多层钢框架结构设计

1、郭小农郭小农同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第0404章章多层钢框架结构设计多层钢框架结构设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系提纲提纲1.1.多层钢框架的多层钢框架的结构体系结构体系2.2.多层钢框架的多层钢框架的结构布置结构布置3.3.多层钢框架的多层钢框架的荷载和荷载组合荷载和荷载组合4.4.多层钢框架的多层钢框架的结构分析结构分析5.5.多层钢框架的多层钢框架的楼盖设计楼盖设计6.6.多层钢框架的多层钢框架的钢柱设计钢柱设计7.7.多层钢框架的多层钢框架的支撑设计支撑设计8.8.多层钢框架的多层钢框架的节点设计节点设计9.9.多层钢框

2、架的多层钢框架的抗震设计抗震设计第第1 1节节多层钢框架的结构体系多层钢框架的结构体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.1 结构组成结构组成楼板楼板梁梁柱柱支撑支撑20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.2 破坏模式破坏模式竖向荷载作用下（重力）竖向荷载作用下（重力）20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系水平荷载作用下（风、地震）水平荷载作用下（风、地震）1.2 破坏模式破坏模式20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1

3、.3 结构体系分类结构体系分类20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.4 纯框架体系纯框架体系通过梁柱刚接来抗侧通过梁柱刚接来抗侧拉力压力柱剪力梁弯矩图柱弯矩图反弯点在水平力作用下，刚接框架的侧移由两部分构成：1）结构倾覆力矩造成柱拉压变形而导致的结构整体弯曲结构整体弯曲引起的侧引起的侧移。移。小于总侧移的1020。 2）结构剪力造成的梁柱受弯梁柱受弯引起的侧移；20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1

4、.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.5 框架支撑体系框架支撑体系l非地震区、非地震区、6度区和度区和7度区：度区：中心支撑中心支撑主要通过支撑来抗侧主要通过支撑来抗侧20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l8度区和度区和9度区：度区：偏心支撑偏心支撑主要通过支撑来抗侧主要通过支撑来抗侧1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工

5、程系同济大学建筑工程系【思考思考0101】比较下面比较下面3 3种支撑的优缺点种支撑的优缺点如：如：抗侧刚度、静力性能、抗震性能抗侧刚度、静力性能、抗震性能1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【拓展拓展】耗能支撑，既能耗能，又无偏心；耗能支撑，既能耗能，又无偏心；1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0202】比较以下比较以下

6、3 3种结构的变形特征。种结构的变形特征。单独框架高度变形单独支撑框撑体系1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系剪切型和弯曲型变形都是指剪切型和弯曲型变形都是指整体变形整体变形1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.6 框架剪力墙体系框架剪力墙体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.7 框筒结构框筒结构拉力有剪力滞后影响的应力分布无剪力滞后影响的应力分布压力20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设

7、计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0303】有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高的结构高度？的结构高度？1.7 框筒结构框筒结构第第2 2节节多层钢框架的结构布置多层钢框架的结构布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.1 建筑平面布置建筑平面布置l宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），以减小风荷载以减小风荷载l减小风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规减小风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近

8、则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【实例实例0101】减小风荷载的平面形状减小风荷载的平面形状2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l尽量避免平面不规则尽量避免平面不规则不规则类型不规则类型定定 义义扭转扭转不规则不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.21.2倍倍凹凸凹凸不规则不规则结构平面

9、凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的3030楼板局部不楼板局部不连续连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的于该层楼板典型宽度的5050，或开洞面积大于该层楼面面，或开洞面积大于该层楼面面积的积的3030，或有较大的楼层错层，或有较大的楼层错层2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0404】图示多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两图示多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两种支撑布

10、置，哪个更合理？种支撑布置，哪个更合理？2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0505】图示建筑平面为凹凸不规则，有没有什么办法图示建筑平面为凹凸不规则，有没有什么办法从结构上避免凹凸不规则？从结构上避免凹凸不规则？2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.2 建筑竖向布置建筑竖向布置 为减小地震作用的不利影响为减小地震作用的不利影响 建筑竖向形体宜规则均匀建筑竖向形体宜规则均匀 避免过大的外挑、内凹避免过大的外挑、内凹 各层竖向抗侧力构

