多层钢框架结构设计.ppt

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1、多层钢框架结构设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系提纲提纲1.1.多层钢框架的多层钢框架的结构体系结构体系2.2.多层钢框架的多层钢框架的结构布置结构布置3.3.多层钢框架的多层钢框架的荷载和荷载组合荷载和荷载组合4.4.多层钢框架的多层钢框架的结构分析结构分析5.5.多层钢框架的多层钢框架的楼盖设计楼盖设计6.6.多层钢框架的多层钢框架的钢柱设计钢柱设计7.7.多层钢

2、框架的多层钢框架的支撑设计支撑设计8.8.多层钢框架的多层钢框架的节点设计节点设计9.9.多层钢框架的多层钢框架的抗震设计抗震设计第第1 1节节多层钢框架的结构体系多层钢框架的结构体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.1 结构组成结构组成楼板楼板梁梁柱柱支撑支撑20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.2 破坏模式破坏模式竖向荷载作用下（重力）竖向荷载作用下（重力）(a)(a)(a)(a)水平构件破坏水平构件破坏水平构件破坏水平构件破坏（b b b b）结构整体失稳）结构整体失稳）结构整体失稳）结构整体

3、失稳20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（a a）结构倾覆）结构倾覆）结构倾覆）结构倾覆(c)c)结构侧向结构侧向结构侧向结构侧向变形过大变形过大变形过大变形过大(b)b)结构整体弯结构整体弯结构整体弯结构整体弯曲或剪切破坏曲或剪切破坏曲或剪切破坏曲或剪切破坏水平荷载作用下（风、地震）水平荷载作用下（风、地震）1.2 破坏模式破坏模式20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.3 结构体系分类结构体系分类根据抗侧力体系的不同：根据抗侧力体系的不同：纯框架体系纯框架体系框架支撑体系框架支撑体系框架剪力墙体系框架剪

4、力墙体系框筒体系框筒体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.4 纯框架体系纯框架体系通过梁柱刚接来抗侧通过梁柱刚接来抗侧在水平力作用下，刚接框架的侧移由两部分构成：1）结构倾覆力矩造成柱拉压变形而导致的结构整体弯曲引起的侧结构整体弯曲引起的侧移。移。小于总侧移的1020。2）结构剪力造成的梁柱受弯梁柱受弯引起的侧移；20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系框架结构的抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的框架结构的抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的框架结构的抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的框架结构的

5、抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的抗弯刚度其侧向变形为抗弯刚度其侧向变形为抗弯刚度其侧向变形为抗弯刚度其侧向变形为剪切型剪切型剪切型剪切型1.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系铰接铰接铰接铰接、刚接、刚接、刚接、刚接、半刚接半刚接半刚接半刚接1.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系EC3EC3EC3EC3对梁柱连接方法的分类对梁柱连接方法的分类对梁柱连接方法的分类对梁柱连接方法的分类1.4 纯框架体系纯框架体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计

6、同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.5 框架支撑体系框架支撑体系l非地震区、非地震区、6度区和度区和7度区：度区：中心支撑中心支撑交叉支撑交叉支撑交叉支撑交叉支撑KK型支撑型支撑型支撑型支撑单斜杆支撑单斜杆支撑单斜杆支撑单斜杆支撑V V型支撑型支撑型支撑型支撑人字支撑人字支撑人字支撑人字支撑主要通过支撑来抗侧主要通过支撑来抗侧20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l8度区和度区和9度区：度区：偏心支撑偏心支撑主要通过支撑来抗侧主要通过支撑来抗侧1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑

7、工程系【思考思考0101】比较下面比较下面3 3种支撑的优缺点种支撑的优缺点如：如：抗侧刚度、静力性能、抗震性能抗侧刚度、静力性能、抗震性能1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【拓展拓展】耗能支撑，既能耗能，又无偏心；耗能支撑，既能耗能，又无偏心；1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系变形特征：整体为弯曲变形少量剪切变形变形特征：整体为弯曲变形少量剪切变形变形特征：整体为弯曲变形少量剪切变形变形特征：整体为弯曲变形少量剪切变形1.5 框架支撑体系

