钢框架结构设计课件

钢框架结构设计基本理论钢框架结构设计基本理论第一篇、钢框架的基本概念第一篇、钢框架的基本概念第二篇、钢框架的结构布置第二篇、钢框架的结构布置第三篇、荷载第三篇、荷载第四篇、框架结构的计算第四篇、框架结构的计算第五篇、钢构件设计第五篇、钢构件设计第六篇、钢框架节点设计第六篇、钢框架节点设计第七篇、组合楼盖布置与设计第七篇、组合楼盖布置与设计 钢框架结构设计基本理论第一篇、钢框架的基本概念钢框架结构设计基本理论第一篇、钢框架的基本概念1.1、框架结构、框架结构沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。一般在不超过一般在不超过30层时比较经济。层时比较经济。第一篇第一篇 钢框架的基本概念钢框架的基本概念1.1、框架结构沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧、框架结构沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧1.2、钢框架结构的特点、钢框架结构的特点优点：优点：l l1 1、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震的变形能力；的变形能力；的变形能力；的变形能力；l l2 2、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖向荷载和地震作用；向荷载和地震作用；向荷载和地震作用；向荷载和地震作用；l l3 3、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可增加建筑使用面积增加建筑使用面积增加建筑使用面积增加建筑使用面积2 24 4；l l4 4、施工周期短，建造速度快；、施工周期短，建造速度快；、施工周期短，建造速度快；、施工周期短，建造速度快；1.2、钢框架结构的特点、钢框架结构的特点框架体系的主要特点框架体系的主要特点5、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部分刚度较均匀，构造简单，易于施工；分刚度较均匀，构造简单，易于施工；6、侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应、侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应不可忽视；由于地震时侧向位移较大，引不可忽视；由于地震时侧向位移较大，引起非结构性构件的破坏。起非结构性构件的破坏。框架体系的主要特点框架体系的主要特点5、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部分、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部分1.1、钢框架结构的特点、钢框架结构的特点存在的问题：存在的问题：l l1 1、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。l l2 2、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免节点的开裂、支撑的压曲等震害。节点的开裂、支撑的压曲等震害。节点的开裂、支撑的压曲等震害。节点的开裂、支撑的压曲等震害。1.1、钢框架结构的特点存在的问题：、钢框架结构的特点存在的问题：1.2、钢框架结构体系的适用高度、钢框架结构体系的适用高度及建筑高宽比及建筑高宽比 1.2.1、“高钢规程高钢规程”的规定的规定1、适用高度、适用高度“高钢规定高钢规定”对非抗震设防和设防烈度为对非抗震设防和设防烈度为6度至度至9度的乙类和丙类高层建筑，按照所采用的结度的乙类和丙类高层建筑，按照所采用的结构类型和结构体系，规定了下表适用高度。构类型和结构体系，规定了下表适用高度。1.2、钢框架结构体系的适用高度、钢框架结构体系的适用高度及建筑高宽比及建筑高宽比 1.2.1、2、建筑高宽比限值、建筑高宽比限值2、建筑高宽比限值、建筑高宽比限值1.2.2、“抗震规范抗震规范”（GB 500112001）的规定）的规定1、适用高度、适用高度高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造于于类场地的钢结构，其高度应适当降低。类场地的钢结构，其高度应适当降低。1.2.2、“抗震规范抗震规范”（GB 500112001）的规定）的规定2、建筑高宽比限制、建筑高宽比限制2、建筑高宽比限制、建筑高宽比限制第二篇第二篇 钢框架的结构布置钢框架的结构布置 2.1 2.1、按照承重方案的不同划分为三种按照承重方案的不同划分为三种:横向承重横向承重 纵向承重纵向承重 纵横向双向承重纵横向双向承重第二篇第二篇 钢框架的结构布置钢框架的结构布置 2.1、按照承重方案的不同划分为、按照承重方案的不同划分为钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件2.2、柱网布置、柱网布置方形柱网和矩形柱网是多高层框架结构常方形柱网和矩形柱网是多高层框架结构常用的基本柱网，其柱距宜采用用的基本柱网，其柱距宜采用69m。