11、件宜上下贯通各层竖向抗侧力构件宜上下贯通 层高不宜有较大的突变层高不宜有较大的突变20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l尽量避免竖向不规则尽量避免竖向不规则不规则类型不规则类型定定 义义侧向刚度侧向刚度不不规则规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25竖向抗侧力竖向抗侧力构件构件不连续不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平竖向抗侧

12、力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层楼层承载力承载力突变突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的802.2 建筑竖向布置建筑竖向布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；（2 2）控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移）控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移, ,位移比不位移比不大于大于1.51.5；（3

13、3）放大薄弱层的地震剪力（）放大薄弱层的地震剪力（1.151.15倍）并调整该层抗侧力结构受倍）并调整该层抗侧力结构受剪承载力；剪承载力；（4 4）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大2550%2550%。（5 5）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。2.3 处理办法处理办法建筑平面和竖向不规则的处理办法建筑平面和竖向不规则的处理办法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同

14、济大学建筑工程系2.4 框架柱布置框架柱布置柱网尽量规则；柱网尽量规则；柱强轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱强轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱弱轴方向：柱较强时，梁柱刚接；柱较弱时柱弱轴方向：柱较强时，梁柱刚接；柱较弱时铰接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成铰接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成柱间支撑柱间支撑铰接框架铰接框架建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向地震区：双向均采用刚接框架地震区：双向均采用刚接框架支撑体系支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0606】图示多层纯框架结构，

15、两个方向梁柱均刚接，图示多层纯框架结构，两个方向梁柱均刚接，柱采用柱采用H H型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致柱截面过大，有什么改进办法？柱截面过大，有什么改进办法？2.4 框架柱布置框架柱布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.5 抗侧力构件布置抗侧力构件布置l结构竖向抗侧刚度、承载力宜上下相同，或自下而上递结构竖向抗侧刚度、承载力宜上下相同，或自下而上递减，避免突减，防止下柔上刚减，避免突减，防止下柔上刚l地震区的多层房屋钢结构，框架柱宜上下连续贯通并落地震区的多层房屋钢结构，框架柱宜上

16、下连续贯通并落地；不能贯通或落地时，应合理设置转换构件，保证传地；不能贯通或落地时，应合理设置转换构件，保证传力简洁、安全可靠力简洁、安全可靠l支撑宜支撑宜上下连续贯通并落地上下连续贯通并落地l有地下室时，钢结构应延伸至地下室有地下室时，钢结构应延伸至地下室l结构两个方向的动力特性宜接近结构两个方向的动力特性宜接近20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0707】图示多层框架结构，中柱由于建筑要求无法落图示多层框架结构，中柱由于建筑要求无法落地，比较右图所示地，比较右图所示3 3种处理办法的优缺点。种处理办法的优缺点。2.5 抗侧力构件布置抗侧

17、力构件布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0808】图示多层框架支撑结构，中跨底层支撑由于开图示多层框架支撑结构，中跨底层支撑由于开门的原因无法落地，请问图示两种处理办法，哪种更好？门的原因无法落地，请问图示两种处理办法，哪种更好？2.5 抗侧力构件布置抗侧力构件布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.6 楼层平面内支撑布置楼层平面内支撑布置l楼层平面内应有足够的刚度（计算时楼层平面内应有足够的刚度（计算时通常通常假定楼层假定楼层平面内刚度无穷大），保证结构整体协同工作，有平面内刚度无穷大

18、），保证结构整体协同工作，有效传递水平力效传递水平力l混凝土楼板、组合楼板：与钢梁有可靠连接时，刚混凝土楼板、组合楼板：与钢梁有可靠连接时，刚度大，可不设置水平支撑；否则，应设置水平支撑度大，可不设置水平支撑；否则，应设置水平支撑l楼面开大洞时，应在开洞周边的柱网区格内设置水楼面开大洞时，应在开洞周边的柱网区格内设置水平支撑平支撑20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0909】图示某框架结构，次梁的图示某框架结构，次梁的4 4个支点上放置了一台个支点上放置了一台水平振动设备，根据工艺要求，设备下方需开洞。楼板采水平振动设备，根据工艺要求，设备

