钢结构33.ppt

1、4.3 柱和支撑的设计 4.3.1 框架柱设计概要 4.3.2 梁与柱的连接 4.3.3 水平支撑布置 4.3.4 竖向支撑设计14.3.1 框架柱设计概要n常用的柱截面形式常用的柱截面形式：箱形箱形、焊接工字形焊接工字形、H H型钢型钢、圆管圆管等；等；nH H型钢柱型钢柱：应用较广；（截面经济合理、规格尺寸多、加工量少以及便于：应用较广；（截面经济合理、规格尺寸多、加工量少以及便于连接）连接）n焊接工字形截面焊接工字形截面：可灵活地调整截面特性；：可灵活地调整截面特性；n焊接箱形截面焊接箱形截面：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大；：可使关于两个主轴的刚度相等，但加工量大；n钢管混凝土

2、的组合柱钢管混凝土的组合柱：提高管状柱的承载力、防火性能；：提高管状柱的承载力、防火性能；n轧制型钢轧制型钢：较经济，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可：较经济，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可 显著改善结构效比能。显著改善结构效比能。2n压压(拉拉)弯构件弯构件n截面初估：截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到柱的设计轴力值柱的设计轴力值N N，则可以承受则可以承受1.2 1.2 N N的轴心受压构件来初拟柱的轴心受压构件来初拟柱截面尺寸）截面尺寸）n大致可按每大致可按每3 34 4层作一次变截面；层作一次变截面；n尽量使用较薄的

3、钢板；尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过（其厚度不宜超过100mm100mm；柱板件宽厚比柱板件宽厚比不应大于表不应大于表4.64.6的规定）的规定）n框架柱长细比的规定框架柱长细比的规定（下表）（下表）框架柱的设计方法68度设防多层(12层)9度设防9度设防8度设防6，7度设防高层(12层)3满足强柱弱梁的设计要求 v使使塑性铰塑性铰出现在出现在梁端梁端而不是在柱端，抗震设防的柱在任一而不是在柱端，抗震设防的柱在任一节点处，宜满足下列要求：节点处，宜满足下列要求：Wpc，Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩；计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩；fyc，fyb ：柱

4、和梁钢材的屈服强度；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；按多遇地震作用组合得出的柱轴力；AC ：柱的截面面积；柱的截面面积；：强柱系数（超过强柱系数（超过6 6层的钢框架，层的钢框架，6 6度度类场地和类场地和7 7度时可取度时可取1.01.0 8 8度时可取度时可取1.051.05，9 9度时可取度时可取1.151.15；4n在重力荷载作用下在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按：对于纯框架柱应按有侧移情形有侧移情形确定。确定。（上册附表（上册附表18-218-2）n满足规范满足规范GB 50017GB 50017规定的规定的强支撑强支撑(或剪力墙或剪力墙)框架框架：应按

5、：应按无无侧移情形侧移情形确定。（上册附表确定。（上册附表18-118-1）n亦可分别按下列近似公式确定：亦可分别按下列近似公式确定：计算长度的确定K1，K2 ：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值54.3.2 梁与柱的连接梁与柱的连接形式梁与柱的连接形式刚性连接刚性连接柔性连接柔性连接半刚性连接半刚性连接本节内容6梁与柱的连接形式v通常采用的是柱贯通的连接形式；通常采用的是柱贯通的连接形式；v按连接转动刚度的不同可分为：按连接转动刚度的不同可分为：柔性连接柔性连接1 1半刚性连接半刚性连接2 2刚性连接刚性连接3 3梁腹板传递竖向剪

6、力梁腹板传递竖向剪力梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力4 4连接角钢、端板、支托连接角钢、端板、支托连接角钢、端板、支托连接角钢、端板、支托完全焊接、完全栓接、栓焊混合完全焊接、完全栓接、栓焊混合完全焊接、完全栓接、栓焊混合完全焊接、完全栓接、栓焊混合7完全焊接v梁翼缘与柱翼缘间梁翼缘与柱翼缘间:全熔透坡口焊缝；全熔透坡口焊缝；v按规定设置按规定设置衬板衬板；v当框架梁端垂直于工字形柱当框架梁端垂直于工字形柱 腹板时，柱在梁腹板时，柱在梁翼缘对应位翼缘对应位 置设置横向加劲肋置设置横向加劲肋；v且加劲肋且

