多层钢结构设计

第四章多层钢结构设计4.1多层钢结构体系4.2多层钢结构的荷载效应和组合4.3多层钢结构的内力分析4.4钢与混凝土组合板和组合梁4.5多层钢结构的连接4.6多层钢结构设计实例4.1多层钢结构体系多层钢结构一般采用框架类结构体系，也称多层钢框架结构；多层钢结构一般由柱、梁、楼盖结构、支撑结构、墙板或墙架组成。层数<=10；高度<=60m受力特点：竖向力/侧向力一、多层钢结构类型多层钢结构类型柱-支撑体系：梁柱节点均为铰接，纵、横向沿柱高设置柱间支撑（抗侧力构件），适用于柱距不大但允许双向设置支撑的建筑物；设计安装简便，侧向刚度大，构件受力明确，耗钢量小；纯框架体系：纵横两个方向均为刚接框架，适用于柱距较大但无法设置支撑的建筑物；节点构造较复杂，用钢量较大；多层钢结构类型框架-支撑体系：纵向柱-支撑体系，横向为纯框架体系，一方面满足建筑功能要求，另一方面，简化设计、施工，减小用钢量。框架-支撑组合体系混合体系二、多层钢结构布置原则多层钢结构布置原则柱网及梁系布置合理，纵、横向刚度均匀，构件传力明确、类型统一，节点构造简单，便于施工；应采用平面刚性楼盖，保证空间整体刚度及空间协调工作；横向框架为柱-支撑体系且采用平面刚性楼盖时，柱间支撑间距不大于4L；钢柱及支撑沿竖向可以变截面，但应防止层间刚度突变；柱-支撑体系刚度大，用钢量省，条件允许时应优先选用；支撑布置应合理、均匀。4.2多层钢结构荷载效应和组合荷载效应计算荷载效应组合一、荷载效应计算荷载载效效应应计计算算永久久荷荷载载：：分分项项系系数数1.2；1.35；1.0可变荷荷载：：分项项系数数1.4雪荷载积灰荷载楼面活荷载载：>=4.0kN/m2时，分项系系数1.3屋面活荷载载风荷载荷载效应计计算偶然荷载：：地震荷载载水平地震作作用（内力力组合中起起主要作用用）多遇地震（（应）：承承载力及变变形验算；；振型分解解反应谱法法/弹性时程分分析/底部剪力力法罕遇地震震（宜））：弹塑塑性时程程分析/静力弹塑塑性分析析（pushover）荷载效应应计算水平地震震影响系系数α振型数不不少于3个，振型型叠加采采用平方方和开方方（SRSS）或完全全二次项项（CQC）GE重力荷载载代表值值：GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKTk=0/0.5/1.0振型分解解反应谱谱法典型型公式荷载效应应计算竖向地震震作用（（仅在计计算多层层框架内内大跨度度或大悬悬臂构件件时考虑虑）竖向地震作作用系数αv:8度0.1/9度0.2二、荷载效效应组合荷载效应组组合不考虑地震震的组合可变荷载控控制：永久荷载控控制：荷载效应组组合考虑地震的的组合4.3多层钢结构构的内力分分析一般规定计算方法多层钢结构构的梁多层钢结构构的柱多层钢结构构的支撑一、一般规规定一般规定平面布置规规则的多层层框架，宜宜采用平面面计算模型型，平面不不规则时，，宜采用空空间计算模模型；地震作用效效应分析时时，结构及及附属质量量集中在各各楼层，应应按不同维维护结构对对自振周期期折减（0.9/0.85/0.8），维护墙墙体只计质质量不计刚刚度；多层框架宜宜采用专门门软件计算算或手算；；一般规定多层框架柱柱的计算长长度H0=μHμ为计算长度度系数，根根据上下下端汇交的的横梁与框框架柱线刚刚度之比（（k1=IB/L:IC/H，K2）查表确确定。