承载力和计入轴力影响的 受剪承载力；受剪承载力； Mlp消能梁段的全塑性受弯承载力；消能梁段的全塑性受弯承载力； a、h、tw、tf分别为消能梁段的长度、截面高度、腹板分别为消能梁段的长度、截面高度、腹板 厚度和翼缘厚度；厚度和翼缘厚度； A、Aw分别为消能梁段的截面面积和腹板截面面；分别为消能梁段的截面面积和腹板截面面； Wp消能梁段的塑性截面模量；消能梁段的塑性截面模量； f、fay分别为消能梁段钢材的抗拉强度设计值和屈服强分别为消能梁段钢材的抗拉强度设计值和屈服强 度；

28、度； RE消能梁段承载力抗震调整系数，取消能梁段承载力抗震调整系数，取0.85。 43 三、偏心支撑框架其他构件计算三、偏心支撑框架其他构件计算 （一）内力调整（一）内力调整 l偏心支撑框架的抗震设防目标偏心支撑框架的抗震设防目标实现强柱、强梁、实现强柱、强梁、 强支撑、弱消能梁段。强支撑、弱消能梁段。 l柱、梁和支撑的内力设计值取消能梁段达到受剪承柱、梁和支撑的内力设计值取消能梁段达到受剪承 载力时对应的内力并乘以增大系数：载力时对应的内力并乘以增大系数： combr l br N V V N , 支撑斜杆的轴力设计值：支撑斜杆的轴力设计值： comb l bb M V V M , 位于消能

29、梁段同一跨的框位于消能梁段同一跨的框 架梁的弯矩设计值：架梁的弯矩设计值： 44 柱的弯矩、轴力设计值：柱的弯矩、轴力设计值： comc l cccomc l cc N V V NM V V M , Nbr一支撑斜杆的轴力设计值； Mb一为与消能梁段同一跨的框架梁的弯矩设计值； Mc、Nc一分别为柱的弯矩、轴力设计值； Vl一消能梁段不计入轴力影响的受剪承载力，pp296式(9-11)中的较大值； Nbr,com一对应于消能梁段剪力设计值V的支撑组合的轴力计算值； Mb,com一对应于消能梁段剪力设计值V的位于消能梁段同一跨框架梁组合的 弯矩计算值； Mc,com、Nc,com一分别为对应于消

30、能梁段剪力设计值V的柱组合的弯矩、轴力 计算值； br一支撑斜杆轴力设计值增大系数，一级时不小于1.4，二级时不小于1.3， 三级时不小于1.2； b、c分别为与消能梁段同一跨的框架梁的弯矩设计值增大系数和柱内力 设计值增大系数，一级时不小于1.3，二级时不小于1.2，三级时不小 于1.1。 45 （二）承载力验算（二）承载力验算 l偏心支撑的轴向承载力应符合下式要求：偏心支撑的轴向承载力应符合下式要求： Nbr fAbr/ / RE 式中：式中： 由支撑长细比确定的轴心受压构件稳定系由支撑长细比确定的轴心受压构件稳定系 数；数； Abr支撑截面面积。支撑截面面积。 偏心支撑框架中，与消能梁段

31、同一跨内的框架梁的偏心支撑框架中，与消能梁段同一跨内的框架梁的 强度和整体稳定，柱的强度和整体稳定等按强度和整体稳定，柱的强度和整体稳定等按钢结钢结 构规范构规范的有关规定验算。的有关规定验算。 46 n 钢构件连接的方法有焊接、高强度螺栓连接和栓焊钢构件连接的方法有焊接、高强度螺栓连接和栓焊 混合连接。混合连接。 焊接的传力充分，不会滑移，延性好。但焊接热应力对焊接的传力充分，不会滑移，延性好。但焊接热应力对 焊缝附近的钢板有不利影响。焊缝附近的钢板有不利影响。 高强度螺栓施工较方便，但全部采用高强螺栓连接的接高强度螺栓施工较方便，但全部采用高强螺栓连接的接 头尺寸较大，钢材消耗多，价格较高

32、，大震时螺栓连接头尺寸较大，钢材消耗多，价格较高，大震时螺栓连接 可能会滑移。可能会滑移。 民用建筑钢结构中，栓焊混合连接比较普遍。民用建筑钢结构中，栓焊混合连接比较普遍。 n 连接设计的原则连接设计的原则强连接弱构件强连接弱构件 构件破坏先于连接破坏；构件破坏先于连接破坏； 连接的承载力设计值，不应小于相连构件的承载力设计连接的承载力设计值，不应小于相连构件的承载力设计 值；值； 连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。连接的极限承载力应大于相连构件的屈服承载力。 9.7 9.7 连接设计连接设计 47 一、框架梁柱连接一、框架梁柱连接 n 抗震设计时，框架梁与柱的连接应为刚性连接。抗震