当柱网确定后，梁格即可自然地按柱网分当柱网确定后，梁格即可自然地按柱网分格来布置。框架的主梁应按框架方向布置格来布置。框架的主梁应按框架方向布置于框架柱间并与柱刚接。于框架柱间并与柱刚接。一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁，一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁，其间距可为其间距可为34m。2.2、柱网布置方形柱网和矩形柱网是多高层框架结构常用的基本、柱网布置方形柱网和矩形柱网是多高层框架结构常用的基本柱网一般布置柱网一般布置柱网一般布置柱网一般布置第三篇第三篇 荷载荷载3.1、荷载分类：、荷载分类：竖向荷载竖向荷载l l按按按按建筑构件荷载规范建筑构件荷载规范建筑构件荷载规范建筑构件荷载规范(GB50009-2001)(GB50009-2001)有关有关有关有关条文取值。条文取值。条文取值。条文取值。风荷载风荷载地震作用地震作用第三篇第三篇 荷载荷载3.1、荷载分类：、荷载分类：3.1.1、风荷载风荷载体形系数风荷载体形系数基基本本风风压压，由由空空旷旷平平坦坦地地面面，离离地地10m统统计计的的重重现现期期为为50年年(或或100年年）的的10分钟平均最大风速计算所得。分钟平均最大风速计算所得。风压高度变化系数风压高度变化系数Z高度处的风振系数3.1.1、风荷载风荷载体形系数、风荷载风荷载体形系数基本风压，由空旷平坦地面基本风压，由空旷平坦地面3.1.2、地震作用、地震作用结构所承受的结构所承受的结构所承受的结构所承受的“地震力地震力地震力地震力”实际上是由于地震地面实际上是由于地震地面实际上是由于地震地面实际上是由于地震地面运动引起的动态作用，属于间接作用，称为运动引起的动态作用，属于间接作用，称为运动引起的动态作用，属于间接作用，称为运动引起的动态作用，属于间接作用，称为“地地地地震作用震作用震作用震作用”。“三水准三水准三水准三水准”设计原则：设计原则：设计原则：设计原则：小震不坏，中震可修，大震不倒。小震不坏，中震可修，大震不倒。小震不坏，中震可修，大震不倒。小震不坏，中震可修，大震不倒。“两阶段两阶段两阶段两阶段”设计方法：设计方法：设计方法：设计方法：第一阶段设计第一阶段设计第一阶段设计第一阶段设计多遇地震作用下的弹性分析，多遇地震作用下的弹性分析，多遇地震作用下的弹性分析，多遇地震作用下的弹性分析，主要验算构件的主要验算构件的主要验算构件的主要验算构件的承载力、稳定性承载力、稳定性承载力、稳定性承载力、稳定性及结构的及结构的及结构的及结构的层间位层间位层间位层间位移移移移 第二阶段设计第二阶段设计第二阶段设计第二阶段设计罕遇地震作用下的罕遇地震作用下的罕遇地震作用下的罕遇地震作用下的弹塑性变弹塑性变弹塑性变弹塑性变形验算形验算形验算形验算，主要验算结构的屈服机构、层间位移和，主要验算结构的屈服机构、层间位移和，主要验算结构的屈服机构、层间位移和，主要验算结构的屈服机构、层间位移和层间位移延性比。层间位移延性比。层间位移延性比。层间位移延性比。3.1.2、地震作用结构所承受的、地震作用结构所承受的“地震力地震力”实际上是由于地震地实际上是由于地震地3.2、荷载效应组合、荷载效应组合承载力极限状态的荷载效应组合分为承载力极限状态的荷载效应组合分为l l1、无地震作用时的荷载效应组合、无地震作用时的荷载效应组合l l2、有地震作用时的荷载效应组合、有地震作用时的荷载效应组合注：注：9度度设防烈度时，以及建筑高度设防烈度时，以及建筑高度H60m时，应考虑风荷载和地震作用的时，应考虑风荷载和地震作用的组合。组合。结构侧移验算时的荷载效应组合有结构侧移验算时的荷载效应组合有l l1、风荷载作用时：、风荷载作用时：S=SWkl l2、水平地震作用时：、水平地震作用时：S=SWhk3.2、荷载效应组合承载力极限状态的荷载效应组合分为、荷载效应组合承载力极限状态的荷载效应组合分为第四篇第四篇 框架结构的计算框架结构的计算第四篇第四篇 框架结构的计算框架结构的计算4.1、框架结构的受力特性及内力分布、框架结构的受力特性及内力分布柱脚轴向力产生的力偶是平衡倾覆力矩的柱脚轴向力产生的力偶是平衡倾覆力矩的主要部分主要部分 柱脚轴向力产生的平衡力矩柱脚轴向力产生的平衡力矩 远大于柱脚远大于柱脚弯矩之和弯矩之和 。框架梁的刚度越大，框架梁的刚度越大，值越大。当框架边值越大。当框架边柱之间的距离越大，或建筑物的高宽比越柱之间的距离越大，或建筑物的高宽比越小，柱脚轴力产生的平衡力矩越大，梁柱小，柱脚轴力产生的平衡力矩越大，梁柱内力也可有所减小。内力也可有所减小。4.1、框架结构的受力特性及内力分布柱脚轴向力产生的力偶是平、框架结构的受力特性及内力分布柱脚轴向力产生的力偶是平钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件梁柱内力自上而下逐层增加梁柱内力自上而下逐层增加框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的轴向压力自上而下逐层增加外，而框架梁和框架柱的剪力及弯矩自上而下基本上无显著变化。在水平荷载作用下，框架柱和框架梁的内力M、V、N的分布，不仅对柱是自上而下逐层增加，对框架梁也是如此，上小下大，而且第二层边跨的框架梁梁端内力常为最大。