8、框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0202】比较以下比较以下3 3种结构的变形特征。种结构的变形特征。1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系剪切型和弯曲型变形都是指剪切型和弯曲型变形都是指整体变形整体变形1.5 框架支撑体系框架支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.6 框架剪力墙体系框架剪力墙体系混合结构钢结构框架与钢筋混凝土结构剪力墙并联混合结构钢结构框架与钢筋混凝土结构剪力墙并联混合结构钢结构框架

9、与钢筋混凝土结构剪力墙并联混合结构钢结构框架与钢筋混凝土结构剪力墙并联钢框架主要抵抗竖向荷载强度高，延性好、跨度大，施工方便钢框架主要抵抗竖向荷载强度高，延性好、跨度大，施工方便钢框架主要抵抗竖向荷载强度高，延性好、跨度大，施工方便钢框架主要抵抗竖向荷载强度高，延性好、跨度大，施工方便剪力墙主要抵抗水平作用刚度大，成本低，防火性能好剪力墙主要抵抗水平作用刚度大，成本低，防火性能好剪力墙主要抵抗水平作用刚度大，成本低，防火性能好剪力墙主要抵抗水平作用刚度大，成本低，防火性能好（a a）弯曲变形）弯曲变形 (b)(b)剪切变形剪切变形 (c)(c)组合变形组合变形20132013建筑钢结构设计建筑

10、钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系1.7 框筒结构框筒结构密柱深梁形成框筒抗侧密柱深梁形成框筒抗侧密柱深梁形成框筒抗侧密柱深梁形成框筒抗侧20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系变形特征：变形特征：（1 1 1 1）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形（2 2 2 2）梁以剪切变形为主）梁以剪切变形为主）梁以剪切变形为主）梁以剪切变形为主（3 3 3 3）存在剪力滞后效应）存在剪力滞后效应）存在剪力滞后效应）存在剪力滞后效应（4

11、4 4 4）柱距越大，剪力滞后效应越大）柱距越大，剪力滞后效应越大）柱距越大，剪力滞后效应越大）柱距越大，剪力滞后效应越大【思考思考0303】有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高的有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高的结构高度？结构高度？1.7 框筒结构框筒结构第第2 2节节多层钢框架的结构布置多层钢框架的结构布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.1 建筑平面布置建筑平面布置l宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），以减小风荷载以减小风荷载l减小风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规减小

12、风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【实例实例0101】减小风荷载的平面形状减小风荷载的平面形状2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l尽量避免平面不规则尽量避免平面不规则不不规则类规则类型型定定 义义扭扭转转不不规则规则楼楼层层的最大的最大弹弹性水平位移（或性水平位移（或层间层间位移），大于位移），大于该该楼楼层层两两端端弹弹性水平位移（或性水平位移

13、（或层间层间位移）平均位移）平均值值的的1.21.2倍倍凹凸凹凸不不规则规则结结构平面凹构平面凹进进的一的一侧侧尺寸，大于相尺寸，大于相应应投影方向投影方向总总尺寸的尺寸的3030楼板局部不楼板局部不连续连续楼板的尺寸和平面楼板的尺寸和平面刚刚度急度急剧变剧变化，例如，有效楼板化，例如，有效楼板宽宽度小度小于于该层该层楼板典型楼板典型宽宽度的度的5050，或开洞面，或开洞面积积大于大于该层该层楼面面楼面面积积的的3030，或有，或有较较大的楼大的楼层错层层错层2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0404】图示