有侧移框架架和无侧移移框架一般规定风荷载作用用下，Δ<=H/500/δ<=h/400；多遇地震震，δ<=h/250；框架梁与压压型钢板组组合楼板可可靠连接时时，框架梁梁截面中应应计入混凝凝土楼板的的作用，楼楼盖主梁I=2Is/其它I=1.5Is；基本周期T1的估算（刚刚度沿高度度分布均匀匀的钢框架架）：二、计算方方法计算方法精确方法：：矩阵位移法法有限元法近似方法：：分层法（竖竖向荷载））半刚架法、、改进反弯弯点法（D值法）（水水平荷载，，框架）悬臂铰接桁桁架（水平平荷载，柱柱-支撑）三、多层钢钢结构的梁梁多层钢结构构的梁梁的截面形形式轧制或焊接接H形钢不对称H形钢蜂窝梁截面面多层钢结构构的梁梁的的设设计计按受受弯弯构构件件设设计计应采采用用最最不不利利截截面面的的最最不不利利组组合合内内力力进进行行梁梁截截面面验验算算，，最最不不利利截截面面一一般般在在梁梁的的两两端端、、跨跨中中或或集集中中荷荷载载作作用用点点；；框架梁截截面调整整幅度较较大（30%）时，应应重新进进行内力力分析；；楼板为压压型钢板板组合楼楼板且与与梁可靠靠连接，，按钢-混凝土组组合楼盖盖进行设设计。四、多层层钢结构构的柱多层钢结结构的柱柱柱的截面面形式轧制或焊焊接H形钢十字形截截面方钢管圆钢管多层钢结结构的柱柱钢柱的设设计钢柱为偏偏心受压压构件；；钢柱应按按两个主主轴方向向分别进进行强度度和稳定定性验算算；对厚钢板板（>60,Q235；>36，Q345）应考虑虑钢材沿沿厚度方方向的性性能，防防止分层层。五、多层层钢结构构的支撑撑多层钢结结构的支支撑支撑的布布置和形形式支撑布置置原则：：承受水水平荷载载，保证证结构稳稳定性，，避免过过大的次次应力和和温度应应力平面布置置：支撑撑应沿结结构纵向向和横向向分别布布置，最最好沿结结构主轴轴对称，，如正方方平面，，支撑布布置在房房屋中央央和四角角；长方方形平面面，支撑撑布置在在长边的的两端和和中部，，沿横向向多布，，沿纵向向少布。。沿高度度布置置：最最好上上下贯贯通，，否则则应至至少搭搭接一一层。。支撑形形式：：X形支撑撑/K形支撑撑/华伦氏氏支撑撑多层钢钢结构构的支支撑支撑的的计算算：一般按按拉/压杆计计算；；支撑承承受水水平剪剪力：：实际水水平荷荷载产产生的的层间间剪力力或；；多层钢钢结构构的支支撑还要考考虑竖竖向荷荷载引引起的的附加加内力力，受受压交交叉斜斜撑交叉斜斜撑按按拉杆杆设计计时，，不考考虑附附加内内力，，其连连接应应按荷荷载作作用下下的拉拉力和和其临临界压压力设设计。。支撑按按内力力设计计时，，端部部的连连接承承载力力宜按按设计计内力力提高高10%~15%计算4.4钢与混混凝土土组合合板和和组合合梁钢与混凝土土组合板钢与混凝土土组合梁一、钢与混混凝土组合合板压型钢板+钢筋混凝土土钢与混凝土土组合板设计原则组合板的设设计应考虑虑施工和使使用两个阶阶段施工阶段：：压型钢板板为混凝土土模板，应应对其进行行强度和变变形验算；；永久荷载载（压型钢钢板及混凝凝土自重））+可变荷载（（施工荷载载及附加荷荷载）使用阶段：：在全部荷荷载作用下下，对组合合板或钢筋筋混凝土楼楼板（压型型