高层钢结构构件设计详细课件

表表4-1 非抗震设防或非抗震设防或6度设防简支实腹钢梁的最大侧向长细比度设防简支实腹钢梁的最大侧向长细比钢号钢号工字形截面（含工字形截面（含H型钢）梁型钢）梁箱型截面梁箱型截面梁跨中无侧向支撑跨中无侧向支撑跨中受压翼缘有侧跨中受压翼缘有侧向支撑向支撑荷载于上荷载于上翼缘翼缘荷载于下荷载于下翼缘翼缘荷载于任何部位荷载于任何部位Q23513201695Q34510.516.51365Q3901015.512.557Q4209.51512-表表4-2 按按7度及以上设防实腹钢梁的最大侧向长细比度及以上设防实腹钢梁的最大侧向长细比 11.00.5pxMWf1235(6040)ypxayMWff10.51.0pxMWf1235(45 10)ypxayMWff应力比值应力比值侧向支承点间的构件长细比侧向支承点间的构件长细比y1MpxWayff钢梁弯矩平面外的长细比；侧向支承点之间的最大弯矩；钢梁截面对x轴的塑性截面模量；分别为钢材屈服点与设计强度值。2222221170()4wtyhKEIGIEIllhK1,l h,wtyII I压型钢板每个波槽均与梁相连时板面内的抗剪刚度；钢梁的自由长度和高度；钢梁的翘曲常数，自由扭转常数，绕弱轴的惯性矩。表表43 框架梁的板件宽厚比限值框架梁的板件宽厚比限值 yfftb/235300（1）变截面框架梁的截面变化，宜改变梁翼缘的宽度和厚度，）变截面框架梁的截面变化，宜改变梁翼缘的宽度和厚度，而保持梁的腹板高度不变；而保持梁的腹板高度不变；（2）当梁的上翼缘采用抗剪连接件与组合楼板相连时，可不验）当梁的上翼缘采用抗剪连接件与组合楼板相连时，可不验算组合梁的整体稳定，但仍应根据条件在其下翼缘设置隅撑；算组合梁的整体稳定，但仍应根据条件在其下翼缘设置隅撑；（3）框架梁的端部以及有集中荷载作用点等可能出现塑性铰的）框架梁的端部以及有集中荷载作用点等可能出现塑性铰的部位，梁的受压翼缘应设置侧向支撑（部位，梁的受压翼缘应设置侧向支撑（7度及以上抗震设防度及以上抗震设防的结构，上、下翼缘均应该设置侧向支撑），且实腹钢梁相的结构，上、下翼缘均应该设置侧向支撑），且实腹钢梁相邻侧向支撑点邻侧向支撑点 之间的长细比应满足之间的长细比应满足表表4-2要求；要求；（4）焊接梁的翼缘一般用一层钢板组成；当跨度大采用两层钢）焊接梁的翼缘一般用一层钢板组成；当跨度大采用两层钢板时，外内层厚度比宜为板时，外内层厚度比宜为0.51.0，外层断点应符合，外层断点应符合钢结钢结构设计规范构设计规范（GB50017-2003）要求；横向加劲肋切角应）要求；横向加劲肋切角应满足附图要求；满足附图要求；（5）采用高强度螺栓摩擦型连接拼合的大跨度钢梁，其翼缘）采用高强度螺栓摩擦型连接拼合的大跨度钢梁，其翼缘板不宜超过三层；其外层钢板的理论断点处的外伸长度内板不宜超过三层；其外层钢板的理论断点处的外伸长度内的高强度螺栓数目，应按该层钢板的的高强度螺栓数目，应按该层钢板的1/2净截面面积的承净截面面积的承载力进行验算；钢梁翼缘角钢截面面积不宜少于整个翼缘载力进行验算；钢梁翼缘角钢截面面积不宜少于整个翼缘截面面积的截面面积的30，当最大型号的角钢不能满足条件时，可，当最大型号的角钢不能满足条件时，可增设腋板，参见附图，此时，角钢与腋板截面积之和不应增设腋板，参见附图，此时，角钢与腋板截面积之和不应少于翼缘总截面面积的少于翼缘总截面面积的30。横向加劲肋切角横向加劲肋切角高强螺栓连接高强螺栓连接（6）钢梁的端部支座应该满足下图要求。）