14、多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两种图示多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两种支撑布置，哪个更合理？支撑布置，哪个更合理？2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0505】图示建筑平面为凹凸不规则，有没有什么办法从图示建筑平面为凹凸不规则，有没有什么办法从结构上避免凹凸不规则？结构上避免凹凸不规则？2.1 建筑平面布置建筑平面布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.2 建筑竖向布置建筑竖向布置为减小地震作用的不利影响为减小地震作用的不利影响建筑竖向形体宜规则均匀建

15、筑竖向形体宜规则均匀避免过大的外挑、内凹避免过大的外挑、内凹各层竖向抗侧力构件宜上下贯通各层竖向抗侧力构件宜上下贯通层高不宜有较大的突变层高不宜有较大的突变20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l尽量避免竖向不规则尽量避免竖向不规则不规则类型不规则类型定定 义义侧向刚度侧向刚度不不规则规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的该层的侧向刚度小于相邻上一层的70，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25竖向抗侧力竖向抗侧力构件

16、构件不连续不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层楼层承载力承载力突变突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一楼层的802.2 建筑竖向布置建筑竖向布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；（2 2）控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移）控制楼层竖向构件最大

17、的弹性水平位移和层间位移,位移比不位移比不大于大于1.51.5；（3 3）放大薄弱层的地震剪力（）放大薄弱层的地震剪力（1.151.15倍）并调整该层抗侧力结构受倍）并调整该层抗侧力结构受剪承载力；剪承载力；（4 4）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大2550%2550%。（5 5）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。2.3 处理办法处理办法建筑平面和竖向不规则的处理办法建筑平面和竖向不规则的处

18、理办法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.4 框架柱布置框架柱布置柱网尽量规则；柱网尽量规则；柱强轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱强轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱弱轴方向：柱较强时，梁柱刚接；柱较弱时铰柱弱轴方向：柱较强时，梁柱刚接；柱较弱时铰接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成柱接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成柱间支撑间支撑铰接框架铰接框架建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向地震区：双向均采用刚接框架地震区：双向均采用刚接框架支撑体系支撑体系20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大

19、学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0606】图示多层纯框架结构，两个方向梁柱均刚接，柱图示多层纯框架结构，两个方向梁柱均刚接，柱采用采用H H型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致柱型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致柱截面过大，有什么改进办法？截面过大，有什么改进办法？2.4 框架柱布置框架柱布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.5 抗侧力构件布置抗侧力构件布置l结构竖向抗侧刚度、承载力宜上下相同，或自下而上递结构竖向抗侧刚度、承载力宜上下相同，或自下而上递减，避免突减，防止下柔上刚减，避免突减，防止下柔上刚l地震区的多层

20、房屋钢结构，框架柱宜上下连续贯通并落地震区的多层房屋钢结构，框架柱宜上下连续贯通并落地；不能贯通或落地时，应合理设置转换构件，保证传地；不能贯通或落地时，应合理设置转换构件，保证传力简洁、安全可靠力简洁、安全可靠l支撑宜支撑宜上下连续贯通并落地上下连续贯通并落地l有地下室时，钢结构应延伸至地下室有地下室时，钢结构应延伸至地下室l结构两个方向的动力特性宜接近结构两个方向的动力特性宜接近20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0707】图示多层框架结构，中柱由于建筑要求无法落地，图示多层框架结构，中柱由于建筑要求无法落地，比较右图所示比较右图所示3

21、 3种处理办法的优缺点。种处理办法的优缺点。2.5 抗侧力构件布置抗侧力构件布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0808】图示多层框架支撑结构，中跨底层支撑由于开门图示多层框架支撑结构，中跨底层支撑由于开门的原因无法落地，请问图示两种处理办法，哪种更好？的原因无法落地，请问图示两种处理办法，哪种更好？2.5 抗侧力构件布置抗侧力构件布置20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系2.6 楼层平面内支撑布置楼层平面内支撑布置l楼层平面内应有足够的刚度（计算时楼层平面内应有足够的刚度（计算时通常通常假定楼