33、设计时，框架梁与柱的连接应为刚性连接。 n 我国民用建筑钢框架一般采用柱贯通型，较少采用我国民用建筑钢框架一般采用柱贯通型，较少采用 梁贯通型梁贯通型(图图9-22) 。 n 工程中常用的连接方式：工程中常用的连接方式： 梁与柱在施工现场直接连接；梁与柱在施工现场直接连接； 当梁高不大于当梁高不大于700mm时，可采用柱带悬臂短梁与梁连时，可采用柱带悬臂短梁与梁连 接，梁与悬臂短梁拼接，柱带的悬臂短梁自柱中心线算接，梁与悬臂短梁拼接，柱带的悬臂短梁自柱中心线算 起的外伸长度不大于起的外伸长度不大于1.6m(图图9-22)。 n 梁柱刚性连接的承载力验算：梁柱刚性连接的承载力验算： Mju jM

34、p Vju1.2(2Mp/ /ln)+VGb j连接系数连接系数（表（表9-10）pp301表表9-4 其余符号说明见其余符号说明见pp300。 48 n 梁端连接的极限受弯承载力梁端连接的极限受弯承载力梁翼缘连接的极限梁翼缘连接的极限 受弯承载力和梁腹板连接的极限受弯承载力之和。受弯承载力和梁腹板连接的极限受弯承载力之和。 腹板连接的极限受弯承载力系数腹板连接的极限受弯承载力系数m： H型截面柱型截面柱(绕强轴绕强轴) m=1 以上各式符号见以上各式符号见pp301。 49 n 工字形截面柱翼缘工字形截面柱翼缘(绕强轴绕强轴)和箱形截面柱与梁刚接时，和箱形截面柱与梁刚接时， 应符合下列要求：

35、应符合下列要求： 梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝梁翼缘与柱翼缘间应采用全熔透坡口焊缝(图图9-23) ； 柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋柱在梁翼缘对应位置应设置横向加劲肋(隔板隔板) (图图9-24) ； 梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接梁腹板宜采用摩擦型高强度螺栓与柱连接板连接 ； 一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大一级和二级时，宜采用能将塑性铰自梁端外移的端部扩大 形连接、梁端加盖板或骨形连接形连接、梁端加盖板或骨形连接(图图9-25) 。 n 梁与梁与H形柱腹板形柱腹板(绕弱轴绕弱轴)直接刚性连接时，在梁翼缘直接刚性连接时，在梁翼缘 的对应位置设置柱的

36、横向加劲肋，在梁高范围内设的对应位置设置柱的横向加劲肋，在梁高范围内设 置柱的竖向连接板；加劲肋伸出柱翼置柱的竖向连接板；加劲肋伸出柱翼缘以外缘以外100mm， 并以变宽度形式伸至梁翼缘并以变宽度形式伸至梁翼缘 (图图9-26)。 50 二、框架梁柱的拼接二、框架梁柱的拼接 n 框架梁与柱带的悬臂短梁连接时，悬臂短梁与柱的框架梁与柱带的悬臂短梁连接时，悬臂短梁与柱的 连接在工厂完成；梁的拼接位置，应在弯矩较小的连接在工厂完成；梁的拼接位置，应在弯矩较小的 截面处，且在梁端塑区段以外。截面处，且在梁端塑区段以外。 n 框架梁的拼接采用摩擦型高强度螺栓连接时，应先框架梁的拼接采用摩擦型高强度螺栓连

37、接时，应先 进行螺栓连接的抗滑移承载力验算，然后再验算梁进行螺栓连接的抗滑移承载力验算，然后再验算梁 的拼接极限承载力：的拼接极限承载力：Mjub,sp jMp。 n 框架柱需要在现场拼接接长，拼接的位置宜在框架框架柱需要在现场拼接接长，拼接的位置宜在框架 梁面的梁面的上方上方1.21.3m附近或在柱净高的一半处，以附近或在柱净高的一半处，以 方便现场施工。方便现场施工。 n 柱的拼接极限承载力验算：柱的拼接极限承载力验算：Mjuc,sp jMpc。 51 三、中心支撑与框架连接三、中心支撑与框架连接 n 一般支撑两端用一段短杆件在工厂与框架焊接，支一般支撑两端用一段短杆件在工厂与框架焊接，支

38、 撑杆件的中间部分在工地与焊接在框架上的短杆件撑杆件的中间部分在工地与焊接在框架上的短杆件 用摩擦型高强度螺栓拼接用摩擦型高强度螺栓拼接(图图9-27)。 n 框架梁、柱在与支撑翼缘的连接处，都要设置加劲框架梁、柱在与支撑翼缘的连接处，都要设置加劲 肋；肋； n H形截面支撑翼缘与箱形柱连接时，在柱壁板的相形截面支撑翼缘与箱形柱连接时，在柱壁板的相 应位置设置隔板。应位置设置隔板。 n 支撑与框架连接以及支撑拼接的极限承载力验算：支撑与框架连接以及支撑拼接的极限承载力验算： Njubr jAbrfv n 支撑与框架连接处的抗弯承载力验算：支撑与框架连接处的抗弯承载力验算： Mc jMpbr 5