钢梁的端部支座应该满足下图要求。平板支座平板支座突缘支座突缘支座 对于对于H形、工字形、箱形截面的受压构件，若其腹板的高厚比形、工字形、箱形截面的受压构件，若其腹板的高厚比不满足现行规范的要求时，可采用下列措施之一：不满足现行规范的要求时，可采用下列措施之一：（1）采用有效截面法验算构件的强度和稳定性。）采用有效截面法验算构件的强度和稳定性。（2）配置纵向加劲肋）配置纵向加劲肋 （3）配置横向加劲肋）配置横向加劲肋当实腹柱的腹板计算高度与其厚度之比当实腹柱的腹板计算高度与其厚度之比 时，应时，应采用横向加劲肋加强，加劲肋的间距不得大于采用横向加劲肋加强，加劲肋的间距不得大于3h0，如附图。，如附图。受压构件腹板的补强受压构件腹板的补强(a)腹板有效截面；腹板有效截面；(b)腹板纵向加劲肋；腹板纵向加劲肋；(c)腹板横向加劲肋腹板横向加劲肋ywfth/23570/04.3.1 框架柱的截面形式框架柱的截面形式 对于仅沿一个方向与梁刚性连接的框架住，宜采用对于仅沿一个方向与梁刚性连接的框架住，宜采用H形截形截面面，并将柱腹板置于刚接框架平面内。，并将柱腹板置于刚接框架平面内。对于在相互垂直的两个方向均与梁刚性连接的框架住，宜对于在相互垂直的两个方向均与梁刚性连接的框架住，宜采用采用箱形截面箱形截面或或十字形截面十字形截面。箱形截面框架柱角部的拼装焊缝，应采用部分熔透的箱形截面框架柱角部的拼装焊缝，应采用部分熔透的V形或形或U形形焊缝，其焊缝厚度不应小于板厚的焊缝，其焊缝厚度不应小于板厚的1/3，且不应小于，且不应小于14mm；对；对于抗震设防结构，焊缝厚度不应小于板厚的于抗震设防结构，焊缝厚度不应小于板厚的1/2，附图（，附图（a）；）；当钢梁与柱刚性连接时，当钢梁与柱刚性连接时，H形截面形截面框架柱与腹板的连接焊缝和箱形截框架柱与腹板的连接焊缝和箱形截面框架柱的角部拼装焊缝，在钢梁面框架柱的角部拼装焊缝，在钢梁上、下翼缘的上、下各上、下翼缘的上、下各500mm的的区段内，应采用坡口全熔透焊缝，区段内，应采用坡口全熔透焊缝，附图（附图（b），以保证地震时该范围柱），以保证地震时该范围柱段进入塑性状态时不破坏。段进入塑性状态时不破坏。十字形截面框架柱可采用厚钢板拼接焊接而成，如附十字形截面框架柱可采用厚钢板拼接焊接而成，如附图（图（a），或者一个），或者一个H型钢和两个剖分型钢和两个剖分T型钢焊接而成，如型钢焊接而成，如附图（附图（b）。其拼接焊缝均应采用部分熔透的）。其拼接焊缝均应采用部分熔透的K形剖口焊形剖口焊缝，每条焊缝深度不应小于板厚的缝，每条焊缝深度不应小于板厚的1/3。4.3.2 4.3.2 框架柱的强度验算框架柱的强度验算 与梁刚接的框架柱，在轴向力和弯矩的共同作用下，它兼有与梁刚接的框架柱，在轴向力和弯矩的共同作用下，它兼有压杆和梁的特点，属压弯或拉弯构件。其强度验算可按压杆和梁的特点，属压弯或拉弯构件。其强度验算可按钢结构钢结构（1）的相关公式）的相关公式进行。进行。其整体稳定验算按其整体稳定验算按钢结构钢结构（1）的相关公式）的相关公式进行。进行。4.3.3 4.3.3 框架柱的整体稳定验算框架柱的整体稳定验算4.3.4 4.3.4 框架柱的计算长度框架柱的计算长度 现行的国内、外结构设计规范，基本都不直接计算结构的整现行的国内、外结构设计规范，基本都不直接计算结构的整体稳定，而是通过对组成结构的框架柱的稳定分析来间接控制结体稳定，而是通过对组成结构的框架柱的稳定分析来间接控制结构的整体稳定，即先按一阶弹性分析方法计算结构由多种荷载产构的整体稳定，即先按一阶弹性分析方法计算结构由多种荷载产生的内力设计值，然后把框架柱作为单独的压弯构件来设计。