22、层假定楼层平面内刚度无穷大），保证结构整体协同工作，有平面内刚度无穷大），保证结构整体协同工作，有效传递水平力效传递水平力l混凝土楼板、组合楼板：与钢梁有可靠连接时，刚混凝土楼板、组合楼板：与钢梁有可靠连接时，刚度大，可不设置水平支撑；否则，应设置水平支撑度大，可不设置水平支撑；否则，应设置水平支撑l楼面开大洞时，应在开洞周边的柱网区格内设置水楼面开大洞时，应在开洞周边的柱网区格内设置水平支撑平支撑20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考0909】图示某框架结构，次梁的图示某框架结构，次梁的4 4个支点上放置了一台个支点上放置了一台水平振动设备

23、，根据工艺要求，设备下方需开洞。楼板采用水平振动设备，根据工艺要求，设备下方需开洞。楼板采用钢格栅板，设置支撑前后哪种受力更合理？钢格栅板，设置支撑前后哪种受力更合理？2.6 楼层平面内支撑布置楼层平面内支撑布置第第3节节荷荷载载和荷和荷载组载组合合（请请自学）自学）20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.1 荷载荷载1.1.竖向荷载：竖向荷载：按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范l恒载、楼面活荷载、屋顶活荷载、积灰荷载、雪荷载恒载、楼面活荷载、屋顶活荷载、积灰荷载、雪荷载的计算（取值），一般应考虑活荷载的不利分布的计算（取值），一般应考虑活荷载的不

24、利分布l工业建筑：吊车荷载工业建筑：吊车荷载2.2.风荷载：风荷载：按按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范3.3.地震作用：地震作用：按按建筑结构抗震设计规范建筑结构抗震设计规范20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系3.2 组合组合A A）承载力极限状态组合）承载力极限状态组合1）非抗震设计非抗震设计1.2*恒恒+1.4*活活+1.4*0.6*风风1.2*恒恒+1.4*0.7*活活+1.4*风风1.35*恒恒+1.4*0.7*活活+1.4*0.6*风风2）抗震设计：小震抗震设计：小震1.2*重力荷载代表值重力荷载代表值+1.3*水平地震水平地震3）抗震设

25、计：大震抗震设计：大震20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系B B）正常使用极限状态组合）正常使用极限状态组合1）非抗震设计非抗震设计1.0*恒恒+1.0*活活+1.0*0.6*风风1.0*恒恒+1.0*0.7*活活+1.0*风风2）抗震设计：小震抗震设计：小震3.2 组合组合第第4节节结结构分析构分析20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.1 分析方法分析方法传统分析方法：手算传统分析方法：手算手算方法判断计算结果正确性；手算方法判断计算结果正确性；结构初步设计时选定方案比较便捷；结构初步设计时选定方案比较

26、便捷；概念清晰，利于选定合理的结构体系；概念清晰，利于选定合理的结构体系；有限元分析方法：电算有限元分析方法：电算程序计算，结果精细，施工图设计时采用程序计算，结果精细，施工图设计时采用20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.2 传统分析方法传统分析方法竖向荷载作用下竖向荷载作用下基本假定基本假定：a)忽略框架水平位移；忽略框架水平位移；b)忽略各忽略各层层荷荷载对载对其他其他层层梁及非相梁及非相邻层邻层柱内力的影响。柱内力的影响。具体方法具体方法：n弯矩及剪力弯矩及剪力计计算算 分分层层法法n轴轴力力计计算算分担面分担面积积20132013建筑钢结

27、构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考10】图图示某四示某四层层框架框架结结构，柱距构，柱距为为9m*9m；每；每层层的荷的荷载标载标准准值为值为：恒：恒载载4.0kN/m2，活，活载载2.0kN/m2，试试估算估算：1）底）底层层中柱的中柱的轴轴力力设计值设计值；2）横向主梁的弯矩）横向主梁的弯矩设计值设计值；3）纵纵向主梁的弯矩向主梁的弯矩设设计值计值。4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【解解10】1）均布荷）均布荷载设计值载设计值：1.2*4.0+1.4*2.0=7.6 kN/m2