钢板仅用用作模板，，厚度hc）进行强度度和变形验验算钢与混凝土土组合板压型钢板跨跨中变形v>20mm时，确定混混凝土自重重时应考虑虑凹坑效应应，厚度+0.7v或增设支撑撑组合板有局局部荷载时时，有效宽宽度的确定定抗弯计算：：简支板bem=bm+2lp(1-lp/l)；连续板bem=bm+[4lp(1-lp/l)]/3抗剪计算：：bem=bm+lp(1-lp/l)其中：bm=bp+2(hc+hf)钢与混凝土土组合板施工阶段计计算压型钢板为为混凝土模模板，应对对其进行强强度和变形形验算，可可采用弹性性分析方法法，顺肋方方向的正负负弯矩和挠挠度均按单单向板计算算，不考虑虑垂直肋方方向的正、、负弯矩。。使用阶段计计算当hc=50-100mm时，可按以以下规定设设计：顺肋肋方向的正正弯矩和挠挠度均按单单向简支板板计算，负负弯矩按嵌嵌固端考虑虑，不考虑虑垂直肋方方向的正、、负弯矩。。钢与混凝土组组合板组合板设计施工阶段验算算：压型钢板；强度和挠度及及腹板局部屈屈曲承载力验验算。使用阶段设计计：组合板；正截面抗弯承承载力/抗冲剪承载力力/斜截面抗剪承承载力/负弯矩段的截截面强度和裂裂缝宽度钢与混凝土组组合板正截面抗弯承承载力：塑性性设计方法，，假定截面受受拉、受压区区材料均达到到强度设计值值（折减0.8）Asf<fcmhcb时，塑性中和和轴在压型钢钢板上翼缘以以上混凝土内内，M=<0.8fcmxccby；xcc=Asf/fcmb；y=h0-xcc/2Asf>fcmhcb时，塑性中和和轴在压型钢钢板内，M=<0.8(fcmhcby1+Ascfy2)；Asc=0.5(As-fcmhcb/f)；钢与混凝土组组合板抗冲剪承载力力Vp=<0.6ftcphc斜截面抗剪承承载力Vc=<0.07fcmbh0钢与混凝土组组合板负弯矩段的截截面强度和裂裂缝宽度按《混凝土结构设设计规范》计算组合板挠度分分别按荷载短短期效应组合合和长期效应应组合计算。。组合板构造要要求压型钢板净厚厚度>=0.75mm，镀锌层厚度度满足防腐要要求；浇注混凝土的的槽（肋）宽宽>=50mm；槽内设圆柱柱头焊钉连接接件时压型钢钢板高=<80mm；组合板厚度>=90mm，hc>=50mm；组合板端部必必须内设圆柱柱头焊钉连接接件，将压型型钢板凹肋焊焊牢于钢梁上上，圆柱头焊焊钉直径s=3m,13-16/s=3m-6m,16-19/s>6m,19钢与混凝土组组合板组合板在钢梁梁上支承长度度>=50mm必要时组合板板应配置钢筋筋：附加抗拉拉钢筋/负弯矩区连续续钢筋/集中荷载或孔孔洞周围分布布钢筋/为改善防火的的受拉钢筋…组合板负弯矩矩区裂缝宽度度<=0.3mm/0.2mm抗裂钢筋/分布钢筋二、组合梁设设计由钢梁及支承承在其上的钢钢筋混凝土翼翼板构成钢筋混凝土抗抗压/钢材抗拉/协同工作，充充分发挥材料料作用组合梁设计组合梁的分类类普通混凝土翼翼板组合梁压型钢板组合合梁预制装配式混混凝土板组合合梁组合梁设计组合梁的优点点节约钢材，降降低造价；增大截面刚度度，减小钢梁梁挠度；减小结构高度度及建筑物总总高度；增强结构整体体性；钢梁为组合板板支撑，节约约模板，缩短短工期组合梁设计组合梁的缺点点耐火等级差；；需在钢梁上焊焊接连接件4.5多层钢结构的的连接连接的一般规规定梁柱节点柱