19、下方需开洞。楼板采用钢格栅板，设置支撑前后哪种受力更合理？用钢格栅板，设置支撑前后哪种受力更合理？2.6 楼层平面内支撑布置楼层平面内支撑布置第第3节节荷载和荷载组合荷载和荷载组合（请自学）（请自学）20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.1 荷载荷载1. 1. 竖向荷载：竖向荷载：按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范l恒载、楼面活荷载、屋顶活荷载、积灰荷载、雪荷载恒载、楼面活荷载、屋顶活荷载、积灰荷载、雪荷载的计算（取值），一般应考虑活荷载的不利分布的计算（取值），一般应考虑活荷载的不利分布l工业建筑：吊车荷载工业建筑：吊车荷载2. 2. 风荷载：

20、风荷载：按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范3. 3. 地震作用：地震作用：按按建筑结构抗震设计规范建筑结构抗震设计规范20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.2 组合组合A A）承载力极限状态组合）承载力极限状态组合1） 非抗震设计非抗震设计1.2*恒恒+1.4*活活+1.4*0.6*风风1.2*恒恒+1.4*0.7*活活+1.4*风风1.35*恒恒+1.4*0.7*活活+1.4*0.6*风风2） 抗震设计：小震抗震设计：小震1.2*重力荷载代表值重力荷载代表值+1.3*水平地震水平地震3） 抗震设计：大震抗震设计：大震PPC 20132013建筑

21、钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系B B）正常使用极限状态组合）正常使用极限状态组合1） 非抗震设计非抗震设计1.0*恒恒+1.0*活活+1.0*0.6*风风1.0*恒恒+1.0*0.7*活活+1.0*风风2） 抗震设计：小震抗震设计：小震eeC 3.2 组合组合第第4节节20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.1 分析方法分析方法传统分析方法：手算传统分析方法：手算手算方法判断计算结果正确性；手算方法判断计算结果正确性；结构初步设计时选定方案比较便捷；结构初步设计时选定方案比较便捷；概念清晰，利于选定合理的结构体系；概念清

22、晰，利于选定合理的结构体系；有限元分析方法：电算有限元分析方法：电算程序计算，结果精细，施工图设计时采用程序计算，结果精细，施工图设计时采用20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.2 传统分析方法传统分析方法竖向荷载作用下竖向荷载作用下基本假定基本假定： a) 忽略框架水平位移；忽略框架水平位移； b) 忽略各层荷载对其他层梁及非相邻层柱内力的影响。忽略各层荷载对其他层梁及非相邻层柱内力的影响。具体方法具体方法：n弯矩及剪力计算弯矩及剪力计算 分层法分层法n轴力计算轴力计算分担面积分担面积20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系

23、同济大学建筑工程系【思考思考10】图示某四层框架结构，柱距为图示某四层框架结构，柱距为9m*9m；每层的荷载标；每层的荷载标准值为：恒载准值为：恒载4.0kN/m2，活载，活载2.0kN/m2，试，试估算估算：1）底层中柱）底层中柱的轴力设计值；的轴力设计值；2）横向主梁的弯矩设计值；）横向主梁的弯矩设计值；3）纵向主梁的弯矩）纵向主梁的弯矩设计值。设计值。4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【解解10】1）均布荷载设计值：）均布荷载设计值：1.2*4.0+1.4*2.0=7.6 kN/m2 柱轴力设计值柱轴力设计值：

24、7.6*9*9*4=2462.4 kN2）横向主梁荷载设计值：）横向主梁荷载设计值：9*(1.2*4.0+1.4*2.0)=68.4 kN/m 横向主梁弯矩横向主梁弯矩：68.4*9*9/10=554.0 kN*m3）纵向主梁荷载设计值：）纵向主梁荷载设计值：2.25*(1.2*4.0+1.4*2.0)=17.1 kN/m 纵向主梁弯矩纵向主梁弯矩：17.1*9*9/10=138.5 kN*m4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系水平荷载作用下水平荷载作用下基本假定基本假定： a）框架横梁刚度无穷大，水平荷载作用下节点只

25、发生侧移；）框架横梁刚度无穷大，水平荷载作用下节点只发生侧移； b）同一层各柱共同承担该层以上的全部水平荷载，各柱的）同一层各柱共同承担该层以上的全部水平荷载，各柱的剪力与柱的抗侧刚度成正比；剪力与柱的抗侧刚度成正比； c）上层柱反弯点位于柱中点、底层柱反弯点位于柱子的）上层柱反弯点位于柱中点、底层柱反弯点位于柱子的2/3高度处；高度处；具体方法具体方法：n弯矩及剪力计算弯矩及剪力计算反弯点法反弯点法n轴力计算轴力计算框架边柱受倾覆力矩引起的轴力框架边柱受倾覆力矩引起的轴力4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考

