钢结构-柱和支撑的设计

建筑钢结构设计唐山学院土木工程系14.3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24.3.1框架柱设计常用的柱截面形式3钢结构房屋的抗震等级房屋高度烈度6789≤50m四三二>50m四三二一4现浇钢筋混凝土房屋的抗震等级结构类型设防烈度6789框架结构高度≤24＞24≤24＞24≤24＞24≤24框架四三三二二一一大跨度框架三二一一5（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N2≤φAcf（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6Wpc，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； η—强柱系数（一级1.15，二级可取1.10，三级1.05

等截面梁7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。8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9框架梁、柱板件宽厚比限值板件名称一级二级三级四级柱工字形截面翼缘外伸部分10111213工字形截面腹板43454852箱形截面壁板33363840梁工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分991011箱形截面翼缘在两腹板之间部分30303236工字形截面和箱形截面腹板72-120Nb/(Af)≤6072-100Nb/(Af)≤6580-110Nb/(Af)≤7085-120Nb/(Af)≤75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。105.长细细比比限限值值一级二级三级四级11在重重力力荷荷载载作作用用下下：对对于于纯纯框框架架柱柱应应按按有侧侧移移情情形形确定定。。（（上上册册附附表表18-2）满足足规规范范GB50017规定定的的强支支撑撑(或剪剪力力墙墙)框架架：应应按按无侧侧移移情情形形确定定。。（（上上册册附附表表18-1）计算算长长度度的的确确定定强支支撑撑框框架架侧侧移移刚刚度度———第i层层层间间所所有有框框架架用用无侧侧移移框框架架和有侧侧移移框框架架柱柱计算算长长度度系系数数算得得的的轴压压杆杆稳稳定定承承载载力力之和和12K1，K2：交于于柱柱上上下下端端的的横横梁梁线线刚刚度度之之和和与与柱柱线线刚刚度度之之和和的的比比值值亦可可分分别别按按下下列列近近似似公公式式确确定定：：13柱节节点点域域设设计计141.节点点域域厚厚度度要要求求2.节点点域域抗抗剪剪强强度度节点点域域的的抗抗剪剪强强度度按按下下式式计计算算（GB50011-2010）：工字形截截面柱箱形截面面柱Vp——节点域体体积15式中Mb1、Mb2一节点域域两侧梁梁端弯矩设计计值；Mc1、Mc2——节点域两两侧柱端端弯矩设设计值；；hb1——梁翼缘厚厚度中点点间的距距离；hc1——柱翼缘厚厚度中点点间的距距离；tw——柱在节点点板域的的腹板厚厚度；fv——钢材的抗抗剪强度度设计值值。γRE——节点域抗抗震承载载力调整整系数，，取0.75。16承载力抗抗震调整整系数材料结构构件受力状态γRE钢柱，梁，支撑，节点板件，螺栓，焊缝强度0.75柱，支撑稳定0.80砌体两端均有构造柱、芯柱的抗震墙受剪0.9其他抗震墙受剪1.0混凝土梁受弯0.75轴压比小于0.15的柱偏压0.75轴压比不小于0.15的柱偏压0.80抗震墙偏压0.85各类构件受剪、偏拉0.85173.节点域的的屈服承承载力验验算Mpb1、Mpb2一节点域域两侧梁梁端截面面全塑性受受弯承载载力；节点域的的厚度不不满足要要求，应应将节点点域的柱柱腹板局部加厚厚或加焊贴板。—系数，三三级、四四级取0.6，一级、、二级取取0.7。184.3.2梁与柱的的连接梁与柱的的连接形形式通常采用用的是柱贯通的连接形形式；按连接转转动刚度度的不同同可分为为：柔性连接接半刚性连连接刚性连接接191.完全焊接接4.3.2.1刚性连接接20常用计算算法精确计算算法梁翼缘梁端全部部弯矩梁腹板梁端全部部剪力梁翼缘梁腹板承担Mf同时承担担Mw和梁端全全部剪力力V21梁－柱全全焊接刚刚接节点点22梁翼缘与与柱翼缘缘对接焊缝缝的抗拉强强度：梁腹板角焊缝的抗剪强强度：232.栓焊混合合连接24栓－焊混混合连接接刚性节节点25梁翼缘与与柱翼缘缘对接焊缝缝的抗拉强强度：梁腹板高高强螺栓栓的抗剪剪承载力力：263.完全栓接接适用于单单侧有梁梁相连的的柱274.产生裂缝缝的原因因裂缝28强：梁与柱刚刚性连接接时，柱柱在梁翼翼缘上下下各500mm的范围内内，柱翼翼缘与柱柱腹板间间或箱形形柱壁板板间的连连接焊缝缝应采用用全熔透透坡口焊焊缝。