上述框架结构的内力分布规律，可作为构件截面估算参考，也可作为下部建筑有效层高有否影响的估计。梁柱内力自上而下逐层增加框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的梁柱内力自上而下逐层增加框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的4.2、框架结构的水平侧移、框架结构的水平侧移4.2.1、水平位移是由三方面原因产生的、水平位移是由三方面原因产生的4.2、框架结构的水平侧移、框架结构的水平侧移钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小 对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构成的水平变形曲线属剪切型。成的水平变形曲线属剪切型。由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大，由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大，最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部较小。较小。水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件 在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生较大的剪切变形（图较大的剪切变形（图较大的剪切变形（图较大的剪切变形（图1-171-17），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大10%10%至至至至20%20%（“高钢规程高钢规程高钢规程高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在规定，应计入其影响）；对内力的影响在规定，应计入其影响）；对内力的影响在规定，应计入其影响）；对内力的影响在10%10%以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将4.2.2、钢框架结构侧移要求、钢框架结构侧移要求框架结构在水平荷载作用下的变形由总体框架结构在水平荷载作用下的变形由总体剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。抗震规范抗震规范：多高层钢框架的弹性层间位移角限值：多高层钢框架的弹性层间位移角限值：（第一阶段抗震设计）（第一阶段抗震设计）1/300 高钢规高钢规：在风荷载作用下，顶层质心位置的侧在风荷载作用下，顶层质心位置的侧移不宜超过建筑高度的移不宜超过建筑高度的1/500，质心层，质心层间侧移不宜超过楼层高度的间侧移不宜超过楼层高度的1/400。4.2.2、钢框架结构侧移要求框架结构在水平荷载作用下的变形、钢框架结构侧移要求框架结构在水平荷载作用下的变形4.3、框架结构近似计算、框架结构近似计算框架结构计算简图框架结构计算简图将框架结构的空间形式将框架结构的空间形式,简化成平面形式简化成平面形式,如图如图4.3、框架结构近似计算框架结构计算简图、框架结构近似计算框架结构计算简图框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点表示；杆件长度用节点之间的距离表示；表示；杆件长度用节点之间的距离表示；计算跨度取框架之间轴线距离；计算跨度取框架之间轴线距离；柱的计算高度可以取层高，底层柱一般取柱的计算高度可以取层高，底层柱一般取到基础顶面的距离；到基础顶面的距离；跨度相差不超过跨度相差不超过10%时，按等跨计算内力时，按等跨计算内力;屋面斜梁坡度不超过屋面斜梁坡度不超过1/8时时,按水平梁计算按水平梁计算。框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点表示；杆件长度用节点之间框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点表示；杆件长度用节点之间1、分层法、分层法计算假定：计算假定：(1)(1)框架的侧移和侧移力矩忽略不计；框架的侧移和侧移力矩忽略不计；(2)(2)每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。计算要点：计算要点：除底层柱外，其它柱的侧移刚度乘以除底层柱外，其它柱的侧移刚度乘以0.9，传递系数为传递系数为1/3;适用条件：适用条件：分层法适用于节点梁柱线刚度比分层法适用于节点梁柱线刚度比1、分层法计算假定：、分层法计算假定：2、弯矩二次分配法、弯矩二次分配法是一种计算竖向荷载作用下框架结构内力是一种计算竖向荷载作用下框架结构内力的一种近似方法；的一种近似方法；假定节点的不平衡弯矩值对于该节点相交假定节点的不平衡弯矩值对于该节点相交的各杆件的远端有影响的各杆件的远端有影响,对其余各杆件的影对其余各杆件的影响忽略不计；响忽略不计；先对各节点的不平衡弯矩进行第一次分配先对各节点的不平衡弯矩进行第一次分配,并向远端传递并向远端传递(传递系数为传递系数为1/2)；在将传递弯矩产生的新的不平衡弯矩进行在将传递弯矩产生的新的不平衡弯矩进行第二次分配，整个弯矩分配和传递结束。