26、11】图示某四层框架结构，柱距为图示某四层框架结构，柱距为9m*9m；抗震设防烈度；抗震设防烈度为为7度度(地震加速度地震加速度0.10g)；每层的荷载标准值为：恒载；每层的荷载标准值为：恒载4.0kN/m2，活载活载2.0kN/m2。根据电算结果，结构基本周期约为。根据电算结果，结构基本周期约为1.3s，水平地，水平地震总剪力标准值震总剪力标准值6000kN，试评估电算结果的正确性。，试评估电算结果的正确性。【解解11】重力荷载代表值：重力荷载代表值：4.0+0.5*2.0=5.0 kN/m2结构总重量：结构总重量：5.0*36*54*4=38880 kN剪重比：剪重比：6000/38800

27、=15.5%4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.3 有限元分析方法有限元分析方法步骤：步骤：划分单元划分单元；建立单元刚度方程建立单元刚度方程；建立结构的总体刚度方程建立结构的总体刚度方程；计算结构变形计算结构变形；确定单元内力确定单元内力；20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）楼面无限刚性假定问题楼面无限刚性假定问题 楼面无限刚楼面无限刚组合板、小开孔；减少整体计算自由度组合板、小开孔；减少整体计算自由度 弹性板弹性板楼板整体性较差、或楼板开孔面积大、或楼楼板整

28、体性较差、或楼板开孔面积大、或楼板平面局部刚度突变、或结构同一方向两个主要的抗侧力体板平面局部刚度突变、或结构同一方向两个主要的抗侧力体系间距较大、或楼板有较大的外伸段；系间距较大、或楼板有较大的外伸段；电算时的注意点：电算时的注意点：4.3 有限元分析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考12】图示多层带支撑框架结构，支撑设置在框架两边；请图示多层带支撑框架结构，支撑设置在框架两边；请问哪种情况更符合刚性楼面假定？刚性楼面假定对支撑内力有何问哪种情况更符合刚性楼面假定？刚性楼面假定对支撑内力有何影响？影响？4.3 有限元分

29、析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2 2）框架节点域的近似处理框架节点域的近似处理箱形柱箱形柱: :可将节点域视作刚域，刚域尺寸取节点域尺寸的一半可将节点域视作刚域，刚域尺寸取节点域尺寸的一半 H H形柱或框架支撑结构形柱或框架支撑结构: :可忽略节点域，框架梁、柱单元长度可忽略节点域，框架梁、柱单元长度按结构轴线尺寸按结构轴线尺寸（3 3）剪切变形及轴力对梁单元刚度影响的近似处理）剪切变形及轴力对梁单元刚度影响的近似处理梁单元长细比小于梁单元长细比小于3030时时，剪切变形不能忽略剪切变形不能忽略；梁单元长细比大于梁单元长细

30、比大于5050时，时，剪切变形可以忽略。剪切变形可以忽略。梁单元轴力大于欧拉临界力的梁单元轴力大于欧拉临界力的10%10%时时不能忽略轴力；不能忽略轴力；梁单元轴力小于欧拉临界力的梁单元轴力小于欧拉临界力的5%5%时时可忽略轴力；可忽略轴力；电算时的注意点：电算时的注意点：4.3 有限元分析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.4 设计步骤设计步骤钢框架的设计步骤钢框架的设计步骤 1 1）准备设计资料）准备设计资料 2 2）确定结构平、立面布置）确定结构平、立面布置 3 3）确定支撑体系的布置）确定支撑体系的布置 4 4）荷载计算

31、）荷载计算 5 5）确定截面尺寸）确定截面尺寸 6 6）确定梁、柱计算长度）确定梁、柱计算长度 7 7）结构相应计算分析及结构整体变形验算）结构相应计算分析及结构整体变形验算 8 8）构件内力组合及验算）构件内力组合及验算 9 9）构件变形（各工况）及验算）构件变形（各工况）及验算 1010）连接设计）连接设计第第5节节20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.1 楼盖的构成楼盖的构成楼盖的构成楼盖的构成 主梁、次梁、楼板主梁、次梁、楼板(1)(1)现浇钢筋混凝土组合楼盖；现浇钢筋混凝土组合楼盖；(2)(2)预制钢筋混凝土组合楼盖；预制钢筋混凝土组合楼