由生的内力设计值，然后把框架柱作为单独的压弯构件来设计。由于该法在设计框架柱是应用了计算长度的概念，因此常被称为于该法在设计框架柱是应用了计算长度的概念，因此常被称为计计算长度法或有效长度法算长度法或有效长度法。其计算长度等于该层柱的高度乘以计算。其计算长度等于该层柱的高度乘以计算长度系数。等截面框架柱在框架平面内的计算长度系数，按下列长度系数。等截面框架柱在框架平面内的计算长度系数，按下列规定确定：规定确定：1.当计算框架柱在重力作用下的稳定性时当计算框架柱在重力作用下的稳定性时（1）无支撑纯框架体系）无支撑纯框架体系 1）当采用一阶弹性分析方法计算框架内力时，框架柱的计算）当采用一阶弹性分析方法计算框架内力时，框架柱的计算长度系数长度系数应按应按钢结构钢结构（1）有侧移框架确定。有侧移框架确定。2）当采用二阶弹性分析方法计算框架内力、且在每层柱顶附）当采用二阶弹性分析方法计算框架内力、且在每层柱顶附加考虑按加考虑按式式4-2计算的假想水平力时，框架柱的计算长度系数取计算的假想水平力时，框架柱的计算长度系数取1.0。10.2250yinisQHniQsn10.2sny第i层及以上总重力荷载设计值；框架的总层数，当1.0时取1.0；钢材强度影响系数，Q235取1.0；Q345取1.1：Q390取1.2：Q420取1.25。0100()3(1.2)bbiiSNN01框架柱按无侧移框架和有侧移框架柱的计算长度系数算得的轴心压杆稳定系数。抗震设防烈度6度7度8度9度12层12层12层12层12层12层12层H形柱翼缘外伸部分131311121011910*9*腹板4352434843444340*36*36*箱型柱壁板39403736353633注：1.表中数值适用于Q235钢，其它钢号应乘以235/ayf2.角注*用于“强柱弱梁”设计原则不能得到保证的框架柱。)/(cycpcANfWybpbfW NfAc6.0(e)注意注意：当采用只能受拉的：当采用只能受拉的单斜杆体系单斜杆体系时，必须设置两组不同倾时，必须设置两组不同倾斜方向的支撑，即单斜杆对称布置，如附图，且每层中不同方斜方向的支撑，即单斜杆对称布置，如附图，且每层中不同方向斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于向斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%，以保证结构在两个方向具有大致相同的抗侧力的能力。以保证结构在两个方向具有大致相同的抗侧力的能力。应用应用：宜采用：十字交叉（宜采用：十字交叉（X X形）支撑、单斜杆支撑、人字形或形）支撑、单斜杆支撑、人字形或V V形支撑。十字交叉（形支撑。十字交叉（X X形）支撑、人字形或形）支撑、人字形或V V形支撑在抗震高层钢形支撑在抗震高层钢结构中最常应用。结构中最常应用。在抗震结构中，不得采用在抗震结构中，不得采用K K形支撑体系。形支撑体系。支撑斜杆宜采用双轴对称截面。通常，当楼房超过支撑斜杆宜采用双轴对称截面。通常，当楼房超过12层时，层时，宜采用轧制宜采用轧制H型钢，其两端与框架刚性连接；当楼房不超过型钢，其两端与框架刚性连接；当楼房不超过12层层时，可采用单轴对称截面时，可采用单轴对称截面(如双角钢组合的如双角钢组合的T形截面形截面)，但应采取，但应采取防止绕对称轴屈曲的构造措施。