第二次分配，整个弯矩分配和传递结束。2、弯矩二次分配法是一种计算竖向荷载作用下框架结构内力的一种、弯矩二次分配法是一种计算竖向荷载作用下框架结构内力的一种4.3.2、水平荷载作用下的近似计算、水平荷载作用下的近似计算钢框架结构在水平荷载作用下的内力钢框架结构在水平荷载作用下的内力计算有两种近似计算方法计算有两种近似计算方法:反弯点法反弯点法 修正反弯点法修正反弯点法(D值法值法)4.3.2、水平荷载作用下的近似计算钢框架结构在水平荷载作用、水平荷载作用下的近似计算钢框架结构在水平荷载作用1、反弯点法、反弯点法使用条件：使用条件：结构比较均匀结构比较均匀,层数不多层数不多,梁的线刚度梁的线刚度ib比比柱的线刚度柱的线刚度ic大较多时。大较多时。基本假定：基本假定：(1)在剪力分配时在剪力分配时,认为梁的线刚度与柱的线刚认为梁的线刚度与柱的线刚度之比为无限大度之比为无限大,两端无转角两端无转角;(2)确定各柱的反弯点位置时确定各柱的反弯点位置时,认为除底层外其认为除底层外其余各层柱上下两端的转角相同余各层柱上下两端的转角相同;(3)不考虑柱的轴向变形不考虑柱的轴向变形,同一层各节点的水平同一层各节点的水平位移相等。位移相等。1、反弯点法使用条件：、反弯点法使用条件：同层柱的剪力分配同层柱的剪力分配柱的侧移刚度柱的侧移刚度柱的侧移刚度柱的侧移刚度:第第第第i i层的总剪力层的总剪力层的总剪力层的总剪力:同层柱的剪力分配同层柱的剪力分配柱中反弯点的位置：柱中反弯点的位置：对于底层柱，反弯点的位置位于柱距柱底对于底层柱，反弯点的位置位于柱距柱底2/3h处。处。除底层柱外，其它柱反弯点的位置位于柱除底层柱外，其它柱反弯点的位置位于柱的中点；的中点；框架梁柱内力计算框架梁柱内力计算 柱的内力根据柱间剪力和反弯点的位置确柱的内力根据柱间剪力和反弯点的位置确定，梁端弯矩由平衡条件求出。定，梁端弯矩由平衡条件求出。(1)(1)柱端弯矩柱端弯矩柱端弯矩柱端弯矩:(2)(2)梁端弯矩梁端弯矩梁端弯矩梁端弯矩:(3)(3)梁端剪力：梁端剪力：梁端剪力：梁端剪力：(4)(4)柱的轴力：柱的轴力：柱的轴力：柱的轴力：柱中反弯点的位置：柱中反弯点的位置：2、改进反弯点法（、改进反弯点法（D值法）值法）两个方面的改进两个方面的改进 1、修正了框架柱的、修正了框架柱的抗剪刚度抗剪刚度在水平荷载作用下，框架不仅有侧移，且各在水平荷载作用下，框架不仅有侧移，且各节点都有转角。节点都有转角。2、调整了框架柱的、调整了框架柱的反弯点高度反弯点高度不再是定值，而是与柱的上下端的刚度有关，不再是定值，而是与柱的上下端的刚度有关，反弯点偏向刚度小的一端。反弯点偏向刚度小的一端。有了有了D值值和和反弯点反弯点的位置后，其他内容的计算和的位置后，其他内容的计算和“反弯点法反弯点法”完全相同。完全相同。2、改进反弯点法（、改进反弯点法（D值法）两个方面的改进值法）两个方面的改进4.4、结构的整体稳定、结构的整体稳定P效应效应 由由于于钢钢框框架架的的侧侧向向刚刚度度较较柔柔，在在风风荷荷载载或或水水平平地地震震作作用用下下将将产产生生较较大大的的水水平平位位移移，这这使使已已作作用用于于产产生生水水平平位位移移的的结结构构上上的的竖竖向向荷荷载载，对对该该结结构构的的各各构构件件产产生生附附加加内内力力，而而且且增增大大已已有有的的结结构构位位移移水水平平，因因而而降降低低结构的承载力和结构的整体稳定性。结构的承载力和结构的整体稳定性。按按反反映映二二阶阶效效应应的的方方法法验验算算结结构构的的整整体稳定。体稳定。4.4、结构的整体稳定、结构的整体稳定P 效应效应 由于钢框架的侧向刚由于钢框架的侧向刚第五篇第五篇 钢构件设计钢构件设计5.1、构件选型：、构件选型：5.2、钢构件设计：、钢构件设计：构件强度验算构件强度验算 构件稳定承载力验算构件稳定承载力验算第五篇第五篇 钢构件设计钢构件设计5.1、构件选型：、构件选型：1、框架柱的选取、框架柱的选取多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强弱轴方向宜按整个框架体系的刚度要求来弱轴方向宜按整个框架体系的刚度要求来确定。确定。框架柱截面可采用框架柱截面可采用H形、箱形、十字形、圆形、箱形、十字形、圆形等，见图。形等，见图。对于多层钢框架，柱轮廓外边尺寸不超过对于多层钢框架，柱轮廓外边尺寸不超过800mm。1、框架柱的选取多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强弱轴方向、框架柱的选取多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强弱轴方向常见的柱截面图常见的柱截面图大红大红274常见的柱截面图大红常见的柱截面图大红2742、梁的选取、梁的选取框框架架梁梁或或仅仅承承受受重重力力荷荷载载的的梁梁，其其受受力力状状态为单向受弯。态为单向受弯。通通常常采采用用双双轴轴对对称称的的轧轧制制或或焊焊接接H型型钢钢截截面面，对对跨跨度度较较大大或或受受荷荷较较大大，而而高高度度又又受受到到限限制制的的部部位位，可可采采用用抗抗弯弯和和抗抗扭扭性性能能较较好好的的箱形截面（双腹板梁）。箱形截面（双腹板梁）。