7、加劲肋厚度不应小于梁翼厚度不应小于梁翼 缘厚度缘厚度。为便于施焊，梁腹板要切去两角；构造简单，但焊缝质量要求高。9完全焊接连接的计算方法常用计算法常用计算法精确计算法精确计算法梁翼缘梁翼缘梁端全部弯矩梁端全部弯矩梁腹板梁腹板梁端全部剪力梁端全部剪力尚应以尚应以Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力来验算作为焊缝所承担的剪力来验算梁翼缘梁翼缘梁腹板梁腹板承担承担Mf同时承担同时承担Mw和梁端全部剪力和梁端全部剪力V梁端的弯矩梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用10完全焊接时的常用计算法追加追加Anwfv/2作为作为焊缝焊缝所所承担的剪力验算承担的剪

8、力验算!v梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：v梁腹板角焊缝的抗剪强度：梁腹板角焊缝的抗剪强度：11栓焊混合连接时的常用计算法追加追加Anwfv/2作为作为螺栓螺栓所承所承担的剪力验算担的剪力验算!v梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：v梁腹板高强螺栓的抗剪承载力：梁腹板高强螺栓的抗剪承载力：0.90.9：考虑焊接热影响对高强：考虑焊接热影响对高强度螺栓预拉力损失。度螺栓预拉力损失。12完全栓接v所有的螺栓都采用所有的螺栓都采用高强摩高强摩擦型螺栓擦型螺栓连接；连接；v当当梁翼缘梁翼缘提供的塑性截面提供的塑性截面模量模量小于梁全截

9、面塑性截面小于梁全截面塑性截面模量的模量的7070时，时，梁腹板梁腹板与柱与柱的连接的连接螺栓不得少于两列螺栓不得少于两列；v当计算只需一列时，仍应当计算只需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数布置两列，且此时螺栓总数不得小于计算值的不得小于计算值的1.51.5倍。倍。适用于单侧有梁相连的柱适用于单侧有梁相连的柱13栓焊混合连接 可认为是可认为是半刚接半刚接；连接钢板连接钢板足够厚足够厚时，时，作为作为刚接刚接；支托传递支托传递剪力剪力。14产生裂缝的原因未焊透、气泡、凹坑、未焊透、气泡、凹坑、焊脚尺寸的突变；焊脚尺寸的突变；焊接处材料韧性低下。焊接处材料韧性低下。15改进意见最好在焊后将衬板

10、除去并最好在焊后将衬板除去并补焊补焊翼缘坡口翼缘坡口 焊的焊根；焊的焊根；如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的 衬板应有衬板应有足够的角焊缝足够的角焊缝消除间隙；同时，消除间隙；同时，腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；为了防止焊缝金属韧性过低，对它的为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最最 低冲击功低冲击功作出了规定。作出了规定。16改进的节点构造-1(骨形连接)Dogbone Moment Connectionv梁翼缘梁翼缘局部削弱局部削弱，形成骨形连接；形成骨形连接；v塑性铰塑性铰自梁端自梁端外移外移。塑性铰所在截面17改进的节点构

11、造-2(梁端部加腋)其它方法：其它方法：把梁的短段在工厂和柱焊接，以保证焊接质量，短段和梁的把梁的短段在工厂和柱焊接，以保证焊接质量，短段和梁的主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、栓并用。主段在工地拼接，可以全部用高强度螺栓连接，或焊、栓并用。v塑性铰外移；塑性铰外移；v用于结构用于结构加固加固。塑性铰所在截面塑性铰所在截面18实例梁与柱的刚接连接高强螺栓钢衬板对接焊缝梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力19柔性连接n多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗多层框架中可由部分梁和柱刚性连接组成抗侧力结构，而另一部分梁铰接于柱，侧力结构，而另一部分梁铰接于柱

12、，这些柱这些柱只承受竖向荷载只承受竖向荷载；n设有足够支撑的非地震区设有足够支撑的非地震区多层框架原则上可多层框架原则上可全部采用柔性连接。全部采用柔性连接。20柔性连接柔性连接（a）（c）（b）连接角钢或端板偏上放置：上翼缘处变形小。21v图图(d):当梁用承托连于柱腹板时，宜用当梁用承托连于柱腹板时，宜用厚板厚板作为承托构件以免柱作为承托构件以免柱 腹板承受较大弯矩；腹板承受较大弯矩；v图图(e):在需要用小牛腿时，则应做成在需要用小牛腿时，则应做成工字形截面工字形截面，并把它的两块，并把它的两块 翼缘都翼缘都焊于柱翼缘焊于柱翼缘，使偏心力矩，使偏心力矩M=Re以力偶的形式传给柱翼缘。以力