防止绕对称轴屈曲的构造措施。4.4.2 4.4.2 支撑斜杆截面选择支撑斜杆截面选择注：注：（1）设防烈度为）设防烈度为8、9度时，若支撑斜杆采用焊接工字形度时，若支撑斜杆采用焊接工字形截面，其翼缘与腹板的连接宜采用全熔透连续焊缝；截面，其翼缘与腹板的连接宜采用全熔透连续焊缝；（2）双角钢组合的）双角钢组合的T形截面，不宜用于设防烈度为形截面，不宜用于设防烈度为7度及度及以上的中心支撑。以上的中心支撑。计算原则计算原则：中心支撑斜杆可按两端铰接杆件计算，并应考虑施工：中心支撑斜杆可按两端铰接杆件计算，并应考虑施工过程逐层加载及各受力构件的变形对支撑内力的影响。过程逐层加载及各受力构件的变形对支撑内力的影响。注意注意：在多遇地震效应组合作用下，人字形支撑和：在多遇地震效应组合作用下，人字形支撑和V形支撑的斜形支撑的斜杆内力应乘以增大系数杆内力应乘以增大系数1.5，十字交叉支撑和单斜杆支撑的斜杆，十字交叉支撑和单斜杆支撑的斜杆内力应乘以增大系数内力应乘以增大系数1.3，以提高支撑斜杆的承载力，避免在大，以提高支撑斜杆的承载力，避免在大震时出现过大的塑性变形。震时出现过大的塑性变形。4.4.3 4.4.3 支撑杆件的内力支撑杆件的内力 在初步设计阶段，计算杆件所受内力时，可分别按在初步设计阶段，计算杆件所受内力时，可分别按式（式（4-5）和（和（4-64-7）计算附加剪力和附加压应力。附加剪力计算：计算附加剪力和附加压应力。附加剪力计算：1.2iiiiuVGh ihiGiu计算楼层的高度；计算楼层以上的全部重力；计算楼层的层间位移。十字交叉支撑斜杆：2322cbrbrbrbrbrcbrblAAhbhlAl hA人字形和V形支撑斜杆：2324cbrbrbrbrblAbhlIc斜杆端部连接固定后，该楼层以上各层增加的恒荷载和活荷载产生的柱压应力；brlbbIhbrAcAbA支撑斜杆长度；支撑所在跨梁的长度、绕水平主轴的惯性矩和楼层高度；计算楼层的支撑斜杆、支撑跨的柱和梁的截面面积。与支撑斜杆一起组成支撑系统的横梁、柱及其连接，应具与支撑斜杆一起组成支撑系统的横梁、柱及其连接，应具有承受支撑斜杆传来内力的能力；在计算人字形支撑体系中的有承受支撑斜杆传来内力的能力；在计算人字形支撑体系中的横梁截面时，尚应满足在不考虑支撑的支点作用情况下，按简横梁截面时，尚应满足在不考虑支撑的支点作用情况下，按简支梁跨中承受竖向集中荷载时的承载力要求。支梁跨中承受竖向集中荷载时的承载力要求。4.4.4 4.4.4 支撑杆件的承载力支撑杆件的承载力（1 1）组成支撑系统的横梁和柱）组成支撑系统的横梁和柱brbrANREf/n35.011 中心支撑的斜杆长细比限值 表4.4.6 支撑斜杆的板件宽厚比支撑斜杆的板件宽厚比 4.5 偏心支撑偏心支撑llpVM/6.1/0.3wAA1.6/l plaMV当时，当时，/0.3wAA1.150.5/1.6/wl plaAAMV /N VNVAwA耗能梁段承受的轴力和剪力设计值；耗能梁段轴力和剪力设计值的比值；耗能梁段的截面面积和腹板截面面积。yf/235/brREbrNfA,lcc comlbVMMV,pccc comlbMMMM,lcc comlbVNNV,pccc comlbMNNM ,c comM,c comN偏心支撑框架柱在竖向荷载和水平地震作用最不利组合下和弯矩设计值和轴力设计值 偏心支撑杆件内力增大系数，按表表4-10取值。