钢结构下册房屋钢结构设计和计算

1、钢 结 构下册 房屋钢结构设计和计算多、高层房屋结构的组成 楼盖的布置方案和设计 柱和支撑的设计 多高层房屋结构的分析和设计计算 主要内容：重点：多高层房屋结构的类别和布置方案楼盖、柱和支撑的布置和设计方法4.1 多、高层房屋结构的组成特点：侧向荷载效应的影响突出-风荷载、地震作用分类：按抵抗侧向荷载作用的功效分-框架结构、框剪 结构、筒体结构4.1.1 多高层房屋结构的类别结构类型框架结构的特点框剪结构的特点筒体结构的特点4.1.1 多高层房屋结构的类别侧向位移模式4.1.1 多高层房屋结构的类别侧向位移模式适用高度（JGJ99-98 依据地震设防烈度划分）4.1.1 多高层房屋结构的类别钢

2、结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度(m)结构种类结构体系非抗震设防抗震设防烈度6、789钢结构框架框架支撑(剪力墙板)各类筒体1102603601102203009020026050140180有混凝土剪力墙的钢结构钢框架混凝土剪力墙钢框架混凝土核心筒22018010070钢框筒混凝土核心筒220180150704.1.1 多高层房屋结构的类别芯筒体系(悬挂结构) 芯筒体系4.1.1 多高层房屋结构的类别支撑框筒体系支撑框筒体系4.1.1 多高层房屋结构的类别非抗震设防的多层房屋房屋形式(12层)多层房屋的抗侧力结构4.1.1 多高层房屋结构的类别抗震设防的多高层钢结构房屋形式中心

3、支撑体系（不超过12层）中心支撑体系4.1.1 多高层房屋结构的类别抗震设防的多高层钢结构房屋形式偏心支撑体系偏心支撑体系平面形式4.1.2 结构布置提要几何尺寸示意平面尺寸4.1.2 结构布置提要 L、l、l、B的限值平面的长宽比凹凸部分的长宽比大洞口宽度比L/BL/Bmaxl/bl /BmaxB /Bmax541.510.5平面不规则结构 偏心率4.1.2 结构布置提要结构竖向布置 高宽比4.1.2 结构布置提要 高宽比的限值设防烈度6、789最大高宽比6.56.05.5竖向不规则结构 4.1.2 结构布置提要立面收进 基础设地下室埋深地下室形式过渡层4.1.2 结构布置提要4.2 楼盖的

4、布置方案和设计 楼盖结构作用方案选择要求 4.2.1 楼盖布置原则和方案 楼盖结构组成楼板梁系4.2.1 楼盖布置原则和方案 框架布置方案梁系布置的其他要求间距空间体系长细比抗倾覆要求4.2.1 楼盖布置原则和方案 斜向主梁腹板开洞要求4.2.1 楼盖布置原则和方案 腹板开圆孔的构造要求 主次梁连接：平接连接4.2.1 楼盖布置原则和方案 主次梁连接布置方式4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 压型钢板组合楼盖 栓钉受剪承载力设计值栓钉受剪承载力折减梁负弯矩区有压型钢板时4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 （压型钢板肋与钢梁平行时）（压型钢板肋与钢梁垂直时）承载力设

5、计值应折减的栓钉布置 水平剪力的传递形式 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 压型钢板与混凝土的连接 组合楼板的设计楼板分类：组合板和非组合板承受的荷载：施工阶段荷载和使用阶段荷载挠曲效应施工阶段验算内容荷载验算方法4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 x x轴 使用阶段非组合板，作模板使用组合板：验算内容；荷载；验算方法4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 承载力验算的力学模型单向弯曲板双向弯曲板内容：正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力和斜截面抗剪承载力 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 正截面抗弯承载力验算塑性中和轴在压型钢板顶面以上4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 塑性中和轴在压型钢板顶面以上正截面抗