32、盖；(3)(3)压型钢板压型钢板- -钢筋混凝土板组合楼盖；钢筋混凝土板组合楼盖；类型：类型：20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(1)(1)现浇钢筋混凝土组合楼盖现浇钢筋混凝土组合楼盖刚度大，施工麻烦，需设置脚手架，安装模板刚度大，施工麻烦，需设置脚手架，安装模板5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(2)(2)预制钢筋混凝土组合楼盖预制钢筋混凝土组合楼盖整体性差，抗震区不能使用；整体性差，抗震区不能使用；5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同

33、济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(3)(3)压型钢板压型钢板- -钢筋混凝土板组合楼盖；钢筋混凝土板组合楼盖；应用较多，施工方便，受力合理应用较多，施工方便，受力合理5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.2 组合楼板设计组合楼板设计 荷载全部由压型钢板承担荷载全部由压型钢板承担 压型钢板仅起模板作用压型钢板仅起模板作用 形成组合楼板，共同受力形成组合楼板，共同受力两阶段受力两阶段受力20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l如何保证组合板中压型钢板和混凝土板的共同作用：如何保证组

34、合板中压型钢板和混凝土板的共同作用：5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考13】教材第教材第109页，图页，图4-17为压型钢板混凝土组合楼板截面为压型钢板混凝土组合楼板截面构造，仔细观察此图，指出其中的错误之处。构造，仔细观察此图，指出其中的错误之处。5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第1 1阶段：施工阶段验算阶段：施工阶段验算 荷载：永久荷载，可变荷载（施工荷载、附加荷载）荷载：永久荷载，可变荷载（施工荷载、附加荷载） 挠度挠度

35、大于大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠时，确定混凝土自重应考虑挠曲效应，在全跨增加混凝土厚度曲效应，在全跨增加混凝土厚度0.7 抗弯强度验算；抗弯强度验算； 挠度验算；挠度验算； 不满足要求时，可设置临时支护。不满足要求时，可设置临时支护。 验算验算: : 采用弹性方法采用弹性方法5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算 荷载：永久荷载，可变荷载荷载：永久荷载，可变荷载 正截面抗弯承载力验算：塑性中和轴的位置正截面抗弯承载力验算：塑性中和轴的位置pcybxfM8 . 005

36、5. 0hbffAxcp2218 . 0pppccfyAyfbhMfbhfAAccpp/5 . 025.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算 斜截面抗剪承载力验算：斜截面抗剪承载力验算：剪力完全由混凝土板承担剪力完全由混凝土板承担；007. 0bhfVt 抗冲切验算：冲切荷载抗冲切验算：冲切荷载完完全由混凝土板承担全由混凝土板承担；ccrthufV6 . 0212222bbhhucccr5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程

37、系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算 挠度验算：均按简支板，采用等效刚度挠度验算：均按简支板，采用等效刚度B B； 36038454lBlq按短期效应组合时：按短期效应组合时：IEBss按长期效应组合时：按长期效应组合时：slBB5 . 05.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第3 3阶段：构造验算阶段：构造验算 压型钢板净厚度不小于压型钢板净厚度不小于0.75mm 组合板总厚度不小于组合板总厚度不小于90mm； 混凝土板厚度不小于混凝土板厚度不小于50mm； 压型钢板在钢梁上的支承长度不

38、得小于压型钢板在钢梁上的支承长度不得小于75mm； 端部设置焊接栓钉锚固件端部设置焊接栓钉锚固件5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.3 组合梁设计组合梁设计 施工阶段，钢梁承担混凝土重量施工阶段，钢梁承担混凝土重量 混凝土凝固后，形成组合梁，共同受力混凝土凝固后，形成组合梁，共同受力两阶段受力：两阶段受力：特点：特点： 节约钢材节约钢材 降低钢梁高度，提高建筑净高降低钢梁高度，提高建筑净高 加大刚度，具有良好的抗震性能加大刚度，具有良好的抗震性能20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学

39、建筑工程系【思考思考14】图示组合梁，钢梁按哪种方式放置更合图示组合梁，钢梁按哪种方式放置更合理？理？钢钢- -混凝土混凝土组合梁组合梁 混凝土板混凝土板 剪力键剪力键钢梁钢梁混凝土板混凝土板 剪力键剪力键钢梁钢梁5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考15】某框架结构中的简支组合梁，跨度较大，楼板某框架结构中的简支组合梁，跨度较大，楼板为压型钢板混凝土组合板。由于按照组合梁设计，次梁截为压型钢板混凝土组合板。由于按照组合梁设计，次梁截面较小。施工时未按照设计要求设置临时支撑，试分析对面较小。施工时未按照设计要求设置