2、梁的选取框架梁或仅承受重力荷载的梁，其受力状态为单向受弯、梁的选取框架梁或仅承受重力荷载的梁，其受力状态为单向受弯5.2、构件的计算、构件的计算梁的承载力计算梁的承载力计算梁的整体稳定梁的整体稳定框架柱的承载力计算框架柱的承载力计算框架柱的计算长度框架柱的计算长度5.2、构件的计算梁的承载力计算、构件的计算梁的承载力计算5.2.1、梁的承载力计算、梁的承载力计算梁的抗弯强度验算：梁的抗弯强度验算：梁的抗弯强度验算：梁的抗弯强度验算：抗剪承载力计算：抗剪承载力计算：抗剪承载力计算：抗剪承载力计算：框架梁端部腹板受切割削弱时，按下公式计算梁端框架梁端部腹板受切割削弱时，按下公式计算梁端框架梁端部腹板受切割削弱时，按下公式计算梁端框架梁端部腹板受切割削弱时，按下公式计算梁端部的抗剪强度：部的抗剪强度：部的抗剪强度：部的抗剪强度：5.2.1、梁的承载力计算梁的抗弯强度验算：、梁的承载力计算梁的抗弯强度验算：5.2.2、梁的整体稳定、梁的整体稳定梁的整体稳定性通常通过刚性铺板加以保梁的整体稳定性通常通过刚性铺板加以保证，使其不控制设计。证，使其不控制设计。铺板起阻止梁的失稳作用应满足的两个条铺板起阻止梁的失稳作用应满足的两个条件：件：l l一是铺板在自身平面内有相当大的刚度；一是铺板在自身平面内有相当大的刚度；一是铺板在自身平面内有相当大的刚度；一是铺板在自身平面内有相当大的刚度；l l二是铺板与梁有可靠的连接。二是铺板与梁有可靠的连接。二是铺板与梁有可靠的连接。二是铺板与梁有可靠的连接。当铺板不满足是刚性条当铺板不满足是刚性条件时，按右式计算梁的件时，按右式计算梁的稳定：稳定：5.2.2、梁的整体稳定梁的整体稳定性通常通过刚性铺板加以保、梁的整体稳定梁的整体稳定性通常通过刚性铺板加以保5.2.3、框架柱的承载力计算、框架柱的承载力计算框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向压力和框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向压力和弯矩的共同作用下，兼有梁和柱的特点，弯矩的共同作用下，兼有梁和柱的特点，以截面出现塑性铰作为压弯构件的极限承以截面出现塑性铰作为压弯构件的极限承载力。载力。承载力计算：承载力计算：5.2.3、框架柱的承载力计算框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向、框架柱的承载力计算框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向强轴平面内稳定：强轴平面内稳定：弱轴平面内稳定：弱轴平面内稳定：强轴平面内稳定：强轴平面内稳定：截面抗震验算截面抗震验算内力基本组合设计值内力基本组合设计值内力基本组合设计值内力基本组合设计值抗震承载力设计值抗震承载力设计值承载力调整系数承载力调整系数截面抗震验算内力基本组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数截面抗震验算内力基本组合设计值抗震承载力设计值承载力调整系数5.2.4、框架柱的计算长度、框架柱的计算长度设计框架柱时，多采用计算长度法，把框设计框架柱时，多采用计算长度法，把框架的稳定简化为柱的稳定来对待。架的稳定简化为柱的稳定来对待。对于纯框架结构，当没有支撑、剪力墙、对于纯框架结构，当没有支撑、剪力墙、电梯井筒等支撑结构，称为有侧移框架。电梯井筒等支撑结构，称为有侧移框架。有侧移的计算长度系数的电算近似公式：有侧移的计算长度系数的电算近似公式：K K1 1、K K2 2分别为柱上端、下端的梁线刚度和与柱线分别为柱上端、下端的梁线刚度和与柱线分别为柱上端、下端的梁线刚度和与柱线分别为柱上端、下端的梁线刚度和与柱线刚度和的比值。刚度和的比值。刚度和的比值。刚度和的比值。5.2.4、框架柱的计算长度设计框架柱时，多采用计算长度法，、框架柱的计算长度设计框架柱时，多采用计算长度法，5.3.1、柱的长细比限值、柱的长细比限值建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范(GB50011-2001)对对不超过不超过12层的钢框架柱的长细比作了如下层的钢框架柱的长细比作了如下规定：规定：68度时度时 9度时度时 5.3.1、柱的长细比限值建筑抗震设计规范、柱的长细比限值建筑抗震设计规范(GB50015.3.2、梁的板件宽厚比限制、梁的板件宽厚比限制不超过不超过不超过不超过1212层钢框架的梁板件的宽厚比限值层钢框架的梁板件的宽厚比限值层钢框架的梁板件的宽厚比限值层钢框架的梁板件的宽厚比限值 抗震设防烈度抗震设防烈度抗震设防烈度抗震设防烈度7 7度度度度8 8度度度度9 9度度度度工字形截面和箱形工字形截面和箱形工字形截面和箱形工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分截面翼缘外伸部分截面翼缘外伸部分截面翼缘外伸部分 111110109 9箱形截面翼缘在两箱形截面翼缘在两箱形截面翼缘在两箱形截面翼缘在两腹板间的部分腹板间的部分腹板间的部分腹板间的部分 363632323030工字形截面和箱形工字形截面和箱形工字形截面和箱形工字形截面和箱形截面腹板截面腹板截面腹板截面腹板 