6、弯承载力验算塑性中和轴在压型钢板截面内 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 塑性中和轴在压型钢板截面内 抗冲剪承载力验算4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 剪力临界周界 斜截面抗剪承载力验算（一个波距）4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 承受局部荷载有效工作宽度bef4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 集中荷载分布的有效宽度 承受局部荷载有效工作宽度bef4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 抗弯计算时抗剪计算时组合梁设计翼板的计算厚度： h0或 hc4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁混凝土翼板的有效宽度组合梁设计翼板的有效宽度4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 bce= b0+bc1+bc2组合梁混

7、凝土翼板的有效宽度弹性分析：将受压混凝土翼板折算成钢材荷载标准组合 beq=bce E荷载准永久组合 beq=bce (2E)4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁弹性分析的换算截面正截面抗弯承载力计算的基本假定纵向钢筋和钢梁受拉侧的混凝土受压侧的混凝土4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 钢梁板件的局部失稳要求4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁的正截面受弯承载力验算正弯矩作用时，塑性中和轴在混凝土翼板内：4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 塑性中和轴在混凝土翼板内组合梁的正截面受弯承载力验算正弯矩作用时，塑性中和轴在钢梁截面内：4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 塑性中和轴在钢梁截面内组合梁

8、的正截面受弯承载力验算负弯矩作用时：MMp+Asfsy(y3+y4 /2)4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 负弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算组合梁的受剪承载力验算：全部剪力由钢梁腹板承受 Vhwtwfv 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁栓钉连接件验算 剪跨区4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁剪跨区段划分组合梁栓钉连接件验算 栓钉连接件总数n n=V/Nvc 正弯矩区剪跨段(图中剪跨段1，2和5)V=Af (塑性中和轴位于混凝土翼板内) V=bcehcfcm (塑性中和轴位于钢梁截面内)负弯矩区剪跨段(图中剪跨段3和4) V=Asfsy4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 组合梁栓钉

9、连接件验算 栓钉分布4.2.2 压型钢板组合楼盖设计 集中力作用时栓钉连接件的布置4.3 柱和支撑的设计 柱截面形式板件宽厚比4.3.1 框架柱设计概要多 层 ( 12 层 ) 框 架板 件 名 称7度8度9度柱工字形截面翼缘外伸部分箱形截面壁板工字形截面腹板134052123648113644梁工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分箱形截面翼缘在两腹板间的部分工字形截面和箱形截面腹板(Nb/Af 12 层 ) 框 架板 件 名 称6度7度8度9度柱工字形截面翼缘外伸部分工字形截面腹板箱形截面壁板13433911433710433594333梁工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分箱形截面翼缘在两腹板间的

10、部分工字形截面和箱形截面腹板113685120Nb/Af103280110Nb/Af93072100Nb/Af93072100Nb/Af框架柱板件宽厚比长细比多层(12层)框架柱在68度设防时不应大于120，9度设防时不应大于100。高层(12层)框架柱在设防烈度为6，7为120，8度为80，9度为60。4.3.1 框架柱设计概要 强柱弱梁计算Wpc(fycN/Ac)Wpbfyb JGJ99-98不验算的条件NAcfGB50011规定不验算的条件（三者之一）柱所在楼层的受剪承载力比上一层高出25%；NAc f ；地震力加大一倍后组合的柱轴力下，柱作为轴心受压构件能保证稳定性4.3.1 框架柱设

11、计概要 节点域的稳定性twc(h0b+h0c)/90 (Mb1+Mb2) /VP(4/3)fv/RE 纯框架柱的计算长度有侧移时无侧移时4.3.1 框架柱设计概要 连接形式：多为刚性连接4.3.2 柱与梁的连接梁与柱的刚性连接梁柱连接的地震裂缝4.3.2 柱与梁的连接 梁柱连接的地震裂缝改进形式骨式连接 梁端部加腋 悬臂梁段4.3.2 柱与梁的连接改进的节点构造半刚性连接 端板高强螺栓连接方式上、下角钢和高强螺栓方式4.3.2 柱与梁的连接梁和柱的半刚性连接支撑类型横向水平支撑纵向水平支撑 作用临时水平支撑永久水平支撑形式：平面桁架 4.3.3 水平支撑布置水平支撑布置 4.3.3 水平支撑布