28、柱柱轴轴力力设计值设计值：7.6*9*9*4=2462.4 kN2）横向主梁荷）横向主梁荷载设计值载设计值：9*(1.2*4.0+1.4*2.0)=68.4 kN/m 横向主梁弯矩横向主梁弯矩：68.4*9*9/10=554.0 kN*m3）纵纵向主梁荷向主梁荷载设计值载设计值：2.25*(1.2*4.0+1.4*2.0)=17.1 kN/m 纵纵向主梁弯矩向主梁弯矩：17.1*9*9/10=138.5 kN*m4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系水平荷载作用下水平荷载作用下基本假定基本假定：a）框架横梁）框架横梁刚刚

29、度无度无穷穷大，水平荷大，水平荷载载作用下作用下节节点只点只发发生生侧侧移；移；b）同一）同一层层各柱共同承担各柱共同承担该层该层以上的全部水平荷以上的全部水平荷载载，各柱的，各柱的剪力与柱的抗剪力与柱的抗侧刚侧刚度成正比；度成正比；c）上）上层层柱反弯点位于柱中点、底柱反弯点位于柱中点、底层层柱反弯点位于柱子的柱反弯点位于柱子的2/3高度高度处处；具体方法具体方法：n弯矩及剪力弯矩及剪力计计算算反弯点法反弯点法n轴轴力力计计算算框架框架边边柱受柱受倾倾覆力矩引起的覆力矩引起的轴轴力力4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程

30、系【思考思考11】图图示某四示某四层层框架框架结结构，柱距构，柱距为为9m*9m；抗震；抗震设设防烈度防烈度为为7度度(地震加速度地震加速度0.10g)；每；每层层的荷的荷载标载标准准值为值为：恒：恒载载4.0kN/m2，活活载载2.0kN/m2。根据。根据电电算算结结果，果，结结构基本周期构基本周期约为约为1.3s，水平地，水平地震震总总剪力剪力标标准准值值6000kN，试评试评估估电电算算结结果的正确性。果的正确性。【解解11】重力荷重力荷载载代表代表值值：4.0+0.5*2.0=5.0 kN/m2结结构构总总重量：重量：5.0*36*54*4=38880 kN剪重比：剪重比：6000/3

31、8800=15.5%4.2 传统分析方法传统分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.3 有限元分析方法有限元分析方法步骤：步骤：划分单元；划分单元；建立单元刚度方程；建立单元刚度方程；建立结构的总体刚度方程；建立结构的总体刚度方程；计算结构变形；计算结构变形；确定单元内力；确定单元内力；20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）楼面无限刚性假定问题楼面无限刚性假定问题 楼面无限刚楼面无限刚组合板、小开孔；减少整体计算自由度组合板、小开孔；减少整体计算自由度 弹性板弹性板楼板整体性较差、或楼板开孔

32、面积大、或楼楼板整体性较差、或楼板开孔面积大、或楼板平面局部刚度突变、或结构同一方向两个主要的抗侧力体板平面局部刚度突变、或结构同一方向两个主要的抗侧力体系间距较大、或楼板有较大的外伸段；系间距较大、或楼板有较大的外伸段；电算时的注意点：电算时的注意点：4.3 有限元分析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考12】图图示多示多层带层带支撑框架支撑框架结结构，支撑构，支撑设设置在框架两置在框架两边边；请请问问哪种情况更符合哪种情况更符合刚刚性楼面假定？性楼面假定？刚刚性楼面假定性楼面假定对对支撑内力有何支撑内力有何影响？影响？