4040393935355.3.2、梁的板件宽厚比限制不超过、梁的板件宽厚比限制不超过12层钢框架的梁板件的宽层钢框架的梁板件的宽5.3.3、柱的板件宽厚比限值、柱的板件宽厚比限值不超过不超过不超过不超过1212层钢框架的柱板件的宽厚比限值层钢框架的柱板件的宽厚比限值层钢框架的柱板件的宽厚比限值层钢框架的柱板件的宽厚比限值 抗震设防烈度抗震设防烈度抗震设防烈度抗震设防烈度7 7度度度度8 8度度度度9 9度度度度工字形截面翼缘外伸部分工字形截面翼缘外伸部分工字形截面翼缘外伸部分工字形截面翼缘外伸部分131312121111箱形截面壁板箱形截面壁板箱形截面壁板箱形截面壁板404036363636工字形截面腹板工字形截面腹板工字形截面腹板工字形截面腹板525248484444注：以上两表数值适用于注：以上两表数值适用于注：以上两表数值适用于注：以上两表数值适用于Q235Q235，当材料为其它钢材，当材料为其它钢材，当材料为其它钢材，当材料为其它钢材 时，应乘以时，应乘以时，应乘以时，应乘以 5.3.3、柱的板件宽厚比限值不超过、柱的板件宽厚比限值不超过12层钢框架的柱板件的宽层钢框架的柱板件的宽第六篇第六篇 钢框架节点设计钢框架节点设计节点连接时保证钢结构安全的重要部位。节点连接时保证钢结构安全的重要部位。多高层钢结构节点的受力状况比较复杂，多高层钢结构节点的受力状况比较复杂，构造要求相当严格，故节点的设计至关重构造要求相当严格，故节点的设计至关重要。要。钢框架节点主要有：钢框架节点主要有：l l梁与柱的连接梁与柱的连接梁与柱的连接梁与柱的连接l l柱与柱的连接柱与柱的连接柱与柱的连接柱与柱的连接l l梁与梁的连接梁与梁的连接梁与梁的连接梁与梁的连接l l柱脚的设计柱脚的设计柱脚的设计柱脚的设计第六篇第六篇 钢框架节点设计节点连接时保证钢结构安全的重要钢框架节点设计节点连接时保证钢结构安全的重要6.1、概述、概述6.1.1、节点设计的基本原则、节点设计的基本原则1、节点受力应该力求简捷、明确；、节点受力应该力求简捷、明确；2、保证节点足够的强度，后于构件破坏；、保证节点足够的强度，后于构件破坏；3、节点连接应具有良好的延性，故设计中应、节点连接应具有良好的延性，故设计中应采用合理的细部构造，不宜采用约束度大的和采用合理的细部构造，不宜采用约束度大的和易产生层状撕裂的连接形式；易产生层状撕裂的连接形式；4、构件拼接一般按等强度原则；、构件拼接一般按等强度原则；5、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。6.1、概述、概述6.1.1、节点设计的基本原则、节点设计的基本原则6.1.2、连接形式、连接形式1、焊接：、焊接：l lA A、焊接材料应选取与母材机械性能匹配；、焊接材料应选取与母材机械性能匹配；、焊接材料应选取与母材机械性能匹配；、焊接材料应选取与母材机械性能匹配；l lB B、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀；、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀；、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀；、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀；l lC C、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准；、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准；、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准；、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准；l lD D、厚度过大的构件，施焊前应预热；、厚度过大的构件，施焊前应预热；、厚度过大的构件，施焊前应预热；、厚度过大的构件，施焊前应预热；l lE E、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。包括：包括：l l全熔透焊缝；全熔透焊缝；全熔透焊缝；全熔透焊缝；l l部分熔透焊缝；部分熔透焊缝；部分熔透焊缝；部分熔透焊缝；6.1.2、连接形式、连接形式1、焊接：、焊接：2、高强度螺栓连接、高强度螺栓连接3、栓焊混合连接、栓焊混合连接2、高强度螺栓连接、高强度螺栓连接6.2、梁与柱的连接、梁与柱的连接梁柱节点可分为：刚性连接、半刚性连接、梁柱节点可分为：刚性连接、半刚性连接、铰接连接。对于纯框架，宜采用刚性连接。铰接连接。对于纯框架，宜采用刚性连接。刚性连接：具有足够的刚度，能使所连接刚性连接：具有足够的刚度，能使所连接的构件间的夹角在达到承载能力之前，实的构件间的夹角在达到承载能力之前，实际不变的接头。际不变的接头。6.2、梁与柱的连接梁柱节点可分为：刚性连接、半刚性连接、铰、梁与柱的连接梁柱节点可分为：刚性连接、半刚性连接、铰梁柱的刚性连接梁柱的刚性连接梁柱刚性连接构造形式有：梁柱刚性连接构造形式有：1、全焊节点：梁的上下翼缘用坡口焊全熔、全焊节点：梁的上下翼缘用坡口焊全熔透焊缝，腹板用角焊缝与柱翼缘相连接。透焊缝，腹板用角焊缝与柱翼缘相连接。2、栓焊混合节点：仅在梁的上下翼缘用全、栓焊混合节点：仅在梁的上下翼缘用全熔透焊缝，腹板用高强螺栓与柱翼缘上的熔透焊缝，腹板用高强螺栓与柱翼缘上的剪力板相连。