40、临时支撑，试分析对钢梁受力的影响？有何加固措施？钢梁受力的影响？有何加固措施？5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）确定有效宽度）确定有效宽度l边梁边梁210ebbbb20e2bbbl中梁中梁,6, 6/min1c11Shlb ,6, 6/min0c11Shlb l可不考虑托板截面可不考虑托板截面5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算）完全抗剪连接组合梁的强度计算完全抗剪组合梁：连接件能够传递钢梁与翼板交界面的全

41、部纵向剪力完全抗剪组合梁：连接件能够传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力l正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位置正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位置yxfbMcecefbAfx 211fyAyfhbMccceffhbAAccec/5 . 015.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算）完全抗剪连接组合梁的强度计算l负弯矩区段的抗弯强度：板顶钢筋受拉负弯矩区段的抗弯强度：板顶钢筋受拉2/43yyfAMMststsfSSMs215.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济

42、大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪连接组合梁的强度计算）完全抗剪连接组合梁的强度计算l抗剪强度验算：仅由钢梁腹板承担；抗剪强度验算：仅由钢梁腹板承担；VwfthVwl整体稳定验算：无需验算整体稳定验算：无需验算l局部稳定验算：按塑性设计规定验算（局部稳定验算：按塑性设计规定验算（为什么？为什么？）yftb2359ywfAfNth235)10072(0ywfth2353500.37NAf0.37NAf受压翼缘受压翼缘腹板腹板5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（3）部分抗剪连接组合梁的强度计算）部分抗剪连接组合梁

43、的强度计算部分抗剪组合梁：连接件不能传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力。部分抗剪组合梁：连接件不能传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力。翼板内的力取决于抗剪件所能传递的纵向剪力翼板内的力取决于抗剪件所能传递的纵向剪力l正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位于钢梁正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位于钢梁215 . 0yNnAyNnMcVrfcVrfNnAAcVrfc2/cecVrfbNnx/l负弯矩区段的抗弯强度：略负弯矩区段的抗弯强度：略l抗剪强度和局部稳定：同前抗剪强度和局部稳定：同前5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）

44、抗剪键计算）抗剪键计算 栓钉连接件栓钉连接件 槽钢连接件槽钢连接件 弯筋连接件弯筋连接件fAfEANsccscv7 . 043. 00.260.5cvwcccNttlE fststcvfAN5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）抗剪键计算）抗剪键计算l抗剪连接件承载力的折减抗剪连接件承载力的折减肋肋梁梁0.6()1wdcVccbhhhh肋肋梁梁00.85()1wdcVccbhhhhn 负弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：负弯矩区抗剪连接件承载力折减系数： 中间支座两侧中间支座两侧0.90.9，边支座，边支座0.80.8

45、正弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：正弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）抗剪键计算）抗剪键计算l抗剪连接件数量计算抗剪连接件数量计算cvsfNVn ,mincc1esfhbAfV ststsfAV 正弯矩区正弯矩区 负弯矩区负弯矩区在任一剪跨区内，抗剪连接件的数量不得少于按完全抗剪连接设计时该剪在任一剪跨区内，抗剪连接件的数量不得少于按完全抗剪连接设计时该剪跨区内所需抗剪连接件总数的跨区内所需抗剪连接件总数的5050，否则，按单根纯钢梁计算，否则，按单根纯钢梁计算， 5.3 组合梁设计

46、组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（5）挠度验算）挠度验算l考虑考虑滑移效应滑移效应的折减刚度的折减刚度B 1eqEIB（6）施工阶段验算）施工阶段验算 梁板自重、施工荷载梁板自重、施工荷载 钢梁验算强度、稳定和变形钢梁验算强度、稳定和变形详见详见钢结钢结构基本原理构基本原理5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（7）构造要求）构造要求 组合梁截面高度一般不宜超过钢梁截面高度的组合梁截面高度一般不宜超过钢梁截面高度的2.52.5倍。倍。 当采用压型钢板作为混凝土板的底层