33、4.3 有限元分析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2 2）框架节点域的近似处理框架节点域的近似处理箱形柱箱形柱:可将节点域视作刚域，刚域尺寸取节点域尺寸的一半可将节点域视作刚域，刚域尺寸取节点域尺寸的一半 H H形柱或框架支撑结构形柱或框架支撑结构:可忽略节点域，框架梁、柱单元长度可忽略节点域，框架梁、柱单元长度按结构轴线尺寸按结构轴线尺寸（3 3）剪切变形及轴力对梁单元刚度影响的近似处理）剪切变形及轴力对梁单元刚度影响的近似处理梁单元长细比小于梁单元长细比小于3030时时，剪切变形不能忽略剪切变形不能忽略；梁单元长细比大于梁

34、单元长细比大于5050时，时，剪切变形可以忽略。剪切变形可以忽略。梁单元轴力大于欧拉临界力的梁单元轴力大于欧拉临界力的10%10%时时不能忽略轴力；不能忽略轴力；梁单元轴力小于欧拉临界力的梁单元轴力小于欧拉临界力的5%5%时时可忽略轴力；可忽略轴力；电算时的注意点：电算时的注意点：4.3 有限元分析方法有限元分析方法20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系4.4 设计步骤设计步骤钢框架的设计步骤钢框架的设计步骤 1 1）准备设计资料）准备设计资料 2 2）确定结构平、立面布置）确定结构平、立面布置 3 3）确定支撑体系的布置）确定支撑体系的布置 4 4）

35、荷载计算）荷载计算 5 5）确定截面尺寸）确定截面尺寸 6 6）确定梁、柱计算长度）确定梁、柱计算长度 7 7）结构相应计算分析及结构整体变形验算）结构相应计算分析及结构整体变形验算 8 8）构件内力组合及验算）构件内力组合及验算 9 9）构件变形（各工况）及验算）构件变形（各工况）及验算 1010）连接设计）连接设计第第5节节楼盖楼盖设计设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.1 楼盖的构成楼盖的构成楼盖的构成楼盖的构成 主梁、次梁、楼板主梁、次梁、楼板(1)(1)现浇钢筋混凝土组合楼盖；现浇钢筋混凝土组合楼盖；(2)(2)预制钢筋混凝土组合楼

36、盖；预制钢筋混凝土组合楼盖；(3)(3)压型钢板压型钢板-钢筋混凝土板组合楼盖；钢筋混凝土板组合楼盖；类型：类型：20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(1)(1)现浇钢筋混凝土组合楼盖现浇钢筋混凝土组合楼盖刚度大，施工麻烦，需设置脚手架，安装模板刚度大，施工麻烦，需设置脚手架，安装模板5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(2)(2)预制钢筋混凝土组合楼盖预制钢筋混凝土组合楼盖整体性差，抗震区不能使用；整体性差，抗震区不能使用；5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构

37、设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系(3)(3)压型钢板压型钢板-钢筋混凝土板组合楼盖；钢筋混凝土板组合楼盖；应用较多，施工方便，受力合理应用较多，施工方便，受力合理5.1 楼盖的构成楼盖的构成20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.2 组合楼板设计组合楼板设计荷载全部由压型钢板承担荷载全部由压型钢板承担压型钢板仅起模板作用压型钢板仅起模板作用形成组合楼板，共同受力形成组合楼板，共同受力两阶段受力两阶段受力20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系l如何保证组合板中压型钢板和混凝土板的共同作用：

38、如何保证组合板中压型钢板和混凝土板的共同作用：5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考13】教材第教材第109页页，图图4-17为压为压型型钢钢板混凝土板混凝土组组合楼板截面合楼板截面构造，仔构造，仔细观细观察此察此图图，指出其中的，指出其中的错误错误之之处处。5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第1 1阶段：施工阶段验算阶段：施工阶段验算荷载：永久荷载，可变荷载（施工荷载、附加荷载）荷载：永久荷载，可变荷载（施工荷载、附加荷载）挠挠度