13、偶的形式传给柱翼缘。承托承托牛腿牛腿柔性连接柔性连接22实例梁与柱铰接连接梁腹板传递竖向剪力梁腹板传递竖向剪力23半刚性连接v竖向荷载竖向荷载下可看作梁简支于柱；下可看作梁简支于柱；v水平荷载水平荷载下起刚性节点作用；下起刚性节点作用；v适于适于层数不多或水平力不大层数不多或水平力不大的建筑；的建筑；v半刚性连接必须有半刚性连接必须有抵抗弯矩抵抗弯矩的能力，但无需像刚性的能力，但无需像刚性 连接那么大。连接那么大。用连于翼缘的上、下角钢用连于翼缘的上、下角钢和高强螺栓来连接，由上下角和高强螺栓来连接，由上下角钢一起传递弯矩，腹板上的角钢一起传递弯矩，腹板上的角钢则传递剪力。钢则传递剪力。RM2

14、4端板-高强螺栓连接v端板在大多数情况下端板在大多数情况下伸出在梁高度范围之外伸出在梁高度范围之外(或是上边伸出，下或是上边伸出，下边不伸出边不伸出)v梁端弯矩化作力偶，其梁端弯矩化作力偶，其拉力经上翼缘传出拉力经上翼缘传出；v受拉的螺栓布置在关于受拉翼缘对称的位置，共四个；受拉的螺栓布置在关于受拉翼缘对称的位置，共四个；v压力可以通过端板或柱翼缘承压传力，压力可以通过端板或柱翼缘承压传力，压力区螺栓可少量设置压力区螺栓可少量设置，和拉力区的螺栓一起传递剪力；和拉力区的螺栓一起传递剪力；v虚线表示必要时可设柱加劲肋。虚线表示必要时可设柱加劲肋。RMRM25实例梁与柱的半刚接连接梁腹板与翼缘传递

15、剪力和部分弯矩梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩264.3.3 水平支撑布置横向水平支撑横向水平支撑纵向水平支撑纵向水平支撑水平支撑（设置于同一水平面内的支撑）水平支撑（设置于同一水平面内的支撑）（通常意义下）（通常意义下）v临时水平支撑：临时水平支撑：为了建造和安装的安全而设置；为了建造和安装的安全而设置；v永久水平支撑：永久水平支撑：通常在水平构件不能构成水平刚通常在水平构件不能构成水平刚 度大的隔板时设置。度大的隔板时设置。分类分类27水平支撑布置节点板表面高出梁上翼缘节点板表面高出梁上翼缘有构造处理上的不便有构造处理上的不便v楼盖水楼盖水平刚度不平刚度不足时布置足时布置水平支撑水平支撑28

16、 4.3.4 竖向支撑设计中心支撑中心支撑:斜腹杆都连接于梁柱节点斜腹杆都连接于梁柱节点偏心支撑偏心支撑:斜腹杆不都连接于梁柱节点斜腹杆不都连接于梁柱节点v两根柱构件间设置一系列斜腹杆两根柱构件间设置一系列斜腹杆竖竖向向支支撑撑29竖直支撑的布置v可在建筑物纵向的可在建筑物纵向的一部分柱间布置一部分柱间布置，也可在，也可在 横向或纵横横向或纵横两向布置两向布置；v在平面上在平面上可沿外墙可沿外墙布置，布置，也可沿内墙也可沿内墙布置。布置。304.3.4.1 中心支撑n抗震设防的结构不得采用抗震设防的结构不得采用K K形斜杆体系；形斜杆体系；n所有型式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。所有型式的支撑体系都可以跨层跨柱设置。(c)人字形斜杆人字形斜杆(b)单斜杆单斜杆(a)十字交叉斜杆十字交叉斜杆(d)K K形斜杆形斜杆(e)跨层跨柱跨层跨柱设置设置31斜杆体系u只能受拉的单斜杆体系，应同时设置不同倾斜方向只能受拉的单斜杆体系，应同时设置不同倾斜方向 的的两组单斜杆两组单斜杆；u且每层中不同方向单斜杆的且每层中不同方向单斜杆的截面面积截面面积在水平方向的在水平方向的 投影投影面积之面积之差不得