剪力板相连。3全栓接节点：梁翼缘与腹板借助全栓接节点：梁翼缘与腹板借助T形连接形连接件用高强螺栓与柱翼缘相连。件用高强螺栓与柱翼缘相连。梁柱的刚性连接梁柱刚性连接构造形式有：梁柱的刚性连接梁柱刚性连接构造形式有：在抗震设计的连接节点中，要求计算连接在抗震设计的连接节点中，要求计算连接的极限承载力，焊接和高强度螺栓连接的的极限承载力，焊接和高强度螺栓连接的极限承载力应满足下式要求：极限承载力应满足下式要求：（1 1）MMu u1.2M1.2Mp p（2 2）V Vu u1.3(2M1.3(2Mp p/L/Ln n)且且V Vu u0.58H0.58Hw wT Tw wF Fy y节点域的屈服承载力节点域的屈服承载力节点域的稳定性节点域的稳定性 在抗震设计的连接节点中，要求计算连接的极限承载力，焊接在抗震设计的连接节点中，要求计算连接的极限承载力，焊接各公式系数含义见各公式系数含义见抗震规范抗震规范强柱弱梁强柱弱梁各公式系数含义见抗震规范强柱弱梁各公式系数含义见抗震规范强柱弱梁6.2.1、全焊节点、全焊节点6.2.1、全焊节点、全焊节点6.2.2、全栓接节点、全栓接节点6.2.2、全栓接节点、全栓接节点6.2.3、栓焊混合节点、栓焊混合节点6.2.3、栓焊混合节点、栓焊混合节点6.2.4、十字形节点、十字形节点6.2.4、十字形节点、十字形节点6.2.6、梁柱节点板域补强、梁柱节点板域补强 6.2.6、梁柱节点板域补强、梁柱节点板域补强6.3、柱与柱的连接、柱与柱的连接6.3、柱与柱的连接、柱与柱的连接6.3.1、框架柱、框架柱最常见的工地最常见的工地拼接形式拼接形式6.3.1、框架柱最常见的工地拼接形式、框架柱最常见的工地拼接形式6.3.2、变截面柱的连接、变截面柱的连接6.3.2、变截面柱的连接、变截面柱的连接钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件6.3.4、关于实现强节点弱杆件的要求、关于实现强节点弱杆件的要求改进栓焊法中的焊接工艺。改进栓焊法中的焊接工艺。高钢规程对梁柱刚接做法的规定高钢规程对梁柱刚接做法的规定6.3.4、关于实现强节点弱杆件的要求改进栓焊法中的焊接工艺、关于实现强节点弱杆件的要求改进栓焊法中的焊接工艺削弱节点部位梁段的抗弯承载力削弱节点部位梁段的抗弯承载力RBS或或“狗骨式狗骨式”节点节点削弱节点部位梁段的抗弯承载力削弱节点部位梁段的抗弯承载力加强节点部位的抗弯承载力加强节点部位的抗弯承载力加强节点部位的抗弯承载力加强节点部位的抗弯承载力外移梁的工地连接节点位置及塑性铰位置外移梁的工地连接节点位置及塑性铰位置外移梁的工地连接节点位置及塑性铰位置外移梁的工地连接节点位置及塑性铰位置6.4.1、梁与梁的拼接、梁与梁的拼接6.4.1、梁与梁的拼接、梁与梁的拼接钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件6.4.2、主次梁的连接、主次梁的连接6.4.2、主次梁的连接、主次梁的连接钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件6.4.3、主梁的侧向隅撑、主梁的侧向隅撑6.4.3、主梁的侧向隅撑、主梁的侧向隅撑6.4.4、梁不等高时的加劲肋、梁不等高时的加劲肋6.4.4、梁不等高时的加劲肋、梁不等高时的加劲肋与柱正交梁高不等时的加劲肋与柱正交梁高不等时的加劲肋与柱正交梁高不等时的加劲肋与柱正交梁高不等时的加劲肋6.4.5、梁腹板开孔加强、梁腹板开孔加强6.4.5、梁腹板开孔加强、梁腹板开孔加强钢框架结构设计课件钢框架结构设计课件6.5、钢柱脚的设计、钢柱脚的设计柱脚的作用是将柱下端的轴力、弯矩和剪柱脚的作用是将柱下端的轴力、弯矩和剪力传给基础。力传给基础。抗震设计的柱脚，柱的下部在强震时为塑抗震设计的柱脚，柱的下部在强震时为塑性区段，在形成塑性铰之前，不允许柱脚性区段，在形成塑性铰之前，不允许柱脚先屈服。先屈服。柱脚分为：柱脚分为：l l埋入式埋入式埋入式埋入式l l外包式外包式外包式外包式l l外露式外露式外露式外露式6.5、钢柱脚的设计柱脚的作用是将柱下端的轴力、弯矩和剪力传、钢柱脚的设计柱脚的作用是将柱下端的轴力、弯矩和剪力传6.5.1、埋入式柱脚、埋入式柱脚6.5.1、埋入式柱脚、埋入式柱脚6.5.2、外包式柱脚、外包式柱脚6.5.2、外包式柱脚、外包式柱脚6.5.3外露外露式柱式柱脚脚6.5.3外露式柱脚外露式柱脚第七篇第七篇 楼盖布置与设计楼盖布置与设计7.1、概述：、概述：多高层结构中，楼盖结构的方案选择，要遵多高层结构中，楼盖结构的方案选择，要遵循满足建筑设计要求、较小自重以及便于施循满足建筑设计要求、较小自重以及便于施工等一般性原则，还要有足够的刚度。工等一般性原则，还要有足够的刚度。楼盖结构包括楼板和梁系，梁系通常由主梁楼盖结构包括楼板和梁系，梁系通常由主梁和次梁组成。和次梁组成。多高层钢结构中的楼板：多高层钢结构中的楼板：l l压型钢板组合楼板压型钢板组合楼板压型钢板组合楼板压型钢板组合楼板压型钢板作为混凝土的下压型钢板作为混凝土的下压型钢板作为混凝土的下压型钢板作为混凝土的下部钢筋与混凝土一起共同工作形成；部钢筋与混凝土一起共同工作形成；部钢筋与混凝土一起共同工作形成；部钢筋与混凝土一起共同工作形成；l l非组合楼板非组合楼板非组合楼板非组合楼板压型钢板仅用作永久性模板，不压型钢板仅用作永久性模板，不压型钢板仅用作永久性模板，不压型钢板仅用作永久性模板，不参与共同工作。