5.其他29DogboneMomentConnection梁翼缘局部削弱弱，形成骨形形连接；；塑性铰自梁端外移。塑性铰所在截面改进的节节点构造造-1(骨形连接接)6.改进节点点30改进的节节点构造造-2(加焊楔形形板)31塑性铰所在截面改进的节节点构造造-3(梁端部加加腋)322010抗规做法法332010抗规做法法34实例梁与柱的的刚接连连接高强螺栓栓垫板对接焊缝缝带短梁段段节点工工程图片片35带短梁段段节点工工程图片片——唐山供电电局高层层建筑节节点364.3.2.2柔性连接接多层框架架中可由由部分梁梁和柱刚刚性连接接组成抗抗侧力结结构，而而另一部部分梁铰铰接于柱柱，这些柱只只承受竖竖向荷载载；设有足够够支撑的的非地震震区多层框架架原则上上可全部部采用柔柔性连接接。37柔性连接接（a）（c）（b）38柔性连接接承托牛腿39实例梁与柱铰铰接连接接梁腹板传传递竖向向剪力40RM4.3.2.3半刚性连连接RMRM端板-高强螺栓栓连接41实例梁与柱的的半刚接接连接梁腹板与与翼缘传传递剪力力和部分分弯矩42横向水平平支撑纵向水平平支撑水平支撑撑（设置置于同一一水平面面内的支支撑）临时水平平支撑：为了建造造和安装装的安全全而设置置；永久水平平支撑：通常在水水平构件件不能构构成水平平刚度大的隔隔板时设设置。分类4.3.3水平支撑撑布置43节点板表表面高出出梁上翼翼缘有构构造处理理上的不不便楼盖水平平刚度不不足时布布置水平平支撑水平支撑撑布置444.3.4竖向支撑撑设计三、四级级，高度度≯50m宜用中心心支撑:斜腹杆都都连接于于梁柱节节点一、二级级宜采用用偏心支支撑:斜腹杆不不都连接接于梁柱柱节点两根柱构构件间设设置一系系列斜腹腹杆竖向支撑撑45可在建筑筑物纵向向的一部分柱柱间布置置，也可在在横向或或纵横两向布置置；在平面上可沿外墙布置，也可沿内墙布置。竖向支撑的布布置4647抗震设防的结结构不得采用用K形斜杆体系；；所有形式的支支撑体系都可可以跨层跨柱柱设置。人字形斜杆单斜杆十字交叉斜杆杆K形斜杆跨层跨柱设置4.3.4.1中心支撑1.支撑形式48只能受拉的单单斜杆体系，，应同时设置置不同倾斜方方向的两组单斜杆；且每层中不同同方向单斜杆杆的截面面积在水平方向的的投影面积之差不得大于10％。斜杆体系492.中心支撑的设设计（1）斜杆截面选选用一、二、三级级宜采用轧制制H型钢，两端与与框架可采用用刚性连接。50（2）截面设计1）整体稳定承载载力——循环荷载下强强度降低系数数——正则化长细比比——支撑稳定破坏坏的承载力抗抗震调整系数数51一、二、三级四级压杆拉杆禁用2）长细比限值值523）局部稳定钢结构中心支支撑板件宽厚厚比限值板件名称一级二级三级四级翼缘外伸部分891013工字形截面腹板25262733箱形截面壁板18202530圆管外径与壁厚比38404042注：表列数值值适用于Q235钢，采用其他他牌号钢材应应乘以，圆管应乘以以235/fay。533.节点构造形式式重型支撑轻型支撑（双节点板））54地震区的工字字形截面中心心支撑宜采用用轧制宽翼缘缘H型钢；如果采用焊接接工字形截面面，则其腹板板和翼缘的连连接焊缝应设设计成焊透的的对接焊缝；；与支撑相连接接的柱通常加加工成带悬臂臂梁段的形式式，以避免梁梁柱节点处的的工地焊缝。55(a)门架式(b)单斜杆式(d)V形(c)人字形1.偏心支撑的性性能与特点4.3.4.2偏心支撑56偏心支撑框架架设计原则：：强柱、强支撑撑、弱耗能梁梁段，使其在大震震时耗能梁段屈服形成塑性性铰，柱、支支撑和其他梁梁段保持弹性性。偏心支撑：指支撑斜杆杆一端与梁相连，支撑轴轴线偏离梁柱轴线交点点，在支撑与柱柱之间或支撑撑与支撑之间间形成一段称称为消能梁段段的短梁。572.耗能梁段截面面1）耗能梁段截截面尺寸宜与与同一跨内框框架梁的截面面尺寸相同2）耗能梁段不得贴焊补强板以提高高强度，也不不得在腹板上上开洞。3）耗能梁段所所用钢材3.耗能梁段的屈屈服类型剪切屈服型——耗能梁段的塑性（屈服））受剪承载力力、塑性（屈服））受弯承载力。弯曲屈服型584.耗能梁段板件件宽厚比板件名称宽厚比限值翼缘外伸部分8腹板其他钢号乘以以，N/(Af)为梁轴压比。。偏心支撑框架梁的板件宽厚比比限值595.耗能梁段的净净长为保证偏心支支撑框架具有有较大的抗推刚度，并使耗能梁梁段能承受较较大剪力，一一般用较短的的耗能梁段。。N、V——耗能梁段的轴轴力、剪力设设计值Aw——耗能梁段腹板板面积60为简化计算并并保证耗能梁梁在全截面剪切屈屈服时具有足够的抗抗弯能力，耗能梁段宜宜设计成“腹板受剪、翼翼缘承担弯矩矩和轴力”6.耗能梁段强度度验算1）抗剪承载力力验算（腹板板强度）不计轴力对受受剪承载力影影响梁（腹板）的的抗剪屈服承承载力61—消能梁段的轴轴力设计值和和剪力设计值值。—消能梁段受剪剪承载力和计计入轴力影响响的受剪承载载力。—修正系数，0.9—消能