39、度大于大于20mm时时，确定混凝土自重，确定混凝土自重应应考考虑挠虑挠曲效曲效应应，在全跨增加混凝土厚度，在全跨增加混凝土厚度0.7 抗弯强度验算；抗弯强度验算；挠度验算；挠度验算；不满足要求时，可设置临时支护。不满足要求时，可设置临时支护。验算验算:采用弹性方法采用弹性方法5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算荷载：永久荷载，可变荷载荷载：永久荷载，可变荷载正截面抗弯承载力验算：塑性中和轴的位置正截面抗弯承载力验算：塑性中和轴的位置5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132

40、013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算斜截面抗剪承载力验算：斜截面抗剪承载力验算：剪力完全由混凝土板承担剪力完全由混凝土板承担；抗冲切验算：冲切荷载抗冲切验算：冲切荷载完完全由混凝土板承担全由混凝土板承担；5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第2 2阶段：使用阶段验算阶段：使用阶段验算挠度验算：均按简支板，采用等效刚度挠度验算：均按简支板，采用等效刚度B B；按短期效应组合时：按短期效应组合时：按长期效应组合时：按长期效应组合时：5.2 组

41、合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系第第3 3阶段：构造验算阶段：构造验算压压型型钢钢板板净净厚度不小于厚度不小于0.75mm组组合板合板总总厚度不小于厚度不小于90mm；混凝土板厚度不小于混凝土板厚度不小于50mm；压压型型钢钢板在板在钢钢梁上的支承梁上的支承长长度不得小于度不得小于75mm；端部端部设设置置焊焊接栓接栓钉锚钉锚固件固件5.2 组合楼板设计组合楼板设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系5.3 组合梁设计组合梁设计施工阶段，钢梁承担混凝土重量施工阶段，钢梁承担混凝土重

42、量混凝土凝固后，形成组合梁，共同受力混凝土凝固后，形成组合梁，共同受力两阶段受力：两阶段受力：特点：特点：节约钢材节约钢材降低钢梁高度，提高建筑净高降低钢梁高度，提高建筑净高加大刚度，具有良好的抗震性能加大刚度，具有良好的抗震性能20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系【思考思考14】图图示示组组合梁，合梁，钢钢梁按哪种方式放置更合梁按哪种方式放置更合理？理？钢钢-混凝土混凝土组合梁组合梁 混凝土板混凝土板 剪力键剪力键钢梁钢梁混凝土板混凝土板 剪力键剪力键钢梁钢梁5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系

43、同济大学建筑工程系【思考思考15】某框架某框架结结构中的构中的简简支支组组合梁，跨度合梁，跨度较较大，楼板大，楼板为为压压型型钢钢板混凝土板混凝土组组合板。由于按照合板。由于按照组组合梁合梁设计设计，次梁截面，次梁截面较较小。施工小。施工时时未按照未按照设计设计要求要求设设置置临时临时支撑，支撑，试试分析分析对钢对钢梁受梁受力的影响？有何加固措施？力的影响？有何加固措施？5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（1 1）确定有效宽度）确定有效宽度l边梁边梁l中梁中梁l可不考虑托板截面可不考虑托板截面5.3 组合梁设计组合梁设计

44、20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪）完全抗剪连连接接组组合梁的合梁的强强度度计计算算完全抗剪组合梁：连接件能够传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力完全抗剪组合梁：连接件能够传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力l正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位置正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位置5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪）完全抗剪连连接接组组合梁的合梁的强强度度计计算算l负弯矩区段的抗弯强度：板顶钢筋受拉负弯矩区段的抗弯强度：板顶钢筋受拉5.3 组合梁设计组

45、合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（2）完全抗剪）完全抗剪连连接接组组合梁的合梁的强强度度计计算算l抗剪强度验算：仅由钢梁腹板承担；抗剪强度验算：仅由钢梁腹板承担；l整体稳定验算：无需验算整体稳定验算：无需验算l局部稳定验算：按塑性设计规定验算（局部稳定验算：按塑性设计规定验算（为什么？为什么？）受压翼缘受压翼缘腹板腹板5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（3）部分抗剪）部分抗剪连连接接组组合梁的合梁的强强度度计计算算部分抗剪组合梁：连接件不能传递钢梁与翼板交界面的全部