12、置水平支撑布置构成：贯通整个建筑物高度的平面桁架形式分类竖向中心支撑竖向偏心支撑 布置一部分柱间布置横向或纵横两向布置可沿外墙布置，也可沿内墙布置 4.3.4 竖向支撑设计中心支撑形式4.3.4 竖向支撑设计中心支撑类型中心支撑长细比非抗震设防结构：受拉杆件300，受压杆件150抗震设防结构4.3.4 竖向支撑设计类 型6、7度8度9度多层(12层)按压杆设计150120120按拉杆设计200150150高层(12层)1209060中心支撑杆件长细比限值板件宽厚比：6度抗震设防和非抗震设防：按钢结构设计规范GB50017抗震设防结构：4.3.4 竖向支撑设计中心支撑杆件长细比限值板 件 名 称

13、多层(12层)高层(12层)7度8度9度6度7度8度9度翼缘外伸部分131199887工字形截面腹板33302725232321箱形截面腹板31282523212119圆管外径与壁厚比42404038截面形式P-效应的附加效应附加弯曲效应人字形和V形支撑：楼面垂直荷载弹性压缩变形的附加压应力4.3.4 竖向支撑设计支撑斜杆验算4.3.4 竖向支撑设计中心支撑节点构造4.3.4 竖向支撑设计中心支撑节点构造偏心支撑形式特征长细比板件宽厚比至少一端与耗能梁段连接耗能梁段的局部稳定要求4.3.4 竖向支撑设计偏心支撑框架4.3.4 竖向支撑设计偏心支撑框架耗能梁段的局部稳定性翼缘板宽厚比腹板高厚比4

14、.3.4 竖向支撑设计耗能梁段的塑性受剪承载力VpVp =fy h0 tw塑性受弯承载力MpMp =Wpfy受轴向力时的全塑性受弯承载力MpcMpc=Wp(fyN)4.3.4 竖向支撑设计当N Af时：VVlc/RE Vlc为以下两式的较小值：4.3.4 竖向支撑设计耗能梁段分类剪切屈服型弯曲屈服型宜设计成剪切屈服型4.3.4 竖向支撑设计多遇地震下耗能梁段的强度校核腹板强度翼缘强度4.3.4 竖向支撑设计偏心支撑斜杆的承载力计算 4.3.4 竖向支撑设计强柱弱梁Mc=min(2VpMc,com Vlb，2MpcMc,com Mlb)Nc=min(2VpNc,com Vlb，2MpcNc,co

15、m Mlb)4.3.4 竖向支撑设计偏心支撑构造4.3.4 竖向支撑设计偏心支撑构造4.4 多高层房屋结构的分析和设计计算 竖向荷载风荷载地震荷载抗震设防类别抗震设计目标抗震设防原则4.4.1 荷载 弹性设计谱4.4.1 荷载弹性设计谱计算方法底部剪力法振型分解反应谱法竖向地震作用时程分析法4.4.1 荷载计算模型的建立计算原则计算模型注意要点4.4.2 结构分析 静力分析方法 矩阵位移法位移相等原则4.4.2 结构分析 多、高层框架近似分析方法 分层法：竖向荷载作用的平面框架4.4.2 结构分析 分层法示意图多、高层框架近似分析方法 D值法：水平荷载作用 反弯点法改进反弯点法（D值法）4.4.2 结构分析 稳定分析方法 一阶弹性分析方法：计算长度法二阶弹性分析方法：放大系数法M=Mb+2Ms4.4.2 结构分析 地震作用分析方法 基本原则第一阶段抗震设计计算方法底部剪力法 振型分解反应谱法时程分析法第二