? 采用圆形焊钉容器

　　钢框架结构设计 100页PPT文档_幼儿读物_幼儿教育_教育专区。钢框架结构设计基本理论 ? 篇、钢框架的基本概念 ? 第二篇、钢框架的结构布置 ? 第三篇、荷载 ? 第四篇、框架结构的计算 ? 第五篇、钢构件设计 ? 第六篇、钢框架节点设计 ? 第七篇、组合楼

　　钢框架结构设计基本理论 ? 篇、钢框架的基本概念 ? 第二篇、钢框架的结构布置 ? 第三篇、荷载 ? 第四篇、框架结构的计算 ? 第五篇、钢构件设计 ? 第六篇、钢框架节点设计 ? 第七篇、组合楼盖布置与设计 篇 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 载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。 ? 一般在不超过30层时比较经济。 ? 1.2、钢框架结构的特点 ? 优点： ? 1、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 的变形能力； ? 2、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； ? 3、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可 增加建筑使用面积2～4％； ? 4、施工周期短，建造速度快； 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 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。 1.1、钢框架结构的特点 ? 存在的问题： ? 1、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。 ? 2、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 节点的开裂、支撑的压曲等震害。 1.2、钢框架结构体系的适用高度 及建筑高宽比 1.2.1、“高钢规程”的规定 1、适用高度 “高钢规定”对非抗震设防和设防烈度为6度至 9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。 2、建筑高宽比限值 1.2.2、“抗震规范”（GB 50011－ 2019）的规定 1、适用高度 高层民用建筑钢结构各种类型的适用高度 应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地的钢结构，其高度应适当降低。 2、建筑高宽比限制 第二篇 钢框架的结构布置 2.1、按照承重方案的不同划分为三种: 横向承重 纵向承重 纵横向双向承重 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，其柱距宜采用6～9m。 ? 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 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， 其间距可为3～4m。 柱网一般布置 第三篇 荷载 ? 3.1、荷载分类： ? 竖向荷载 ? 按《建筑构件荷载规范》(GB50009-2019)有 关条文取值。 ? 风荷载 ? 地震作用 3.1.1、风荷载 W??Z?s?ZW0 W0 ? v2 1600 ——基本风压，由空旷平坦地面，离 地10m统计的重现期为50年(或100年） 的10分钟平均风速计算所得。 ? Z ——Z高度处的风振系数 ? s ? 风荷载体形系数 ?Z ? 风压高度变化系数 3.1.2、地震作用 ? 结构所承受的“地震力”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“地 震作用” 。 ? “三水准”设计原则： 小震不坏，中震可修，大震不倒。 ? “两阶段”设计方法： 阶段设计——多遇地震作用下的弹性分析， 主要验算构件的承载力、稳定性及结构的层间位 移 第二阶段设计——罕遇地震作用下的弹塑性变 形验算，主要验算结构的屈服机构、层间位移和 层间位移延性比。 3.2、荷载效应组合 ? 承载力极限状态的荷载效应组合分为 ? 1、无地震作用时的荷载效应组合 ? 2、有地震作用时的荷载效应组合 注：9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 组合。 ? 结构侧移验算时的荷载效应组合有 ? 1、风荷载作用时： S=SWk ? 2、水平地震作用时： S=SWhk 第四篇 框架结构的计算 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衡倾覆力矩的 主要部分 ? ? M 0 V? N ia i? M i 柱脚轴向力产生的平衡力矩?Niai 远大于柱 脚弯矩之和?Mi 。 框架梁的刚度越大，?Niai 值越大。当框架边 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 内力也可有所减小。 ?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。 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。 4.2、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 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 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， 的层间位移常位于底层或下部几层，顶部 较小。 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1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在10% 以内（可不计其影响）。 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由总体 剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。 《抗震规范》： ? 多高层钢框架的弹性层间位移角限值： （阶段抗震设计） 1/300 《高钢规》： ? 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1/500，质心层 间侧移不宜超过楼层高度的1/。 4.3、框架结构近似计算 ? 框架结构计算简图 将框架结构的空间形式,简化成平面形式,如图 ? 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； ? 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 到基础顶面的距离； ? 