高層建筑鋼結構-第五章構件的設計課件

1、5 構件設計 5.1荷載效應組合及設計要求 5.2 鋼梁的設計特點 5.3 鋼柱的設計特點 5.4 中心支撐桿件 5.5 偏心支撐桿件 5.6 其它抗側力構件彈性階段整體分析，計算構件內力驗算構件承載力和穩(wěn)定性驗算層間變形和頂層變形節(jié)點的計算與設計彈塑性階段結構極限變形的驗算層間側移延性比的驗算舒適度的驗算5.1 荷載效應組合及設計要求無地震作用時的組合1) 荷載效應組合有地震作用時的組合式中：S結構構件內力組合的設計值，包括組合的彎矩、軸力和剪力設計值； G重力荷載分項系數(shù)，一般情況采用1.2，當重力荷載效應對構件承載能力有利時，不應大于1.0； Q1、Q2、w分別為樓面活荷載、雪荷載和風荷

2、載等荷載分項系數(shù)，一般取1.4； Eh、Ev水平、豎向地震作用分項系數(shù)，當僅計及單向地震作用時，取1.3，當同時計算水平和豎向地震作用時，Eh1.3(0.5)，Ev0.5(1.3)； SGk、SQ1k、SQ2k、Swk分別為由永久荷載、樓面活荷載、屋面雪荷載和風荷載等的標準值引起的構件內的荷載效應；式中：SGE由重力荷載代表值引起的效應，有吊車時，應包括懸吊物重力標準值的效應。重力荷載代表值按建筑抗震設計規(guī)范(GB50011-2010)的5.1.3條取用； SEhk、SEvk分別為水平或豎向地震作用標準值引起的效應，尚應乘以相應的增大系數(shù)或調整系數(shù)； w風荷載組合系數(shù)，無地震作用的組合中取1.

3、0；有地震作用的組合中取0.2。當驗算結構的變形時，所有荷載分項系數(shù)均取1.0。重力荷載作用下梁的撓度限值 主梁l/400, 次梁l/250風荷載下的位移限值 頂點質心側移H/500； 層間質心側移hi/400； 結構平面端部構件最大側移不得超過質心側移的1.2倍。第一階段抗震驗算的最大層間質心側移限值hi/300，結構平面端部構件最大側移，不得超過質心側移的1.3倍。 其它“鋼混凝土”混合結構的限值見GB50011-2001的5.5.1條。3) 正常使用極限狀態(tài)驗算舒適度（風振加速度）限值 建筑物頂部最大加速度a限值為 公寓建筑a0.20m/s2 公共建筑a0.28m/s25.2 鋼梁的設計

4、特點(beams)1) 梁的強度 非抗震驗算：抗彎強度 抗剪強度 梁端尚應驗算 抗震驗算：上公式的設計強度應該除以抗震調整系數(shù)RE 。塑性發(fā)展系數(shù)2) 梁的整體穩(wěn)定抗震驗算要考慮抗震調整系數(shù)。當梁端僅以腹板與柱(主梁)連接時，整體穩(wěn)定系數(shù)上應乘以0.85的降低系數(shù)。當為組合樓蓋，或現(xiàn)澆鋼筋混凝土板與鋼梁翼緣有可靠連接時，可不驗算鋼梁的整體穩(wěn)定性?？拐饏^(qū)側向支撐的設置目的保證梁上塑性鉸能充分塑性轉動而不發(fā)生整體失穩(wěn)。位置兩端可能出現(xiàn)塑性鉸處； 梁的上下翼緣均應設置； 相鄰側向支撐點間的側向長細比應符合鋼規(guī)塑性 設計的有關規(guī)定，且滿足下表。鋼梁的容許側向長細比側向支承點間的構件長細比 應力比值框架

5、梁的板件寬厚比限值鋼結構房屋抗震等級的規(guī)定5.3 鋼柱的設計特點(columns)（梁，柱，中心支撐，偏心支撐，剪力墻板） 軸壓柱 框架柱 截面形式 強度、整體穩(wěn)定計算 局部穩(wěn)定計算 剛度計算，長細比 強柱弱梁要求，節(jié)點域兩個工字鋼組成的十字形截面也有大量應用圓管截面多用于鋼管混凝土柱1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定使用凈截面面積1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定使用毛截面面積計算穩(wěn)定系數(shù)時，厚板多為c、d類1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算局部穩(wěn)定1) 軸壓柱截面形式強度驗算穩(wěn)定驗算剛度驗算由長細比控制長細比不宜大于120，一般40-60局部穩(wěn)

6、定工字形截面箱形截面2) 框架柱（壓彎柱 beam-columns）承載力驗算強度驗算穩(wěn)定驗算抗震驗算時除RE彎矩作用平面內：彎矩作用平面外： 計算長度計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型a）材料彈性b）只在節(jié)點承受豎向荷載c）所有柱子同時失穩(wěn)d）柱子失穩(wěn)時，相交于同一節(jié)點的橫梁對柱提供約束彎矩，按柱線剛度之比分配給柱，只考慮與該柱相連的橫梁e）無側移失穩(wěn)，橫梁兩端轉角大小相等方向相反；有側移失穩(wěn)，橫梁兩端轉角大小相等方向相同1212計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型關于梁柱線剛度比K