46、纵向剪力。部分抗剪组合梁：连接件不能传递钢梁与翼板交界面的全部纵向剪力。翼板内的力取决于抗剪件所能传递的纵向剪力翼板内的力取决于抗剪件所能传递的纵向剪力l正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位于钢梁正弯矩区段的抗弯强度：塑性中和轴位于钢梁l负弯矩区段的抗弯强度：略负弯矩区段的抗弯强度：略l抗剪强度和局部稳定：同前抗剪强度和局部稳定：同前5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）抗剪）抗剪键计键计算算栓钉连接件栓钉连接件槽钢连接件槽钢连接件弯筋连接件弯筋连接件5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设

47、计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）抗剪）抗剪键计键计算算l抗剪连接件承载力的折减抗剪连接件承载力的折减肋肋梁梁肋肋梁梁负弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：负弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：中间支座两侧中间支座两侧0.90.9，边支座，边支座0.80.8正弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：正弯矩区抗剪连接件承载力折减系数：5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（4）抗剪）抗剪键计键计算算l抗剪连接件数量计算抗剪连接件数量计算正弯矩区正弯矩区负弯矩区负弯矩区在任一剪跨区内，抗剪连接件的数量不得少于按完全抗剪连接设计时该剪在

48、任一剪跨区内，抗剪连接件的数量不得少于按完全抗剪连接设计时该剪跨区内所需抗剪连接件总数的跨区内所需抗剪连接件总数的5050，否则，按单根纯钢梁计算，否则，按单根纯钢梁计算，5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系（5）挠挠度度验验算算l考虑考虑滑移效应滑移效应的折减刚度的折减刚度B（6）施工）施工阶阶段段验验算算梁板自重、施工荷载梁板自重、施工荷载钢梁验算强度、稳定和变形钢梁验算强度、稳定和变形详见详见钢结构钢结构基本原理基本原理5.3 组合梁设计组合梁设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学

49、建筑工程系（7）构造要求）构造要求组合梁截面高度一般不宜超过钢梁截面高度的组合梁截面高度一般不宜超过钢梁截面高度的2.52.5倍。倍。当采用压型钢板作为混凝土板的底层时，压型钢板的肋顶当采用压型钢板作为混凝土板的底层时，压型钢板的肋顶面至钢筋混凝土的顶面的距离应不小于面至钢筋混凝土的顶面的距离应不小于50mm50mm；混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的混凝土板托高度不宜超过翼板厚度的1.51.5倍；板托顶面宽度倍；板托顶面宽度不宜小于钢梁上翼缘宽度与不宜小于钢梁上翼缘宽度与1.51.5之和。板托外形轮廓应在自之和。板托外形轮廓应在自连接件根部起与梁顶连接件根部起与梁顶4545度线的范围之外；度线

50、的范围之外；组合梁边梁混凝土翼板应伸出钢梁上翼缘的外边缘一定长组合梁边梁混凝土翼板应伸出钢梁上翼缘的外边缘一定长度，当有板托时，伸出长度不宜小于板托高度；无板托时，度，当有板托时，伸出长度不宜小于板托高度；无板托时，应保证伸出钢梁中心线的长度不小于应保证伸出钢梁中心线的长度不小于150mm150mm，同时伸出钢梁，同时伸出钢梁翼缘外边不小于翼缘外边不小于50mm50mm；。5.3 组合梁设计组合梁设计第第6节节钢钢柱柱设计设计20132013建筑钢结构设计建筑钢结构设计同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系6.1 框架柱的类型框架柱的类型l常用的框架柱类型：常用的框架柱类型：纯钢柱，圆钢管混凝土