跨度相差不超过10%时，按等跨计算内力; ? 屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算。 1、分层法 ? 计算假定： (1) 框架的侧移和侧移力矩忽略不计； (2) 每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。 ? 计算要点： 除底层柱外，其它柱的侧移刚度乘以0.9， 传递系数为1/3; ? 适用条件： 分层法适用于节点梁柱线刚度比 ?ib/?ic?3 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 的一种近似方法； ? 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,对其余各杆件的影 响忽略不计； ? 先对各节点的不平衡弯矩进行次分配, 并向远端传递(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 第二次分配，整个弯矩分配和传递结束。 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下的内力 计算有两种近似计算方法: ·反弯点法 ·修正反弯点法(D值法) 1、反弯点法 ? 使用条件： 结构比较均匀,层数不多, 柱的线刚度ic大较多时。 梁的线刚度ib比 ? 基本假定： (1)在剪力分配时, 认为梁的线刚度与柱的线 刚度之比为无限大,两端无转角; (2) 确定各柱的反弯点位置时,认为除底层外 其余各层柱上下两端的转角相同; (3) 不考虑柱的轴向变形,同一层各节点的水 平位移相等。 同层柱的剪力分配 柱的侧移刚度: 第i层的总剪力: Vik ?dik?i d ik ? 12 ic h2 m ? Vik ? Vi k ?1 ?i ? 1 m Vi ? d ik k ?1 V ik ? d ik m Vi ? d ik k ?1 ? 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 2/3h处。 除底层柱外，其它柱反弯点的位置位于柱 的中点； ? 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 定，梁端弯矩由平衡条件求出。 (1)柱端弯矩: (2)梁端弯矩: (3) 梁端剪力： (4) 柱的轴力： 2、改进反弯点法（D值法） ? 两个方面的改进 1、修正了框架柱的抗剪刚度 在水平荷载作用下，框架不仅有侧移，且各 节点都有转角。 2、调整了框架柱的反弯点高度 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。 ? 有了D值和反弯点的位置后，其他内容的计算和 “反弯点法”完全相同。 4.4、结构的整体稳定P－△效应 ? 由于钢框架的侧向刚度较柔，在风荷载 或水平地震作用下将产生较大的水平位移， 这使已作用于产生水平位移的结构上的竖 向荷载，对该结构的各构件产生附加内力， 而且增大已有的结构位移水平，因而降低 结构的承载力和结构的整体稳定性。 按反映二阶效应的方法验算结构的整 体稳定。 第五篇 钢构件设计 ? 5.1、构件选型： ? 5.2、钢构件设计： 构件强度验算 构件稳定承载力验算 1、框架柱的选取 ? 多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强 弱轴方向宜按整个框架体系的刚度要求来 确定。 ? 框架柱截面可采用H形、箱形、十字形、圆 形等，见图。 ? 对于多层钢框架，柱轮廓外边尺寸不超过 800mm。 常见的柱截面图 ? 大红274 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。 ? 通常采用双轴对称的轧制或焊接H型钢截面， 对跨度较大或受荷较大，而高度又受到限 制的部位，可采用抗弯和抗扭性能较好的 箱形截面（双腹板梁）。 5.2、构件的计算 ? 梁的承载力计算 ? 梁的整体稳定 ? 框架柱的承载力计算 ? 框架柱的计算长度 5.2.1、梁的承载力计算 ? ? 梁的抗弯强度验算： ? Mx ?f ? xWnx ? 抗剪承载力计算： ? ? VS It w ? fv ? 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： ??V/Awn?fv 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 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 件： ? 一是铺板在自身平面内有相当大的刚度； ? 二是铺板与梁有可靠的连接。 ? 当铺板不满足是刚性条 件时，按右式计算梁的 稳定： Mx ? f ? bW x 5.2.3、框架柱的承载力计算 ? 框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向压力和 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 载力。 ? 承载力计算： N? Mx ? My ?f An ?xWnx ?yWny ? 强轴平面内稳定： ?N xA??xW 1x(?1m ?M 0 x.8 xN N E)x????btyW M y1yy ?f ? 弱轴平面内稳定： ?N yA??yW 1y(?1m ?M y0.8 y NN Ey)????btxW xM 1xx ?f 截面抗震验算 S?R?RE 内力基本组合设计值 承载力调整系数 抗震承载力设计值 ???非 抗抗 震震 S ??R0S/??RRE 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，把框 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、 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： ?? 1.6?4?K1?K2??7.5K1K2 K1?K2?7.5K1K2 K1、K2分别为柱上端、下端的梁线、柱的长细比限值 ? 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2019)对 不超过12层的钢框架柱的长细比作了如下 规定： 6～8度时 ??120235fay 9度时 ??100235fay 5.3.2、梁的板件宽厚比限制 ? 不超过12层钢框架的梁板件的宽厚比限值 抗震设防烈度 7度 8度 9度 工字形截面和箱形 11 10 9 截面翼缘外伸部分 箱形截面翼缘在两 36 32 30 腹板间的部分 工字形截面和箱形 截面腹板 Nb Af?0.3785~12N0b Af80~11N0b Af70~10N0b Af Nb Af?0.37 40 39 35 5.3.3、柱的板件宽厚比限值 ? 不超过12层钢框架的柱板件的宽厚比限值 抗震设防烈度 7度 8度 9度 工字形截面翼缘外伸部分 13 12 11 箱形截面壁板 40 36 36 工字形截面腹板 52 48 44 ? 