47、时，压型钢板的肋顶当采用压型钢板作为混凝土板的底层时，压型钢板的肋顶面至钢筋混凝土的顶面的距离应不小于面至钢筋混凝土的顶面的距离应不小于50mm50mm； 混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的1.51.5倍；板托顶面宽倍；板托顶面宽度不宜小于钢梁上翼缘宽度与度不宜小于钢梁上翼缘宽度与1.51.5之和。板托外形轮廓应之和。板托外形轮廓应在自连接件根部起与梁顶在自连接件根部起与梁顶4545度线的范围之外；度线的范围之外； 组合梁边梁混凝土翼板应伸出钢梁上翼缘的外边缘一定长组合梁边梁混凝土翼板应伸出钢梁上翼缘的外边缘一定长度，当有板托时，伸出长度不宜小于板托高度；无板托时

48、，度，当有板托时，伸出长度不宜小于板托高度；无板托时，应保证伸出钢梁中心线的长度不小于应保证伸出钢梁中心线的长度不小于150mm150mm，同时伸出钢，同时伸出钢梁翼缘外边不小于梁翼缘外边不小于50mm50mm； 。5.3 组合梁设计组合梁设计第第6节节20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系6.1 框架柱的类型框架柱的类型l常用的框架柱类型：常用的框架柱类型： 纯钢柱，圆钢管混凝土柱，矩形钢管混凝土柱，纯钢柱，圆钢管混凝土柱，矩形钢管混凝土柱， 型钢混凝土柱（又称劲性混凝土柱）型钢混凝土柱（又称劲性混凝土柱）l性能比较：性能比较： 用钢量，施工方便性，

49、用钢量，施工方便性， 连接构造，抗震性能，抗火性能连接构造，抗震性能，抗火性能20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系6.2 平面外计算长度平面外计算长度框架柱的平面外计算长度框架柱的平面外计算长度取阻止框架柱平面外位移的支撑点间取阻止框架柱平面外位移的支撑点间距为其计算长度距为其计算长度 20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系6.3 平面内计算长度平面内计算长度框架柱的平面内计算长度框架柱的平面内计算长度l附表附表E-5：柱的计算长度系数：柱的计算长度系数使用方法：使用方法：查表查表约束条件约束条件梁柱线刚度比

50、；梁柱线刚度比；有侧移柱、无侧移柱；有侧移柱、无侧移柱；【思考思考16】某无侧移框架柱，下端为柱脚刚接，上端和梁某无侧移框架柱，下端为柱脚刚接，上端和梁铰接，请查表求该柱的计算长度系数。若为有侧移柱呢？铰接，请查表求该柱的计算长度系数。若为有侧移柱呢？20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考17】直观判断下列各种情况下的框架柱是有侧移还直观判断下列各种情况下的框架柱是有侧移还是无侧移？是无侧移？6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l附表附表E-5的的基本假定基本假定

51、（a a）材料是线弹性的；）材料是线弹性的；（b b）横梁和柱的连接节点都是刚接的；）横梁和柱的连接节点都是刚接的；（c c）框架只承受作用在节点上的竖向荷载；）框架只承受作用在节点上的竖向荷载；（d d）框架中各柱是同时丧失稳定的；）框架中各柱是同时丧失稳定的；（e e）当柱子开始失稳时，在框架平面内相交于同一节点的横梁）当柱子开始失稳时，在框架平面内相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给交与该节点对柱子提供的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给交与该节点的上、下两根柱子；的上、下两根柱子；（f f）在无侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等方向相反；在）在无侧移失稳时，横

52、梁两端的转角大小相等方向相反；在有侧移失稳时，横梁两端的转角不但大小相等方向也相同。有侧移失稳时，横梁两端的转角不但大小相等方向也相同。6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考18】图示框架结构，各柱柱顶均作用压力图示框架结构，各柱柱顶均作用压力N，按有侧，按有侧移框架柱查表求得的计算长度系数对各柱是否偏安全？移框架柱查表求得的计算长度系数对各柱是否偏安全？6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l附表附表E-5的的修正修正111cb

53、lIlIK 222cblIlIK u对对无侧移无侧移框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应乘以修框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应乘以修正系数正系数1.5；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系数数2；u对对有侧移有侧移框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应乘以修框架，如横梁远端铰接，则该横梁的线刚度应乘以修正系数正系数0.5；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系；如横梁远端固定，则该横梁的线刚度应乘以修正系数数2/3；6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学