参与共同工作。参与共同工作。参与共同工作。第七篇第七篇 楼盖布置与设计楼盖布置与设计7.1、概述：、概述：7.2、组合楼板的优点、组合楼板的优点施工速度快，不再采用支模施工，常不再支设施工速度快，不再采用支模施工，常不再支设临时竖向支柱，由压型钢板承担施工荷载。临时竖向支柱，由压型钢板承担施工荷载。便于铺设板内管线，并可在压型钢板凹槽内埋便于铺设板内管线，并可在压型钢板凹槽内埋置颠簸装修用的吊顶挂钩。置颠簸装修用的吊顶挂钩。用圆柱头焊钉穿透压型钢板焊接在钢梁上翼缘用圆柱头焊钉穿透压型钢板焊接在钢梁上翼缘后，使施工时对钢梁起侧向支承作用。后，使施工时对钢梁起侧向支承作用。在使用阶段压型钢板作为混凝土楼板的受拉钢在使用阶段压型钢板作为混凝土楼板的受拉钢筋，也提高了楼板的刚度。筋，也提高了楼板的刚度。采用圆形焊钉，传递压型钢板与混凝土叠合面采用圆形焊钉，传递压型钢板与混凝土叠合面之间的剪力。之间的剪力。7.2、组合楼板的优点施工速度快，不再采用支模施工，常不再支、组合楼板的优点施工速度快，不再采用支模施工，常不再支组合楼盖图组合楼盖图大篮大篮p404组合楼盖图大篮组合楼盖图大篮p4047.3、压型钢板、压型钢板压型钢板钢材强度设计值（压型钢板钢材强度设计值（压型钢板钢材强度设计值（压型钢板钢材强度设计值（N/mmN/mm2 2）：）：）：）：碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢碳素结构钢受力类型受力类型受力类型受力类型符号符号符号符号钢材牌号钢材牌号钢材牌号钢材牌号Q215Q215Q235Q235抗拉、抗压、抗弯抗拉、抗压、抗弯抗拉、抗压、抗弯抗拉、抗压、抗弯f f190190205205抗剪抗剪抗剪抗剪f fv v110110120120弹性模量弹性模量弹性模量弹性模量E E2060002060007.3、压型钢板压型钢板钢材强度设计值（、压型钢板压型钢板钢材强度设计值（N/mm2）：碳素）：碳素压型钢板的板型及截面计算参数均可在相关的压型钢板的板型及截面计算参数均可在相关的手册中查得，手册中查得，用于组合楼板的压型钢板厚度不应小于用于组合楼板的压型钢板厚度不应小于0.75mm，用于非组合楼板时，其厚度不小于，用于非组合楼板时，其厚度不小于0.5mm。浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于浇注混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm，当在槽内设置栓钉等时，压型钢板的总高度当在槽内设置栓钉等时，压型钢板的总高度不应大于不应大于80mm。压型钢板的板型及截面计算参数均可在相关的手册中查得，压型钢板的板型及截面计算参数均可在相关的手册中查得，常常见见压压型型钢钢板板常见压型钢板常见压型钢板栓栓 钉钉钢钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程混凝土组合楼盖结构设计与施工规程规定了栓钉的力学性能与抗拉强度设计值如下：规定了栓钉的力学性能与抗拉强度设计值如下：（N/mm2）l l屈服强度：屈服强度：屈服强度：屈服强度：235345235345l l抗拉强度：抗拉强度：抗拉强度：抗拉强度：402549402549l l抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：抗拉强度设计值：200200栓钉受剪承载力设计值的计算公式如下：栓钉受剪承载力设计值的计算公式如下：栓栓 钉钢钉钢-混凝土组合楼盖结构设计与施工规程规定了栓钉混凝土组合楼盖结构设计与施工规程规定了栓钉7.4、组合楼盖的设计、组合楼盖的设计施工阶段验算施工阶段验算对压型钢板进行强度和变形阶段验算。对压型钢板进行强度和变形阶段验算。作用荷载：作用荷载：恒载：压型钢板、钢筋和混凝土自重恒载：压型钢板、钢筋和混凝土自重 可变荷载：施工荷载和附加荷载。可变荷载：施工荷载和附加荷载。若验算不满足要求，可加临时支撑已减小板若验算不满足要求，可加临时支撑已减小板跨加以验算跨加以验算7.4、组合楼盖的设计施工阶段验算、组合楼盖的设计施工阶段验算使用阶段验算使用阶段验算A、组合板正截面抗弯承载力验算、组合板正截面抗弯承载力验算B、组合板抗冲剪承载力验算、组合板抗冲剪承载力验算C、组合板斜截面抗剪承载力验算、组合板斜截面抗剪承载力验算使用阶段验算使用阶段验算7.5、组合梁的设计、组合梁的设计7.5、组合梁的设计、组合梁的设计组合梁计算内容：组合梁计算内容：1、施工阶段、施工阶段钢梁的受弯及受剪承载力计算钢梁的受弯及受剪承载力计算钢梁的挠度验算钢梁的挠度验算2、使用阶段、使用阶段组合梁的受弯计算组合梁的受弯计算组合梁的受剪计算组合梁的受剪计算抗剪栓钉的数量计算抗剪栓钉的数量计算钢梁翼缘与混凝土翼板的纵向界面受剪钢梁翼缘与混凝土翼板的纵向界面受剪承载力计算承载力计算挠度验算挠度验算参见参见高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程组合梁计算内容：参见高层民用建筑钢结构技术规程组合梁计算内容：参见高层民用建筑钢结构技术规程