注：以上两表数值适用于Q235，当材料为其它钢材 时，应乘以 235 fay 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部位。 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 要。 ? 钢框架节点主要有： ? 梁与柱的连接 ? 柱与柱的连接 ? 梁与梁的连接 ? 柱脚的设计 6.1、概述 ? 6.1.1、节点设计的基本原则 ? 1、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； ? 3、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 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； ? 5、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。 6.1.2、连接形式 ? 1、焊接： ? A、焊接材料应选取与母材机械性能匹配； ? B、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀； ? C、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准； ? D、厚度过大的构件，施焊前应预热； ? E、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。 ? 包括： ? 全熔透焊缝； ? 部分熔透焊缝； ? 2、高强度螺栓连接 ? 3、栓焊混合连接 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 的构件间的夹角在达到承载能力之前，实 际不变的接头。 梁柱的刚性连接 ? 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 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 熔透焊缝，腹板用高强螺栓与柱翼缘上的 剪力板相连。 ? 3全栓接节点：梁翼缘与腹板借助T形连接 件用高强螺栓与柱翼缘相连。 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 极限承载力应满足下式要求： （1）Mu≥1.2Mp （2）Vu≥1.3(2Mp/Ln)且Vu≥0.58HwTwFy ? 节点域的屈服承载力 ? 节点域的稳定性 ? 强柱弱梁 各公式系数含义见《抗震规范》 6.2.1、全焊节点 6.2.2、全栓接节点 6.2.3、栓焊混合节点 6.2.4、十字形节点 6.2.6、梁柱节点板域补强 6.3、柱与柱的连接 6.3.1、框架柱 常见的工地 拼接形式 6.3.2、变截面柱的连接 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。 高钢规程对梁柱刚接做法的规定 ? 削弱节点部位梁段的抗弯承载力 RBS或“狗骨式”节点 ? 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 6.4.1、梁与梁的拼接 6.4.2、主次梁的连接 6.4.3、主梁的侧向隅撑 6.4.4、梁不等高时的加劲肋 与柱正交梁高不等时的加劲肋 6.4.5、梁腹板开孔加强 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 力传给基础。 ? 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 先屈服。 ? 柱脚分为： ? 埋入式 ? 外包式 ? 外露式 6.5.1、埋入式柱脚 6.5.2、外包式柱脚 6.5.3 外露 式柱 脚 第七篇 楼盖布置与设计 ? 7.1、概述： ? 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 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 和次梁组成。 ? 多高层钢结构中的楼板： ? 压型钢板组合楼板——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； ? 非组合楼板——压型钢板仅用作性模板，不 参与共同工作。 7.2、组合楼板的优点 ? 施工速度快，不再采用支模施工，常不再支设 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 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 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 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 之间的剪力。 组合楼盖图 ? 大篮p404 7.3、压型钢板 ? 压型钢板钢材强度设计值（N/mm2）：《碳素结构钢》 受力类型 符号 抗拉、抗压、抗弯 f 钢材牌号 Q215 Q235 190 205 抗剪 弹性模量 fv 110 120 E 206000 ? 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， ? 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 0.5mm。 ? 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 不应大于80mm。 常 见 压 型 钢 板 栓钉 ? 《钢-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： （N/mm2） ? 屈服强度：235~345 ? 抗拉强度：402~549 ? 抗拉强度设计值：200 ? 栓钉受剪承载力设计值的计算公式如下： ? N V C?0 .4A 3 st E cfc?0 .7A stf 7.4、组合楼盖的设计 ? 施工阶段验算 对压型钢板进行强度和变形阶段验算。 作用荷载： 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。 若验算不满足要求，可加临时支撑已减小板 跨加以验算 ? 使用阶段验算 A、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 C、组合板斜截面抗剪承载力验算 7.5、组合梁的设计 组合梁计算内容： 1、施工阶段 钢梁的受弯及受剪承载力计算 钢梁的挠度验算 2、使用阶段 组合梁的受弯计算 组合梁的受剪计算 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 承载力计算 挠度验算 参见《高层民用建筑钢结构技术规程》 谢谢！ 100
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