54、建筑工程系l附表附表E-5的的修正修正无侧移框架无侧移框架远端铰接远端铰接远端刚接远端刚接1.5Ib2Ib6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l附表附表E-5的的修正修正有侧移框架有侧移框架远端铰接远端铰接远端刚接远端刚接0.5Ib2/3Ib6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l无支撑纯框架无支撑纯框架l强支撑框架：强支撑框架：无侧移框架柱的计算长度系数无侧移框架柱的计算长度系数l弱支撑框架弱支撑框架)2 . 1 (30ibibNNSb

55、bi0i3(1.2)SNN 一阶分析时：有侧移框架柱的计算长度系数一阶分析时：有侧移框架柱的计算长度系数 二阶分析时：二阶分析时：=1.0=1.0siyninQH12 . 0250)2 . 1 (3)(0ibib010NNS6.3 平面内计算长度平面内计算长度20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系6.4 框架柱的验算框架柱的验算l强度验算强度验算l平面内整体稳定验算平面内整体稳定验算l平面外整体稳定验算平面外整体稳定验算l局部稳定验算局部稳定验算l刚度验算刚度验算l长细比验算长细比验算第第7节节20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工

56、程系同济大学建筑工程系7.1 截面形式截面形式l双轴对称截面：双轴对称截面：H型钢、双槽钢、钢管型钢、双槽钢、钢管l单轴对称截面：双角钢组合单轴对称截面：双角钢组合T型截面型截面不宜用于设防烈度大于不宜用于设防烈度大于7度的地区；度的地区；20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系7.2 长细比长细比抗震规范抗震规范GB50011-2001规定规定构件类型构件类型非抗震设计非抗震设计抗震设计抗震设计6 6、7 7度度8 8度、度、9 9度度按压杆设计按压杆设计300300200200150150按拉杆设计按拉杆设计200200150150120120抗震规

57、范抗震规范GB50011-2010规定规定按压杆设计时，长细比不得大于按压杆设计时，长细比不得大于 ；按拉杆设计；按拉杆设计时，不得大于时，不得大于180。yf235120注：表中数值应乘以注：表中数值应乘以235yf20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系7.3 板件宽厚比板件宽厚比抗震规范抗震规范GB50011-2001规定规定20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系抗震规范抗震规范GB50011-2010规定规定注：表中数值应乘以注：表中数值应乘以235yf7.3 板件宽厚比板件宽厚比20132013建筑钢结

58、构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系7.4 构造要求构造要求lV V形支撑、人字支撑的横梁在支撑连接处应连续；形支撑、人字支撑的横梁在支撑连接处应连续；l钢梁和钢梁和V V形支撑、人字支撑交点处应设置平面外支撑；形支撑、人字支撑交点处应设置平面外支撑；l地震区不得采用地震区不得采用K形支撑；形支撑；抗震规范抗震规范GB50011-2001规定：规定：lV V形支撑、人字支撑的内力应放大形支撑、人字支撑的内力应放大50%50%。20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考19】图示框架结构，采用了人字支撑，钢梁和支撑交图示框架结构

59、，采用了人字支撑，钢梁和支撑交点处采用了铰接节点，试分析地震作用下钢梁的受力性能？点处采用了铰接节点，试分析地震作用下钢梁的受力性能？7.4 构造要求构造要求20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考20】图示框架结构，采用了人字支撑，钢梁和支撑交图示框架结构，采用了人字支撑，钢梁和支撑交点处连续。但由于支撑存在，在静力分析时，钢梁跨度减小点处连续。但由于支撑存在，在静力分析时，钢梁跨度减小了一半，因此钢梁的截面比相邻跨减小了很多，这样设计是了一半，因此钢梁的截面比相邻跨减小了很多，这样设计是否合理？应该如何设计？否合理？应该如何设计？抗震规范抗

60、震规范GB50011-2010的第的第8.2.6条条7.4 构造要求构造要求20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系7.5 计算长度计算长度支撑翼缘朝向框架支撑翼缘朝向框架平面外平面外支撑腹板位于框架支撑腹板位于框架平面内平面内0.7oyll0.9oyll20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系7.6 承载力验算承载力验算REbrfAN/按轴心受力构件计算按轴心受力构件计算强度降低系数强度降低系数考虑到支撑斜杆在多遇地震下反复受拉压作用考虑到支撑斜杆在多遇地震下反复受拉压作用时可能屈曲，导致承载力退化时可能屈曲，导