表表4-10 偏心支撑杆件内力增大系数偏心支撑杆件内力增大系数 烈度烈度7度度8度度9度度支撑斜杆支撑斜杆1.41.41.5支撑横梁支撑横梁1.51.51.6支撑柱支撑柱1.51.51.64.6.1 钢板剪力墙的设计要点钢板剪力墙的设计要点（1）钢板剪力墙是用钢板或带加劲肋的钢板制成。）钢板剪力墙是用钢板或带加劲肋的钢板制成。（2）钢板剪力墙嵌置钢板剪力墙嵌置于钢框架的梁、柱框格于钢框架的梁、柱框格内内，如，如图。图。（3）钢）钢板剪力墙与钢板剪力墙与钢框架的连接构造，应能框架的连接构造，应能保证钢板剪力墙仅参与保证钢板剪力墙仅参与承担水平剪力，而不参承担水平剪力，而不参与承担重力荷载及柱压与承担重力荷载及柱压缩变形引起的压力。缩变形引起的压力。4.6 钢板剪力墙钢板剪力墙4.6.2 钢板剪力墙的承载力验算钢板剪力墙的承载力验算 钢板剪力墙的承载力验算，应根据无肋和有肋分别按进行其钢板剪力墙的承载力验算，应根据无肋和有肋分别按进行其强度和稳定性验算。强度和稳定性验算。4.6.3 楼层倾斜率计算楼层倾斜率计算 内藏钢板支内藏钢板支撑剪力墙是以钢撑剪力墙是以钢板为基本支撑，板为基本支撑，外包钢筋混凝土外包钢筋混凝土墙板所形成的预墙板所形成的预制装配式抗侧力制装配式抗侧力构件，如图。构件，如图。beGc 4.7 内藏钢板支撑剪力墙内藏钢板支撑剪力墙 采用钢板剪力墙的钢框架结构，其楼层倾斜率可按下式计算：采用钢板剪力墙的钢框架结构，其楼层倾斜率可按下式计算：（1）内藏钢板支撑剪力墙）内藏钢板支撑剪力墙仅在内藏钢板支撑的节点处与钢框架仅在内藏钢板支撑的节点处与钢框架相连，外包混凝土墙板周边与框架梁、柱间应留有间隙。相连，外包混凝土墙板周边与框架梁、柱间应留有间隙。以避免以避免强震时出现像一般现浇钢筋混凝土墙板那样在结构变形初期就发强震时出现像一般现浇钢筋混凝土墙板那样在结构变形初期就发生脆性破坏的不利情况，从而提高了墙板与钢框架同步工作的程生脆性破坏的不利情况，从而提高了墙板与钢框架同步工作的程度，增加了整体结构的延性，以吸收更多的地震能量。度，增加了整体结构的延性，以吸收更多的地震能量。（2）内藏钢板支撑依其）内藏钢板支撑依其与框架的连接方式与框架的连接方式，可做成中心支撑，可做成中心支撑，也可做成偏心支撑。在高烈度地区，宜采用偏心支撑。也可做成偏心支撑。在高烈度地区，宜采用偏心支撑。（3）内藏钢板）内藏钢板支撑的形式支撑的形式可采用可采用X形支撑、人字形支撑单斜杆形支撑、人字形支撑单斜杆支撑等。支撑等。（4）内藏钢板支撑剪力墙就其）内藏钢板支撑剪力墙就其受力特性受力特性而言，仍属钢支撑范畴，而言，仍属钢支撑范畴，所以其基本设计原则可参照普通钢支撑。所以其基本设计原则可参照普通钢支撑。（5）内藏钢板）内藏钢板支撑斜杆的截面形式支撑斜杆的截面形式一般为矩形板，其净截面面一般为矩形板，其净截面面积应根据所承受的剪力按强度条件确定（即无需考虑钢板支撑斜积应根据所承受的剪力按强度条件确定（即无需考虑钢板支撑斜杆的屈曲影响，因为钢板支撑斜杆外包了钢筋混凝土，它能有效杆的屈曲影响，因为钢板支撑斜杆外包了钢筋混凝土，它能有效地保证钢板支撑斜杆在屈服前不会屈曲）。地保证钢板支撑斜杆在屈服前不会屈曲）。cosfnAVbr V wwcldf1.0210.8/swEsKAmdEsEEwdm钢材弹性模量；钢、混凝土模量之比；墙板厚度；墙板有效宽度系数，单斜杆支撑为1.08，人字支撑及X支撑为1.77。210.1KK