7、1和K2計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型無支撐框架：底層柱柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時 計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型強支撐框架：柱腳剛性嵌固時柱腳鉸接時 第i層框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型弱支撐框架：第i層框架柱用無側移框架和有側移框架柱計算長度系數(shù)算得的軸壓桿穩(wěn)定承載力之和。按無側移框架柱按有側移框架柱計算長度系數(shù)軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)計算長度的確定方法：基本假定穩(wěn)定方程進行簡化表格公式確定模型確定柱計算長度系數(shù)的方法小結： 確定框架類型

8、計算梁柱截面參數(shù) 求梁柱線剛度比 查表或簡化公式 鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003)高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程(JGJ99-98)柱在框架平面外的計算長度：與平面內計算方法相同 確定框架類型 計算梁柱截面參數(shù) 求梁柱線剛度比 查表或簡化公式 有側移雙層框架 圖中數(shù)字為橫梁或柱子的線剛度 分析各柱在框架平面內計算長度系數(shù) HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010線剛度例1柱C1,C3: 柱C2： 柱C4,C6： 柱C5： HHLLC1C2C3C5C6C4662424841010無支撐純框架 1.0 柱腳剛接 1.0-2.0 柱腳鉸接 2.0 有支撐框架柱 1.0 圖示鉸接

9、柱腳的雙跨等截面柱框架 確定邊柱和中柱在框架平面內的計算長度L=12mL=12mH=8m16*35010*80010*36012*30010*46016*300例2查有側移框架計算長度系數(shù)的規(guī)范表格：橫梁線剛度與邊柱線剛度比值橫梁邊柱中柱 用近似公式計算兩個橫梁線剛度之和與中柱線剛度比值：兩種方法計算結果一致近似公式 基礎鉸接的雙跨框架 已知：一階分析的軸壓力，彎矩，水平力， 框架平面外有足夠支撐不發(fā)生彎扭屈曲， 鋼材為Q235，截面與例2同。 確定柱的承載力例3P2PPP2PP0.2P0.384PKN.M0.048P0.104P0.048P0.416PKN.M0.416PKN.M0.348P

10、KN.M0.348PKN.M0.832PKN.M0.384PKN.M解: (1)先計算邊柱的承載力邊柱的截面特性：彎矩作用平面內的穩(wěn)定承載力:長細比按b類截面查按穩(wěn)定確定邊柱承載力對于有側移框架，等效彎矩系數(shù)按強度確定邊柱的承載力（2）再計算中柱的承載能力 中柱的截面特征：按彎矩作用平面內的穩(wěn)定來承載能力長細比仍按b類截面查表按強度確定邊柱的承載能力由由經(jīng)比較可知，P之最小值為381.8KN，是由中柱的穩(wěn)定承載力決定的。式中：Wpc、Wpb分別為節(jié)點處柱和梁的截面塑性模量；N為柱軸向壓力設計值；Ac為柱截面面積；為超強系數(shù)，一級1.15、二級1.10、三級1.05A.當柱所在樓層的受剪承載力比

11、相鄰上一層的受剪承載力高出25；B.柱軸向力設計值與柱全截面面積和鋼材抗壓強度設計值乘積的比值不超過0.4；C.作為軸心受壓構件在2倍地震力的組合下穩(wěn)定性得到保證時；D.與支撐相連接的節(jié)點。3) 抗震時，純框架的強柱弱梁要求可不按上式驗算4) 柱的構造要求框架柱的長細比限值為 一、二、三、四抗震等級時，長細比限值為60、80、100、120Q235鋼，其它應乘以框架柱板件的寬厚比限值：5.4 中心支撐桿件支撐桿承載力驗算（按小震壓桿設計，保證彈性承載力）式中：N設計內力。 循環(huán)荷載下的強度降低系數(shù)。 正則化長細比。長細比限值（我國） 120 一、二、三級不得采用拉桿設計，四級采用拉桿設計時，長

12、細比限值為180Q235鋼，其它應乘以支撐板件寬厚比限值適用于Q235鋼，其它鋼號應乘以 (工形、箱形)或 (圓管)桿件兩個方向長細比均應滿足此表可以發(fā)現(xiàn)支撐板件寬厚比限值比柱子還要嚴格，原因？5.5 偏心支撐桿件1) 支撐桿的承載力驗算式中：N支撐斜桿軸力設計值，取與支撐斜桿相連的消能梁段達到受剪承載力時支撐斜桿軸力； 軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)，查鋼結構規(guī)范附錄C；內力增大系數(shù) 一級不應小于1.4 二級不應小于1.3 三級不應小于1.2如此規(guī)定支撐內力設計值的原因是什么？2) 偏心支撐的構造要求長細比板件寬厚比可以發(fā)現(xiàn)偏心支撐板件寬厚比限值比很寬松，原因？3) 偏心支撐框架梁的構造要求在消能梁段上要配置中間加勁肋；在梁上與支撐翼緣對應的位置上應設置支承加勁肋；消能梁段中間加勁肋的配置要求消能梁段端部側向支撐的布置偏心支撐框架結構的框架部分可與純框架結構的抗震構造要求一致。當房屋高度不高于100m，且框架部分按計算分配的地震作用不大于結構底部總地震剪力的25%時，一、二、三級的抗震構造措施可按框架結構降低一級的相應要求采用。（本條對于中心支撐框架同樣適用）4) 框架部分的抗震構造要求5.6 其它抗側力構件1) 剪力墻板非抗震設防及6度設防，可不設肋，考慮屈曲后強度7度及7度以上抗震設防，設肋2) 內藏鋼板支撐剪力墻以鋼板為基本支撐，外包混凝土墻板的預制裝配式抗側力構件在