39、2 四、偏心支撑与框架梁柱连接构造四、偏心支撑与框架梁柱连接构造 n 偏心支撑与消能梁段连接的构造偏心支撑与消能梁段连接的构造(图图9-28)： 消能梁段与柱连接时，其长度不大于消能梁段与柱连接时，其长度不大于1.6Mlp/Vl ，以实现消，以实现消 能梁段腹板剪切破坏。能梁段腹板剪切破坏。 偏心支撑杆件的轴线与梁轴线的交点，一般在消能梁段的偏心支撑杆件的轴线与梁轴线的交点，一般在消能梁段的 端部，也可以在消能梁段内，但不应在消能梁段外。端部，也可以在消能梁段内，但不应在消能梁段外。 消能梁段腹板不能贴焊补强板消能梁段腹板不能贴焊补强板补强板不能进入塑性变形。补强板不能进入塑性变形。 消能梁段

40、腹板不得开洞消能梁段腹板不得开洞腹板开洞会影响梁段的塑性变形腹板开洞会影响梁段的塑性变形 能力。能力。 消能梁段与支撑杆件连接处，应在梁段腹板两侧配置加劲消能梁段与支撑杆件连接处，应在梁段腹板两侧配置加劲 肋，加劲肋的高度为梁段腹板高度，加劲肋的宽度和厚度肋，加劲肋的高度为梁段腹板高度，加劲肋的宽度和厚度 要求见要求见pp306。 消能梁段的腹板应按梁段的长度设置加劲肋，以防止腹板消能梁段的腹板应按梁段的长度设置加劲肋，以防止腹板 过早的局部失稳，加劲肋间距、宽度和厚度要求见过早的局部失稳，加劲肋间距、宽度和厚度要求见pp306. 53 五、侧向支撑五、侧向支撑 n 在梁塑性铰端部截面处，其上

41、下翼缘应设置侧向支在梁塑性铰端部截面处，其上下翼缘应设置侧向支 撑撑使梁端形成塑性铰后梁翼缘保持稳定使梁端形成塑性铰后梁翼缘保持稳定(图图9-29)； n 采用采用V形支撑或人字形支撑的中心支撑框架，梁在形支撑或人字形支撑的中心支撑框架，梁在 其与支撑杆件相交处应设置侧向支撑。其与支撑杆件相交处应设置侧向支撑。 n 偏心支撑框架消能梁段两端上下翼缘应设置侧向支偏心支撑框架消能梁段两端上下翼缘应设置侧向支 撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴向承撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴向承 载力设计值的载力设计值的6，即，即0.06fbftf； n 与消能梁段同一跨的框架梁的上下翼缘，应设置

42、侧与消能梁段同一跨的框架梁的上下翼缘，应设置侧 向支撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴向支撑，支撑的轴力设计值不小于消能梁段翼缘轴 向承载力设计值的向承载力设计值的2，即，即0.02fbftf 。 54 六、钢柱脚六、钢柱脚 n 钢柱柱脚主要形式钢柱柱脚主要形式埋入式柱脚、外包式柱脚和埋入式柱脚、外包式柱脚和 外露式柱脚外露式柱脚(图图9-30)。 n 埋入式柱脚须将钢柱脚埋入基础混凝土内，埋入式柱脚须将钢柱脚埋入基础混凝土内，H形截形截 面柱的埋入深度不小于钢柱截面高度的面柱的埋入深度不小于钢柱截面高度的2倍，箱形截倍，箱形截 面柱的埋入深度不小于柱截面长边的面柱的埋入深度不小于柱截面

43、长边的2.5倍。倍。 n 外包式柱脚位于基础顶面上，在钢柱底部一定高度外包式柱脚位于基础顶面上，在钢柱底部一定高度 外包钢筋混凝土，外包混凝土的高度不小于钢柱截外包钢筋混凝土，外包混凝土的高度不小于钢柱截 面高度的面高度的2.5倍。倍。 n 外露式柱脚通过钢底板、锚栓固定于混凝土基础上，外露式柱脚通过钢底板、锚栓固定于混凝土基础上， 安装灵活方便。安装灵活方便。 55 n 抗震设防的民用建筑钢结构柱脚：抗震设防的民用建筑钢结构柱脚： 无地下室时，采用埋人式柱脚，钢柱埋入基础混凝土内；无地下室时，采用埋人式柱脚，钢柱埋入基础混凝土内； 有一层地下室、且地下室顶板为上部结构嵌固端时，可采有一层地下室、且地下室顶板为上部结构嵌固端时，可采 用外包式柱脚，钢柱伸至基础顶面；用外包式柱脚，钢柱伸至基础顶面； 有两层及以上地下室、且地下室顶板