第四章-多层及高层房屋钢结构设计42.ppt

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1、4.1 多、高层房屋结构的组成多、高层房屋结构的组成4.2 楼盖的布置方案和设计楼盖的布置方案和设计4.3 柱和支撑的设计柱和支撑的设计4.4 多、高层房屋结构的多、高层房屋结构的分析和设计计算分析和设计计算2023/3/114.2 4.2 楼盖楼盖的布置方案和设计的布置方案和设计一、楼盖一、楼盖布置原则和方案布置原则和方案 二、压二、压型钢板组合楼盖的设计型钢板组合楼盖的设计 l楼盖结构的作用楼盖结构的作用直接承受竖向荷载的直接承受竖向荷载的作用，并作用，并将其传递将其传递给竖向构件；给竖向构件；起横隔作用。起横隔作用。影响到整个结构的性能；影响到整个结构的性能；影响到施工进程；影响到施工进

2、程；影响到建筑的经济效益。影响到建筑的经济效益。l楼盖布置方案和设计的影响楼盖布置方案和设计的影响一、一、楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 满足建筑设计要求满足建筑设计要求较小自重较小自重便于施工便于施工有足够的整体刚度有足够的整体刚度楼板楼板梁梁系系固定作用、传递水平剪力作用固定作用、传递水平剪力作用l楼盖结构的方案选择原则楼盖结构的方案选择原则l多、高层建筑的楼盖结构组成多、高层建筑的楼盖结构组成 l用于多、高层建筑的楼板用于多、高层建筑的楼板 现浇钢筋混凝土现浇钢筋混凝土楼板楼板应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层预制楼板通过其底面四角的预埋件

3、与钢梁焊接预制楼板通过其底面四角的预埋件与钢梁焊接 1 1）焊脚高度不应小于）焊脚高度不应小于6mm6mm 2 2）焊缝长度不应小于）焊缝长度不应小于80mm80mm板板缝缝的的灌灌缝缝构构造造宜宜一一律律按按抗抗震震设设防防要要求求进进行行。必必要要时时可可在在板板缝缝间间的梁的梁上上设抗剪件设抗剪件(如抗剪栓等如抗剪栓等)预制楼板预制楼板压型钢板组合压型钢板组合楼板楼板卫生间卫生间开洞较多处开洞较多处高度不大高度不大且无地震设防的建筑且无地震设防的建筑（较少采用）（较少采用）工业建筑工业建筑常见的次梁布置：常见的次梁布置：等跨等间距次梁等跨等间距次梁 等跨不等间距次梁等跨不等间距次梁(中间

4、设走廊或不等跨框架中间设走廊或不等跨框架)用于矩形平面用于正方形平面梁系l梁系的构成梁系的构成l梁系布置时考虑的因素梁系布置时考虑的因素 钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取2 23m3m）主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥整体空间作用）整体空间作用）竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以保证两个方向的长细比不致相差悬殊；保证两个方向的长细比不致相差悬殊；梁系布置应能使尽量多的楼面

5、重力荷载份额传递梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递到竖向构件到竖向构件；（；（如，设置斜向主梁）如，设置斜向主梁）为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接方式。方式。主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁端主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁端剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）必要时也可采用刚性连接必要时也可采用刚性连接 。主次梁连接（一）主次梁连接（一）简支连接简支连接主梁与次梁的铰接连接主次梁连（二）主次梁连（二）刚性连接刚性连

6、接(a)不设次梁时的布置方案保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力 二、压型钢板组合楼盖的设计二、压型钢板组合楼盖的设计(b)通常的布置方案组合板组合板非组合板非组合板一般形式组合梁一般形式组合梁压型钢板组合梁压型钢板组合梁预制钢筋混凝土板组合梁预制钢筋混凝土板组合梁压压型型钢钢板板组组合合楼楼板板组合梁楼板组合梁楼板抗剪栓钉的布置抗剪栓钉的布置 抗剪栓钉的布置抗剪栓钉压型钢板与抗剪栓钉的连接压型钢板与抗剪栓钉的连接Ast 栓钉钉杆截面面积栓钉钉杆截面面积Ec 混凝土弹性模量混凝土弹性模量fc 混凝土轴心抗压强度设计值混凝土轴心抗压强度设计值f 栓钉钢材的抗拉

7、强度设计值栓钉钢材的抗拉强度设计值 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比 当当栓钉材料性能等级为栓钉材料性能等级为4.6时，时，取取 f=215Nmm2。1.栓钉连接件的受剪承载力设计值位位于于梁梁负负弯弯矩矩区区的的栓栓钉钉，周周围围混混凝凝土土对对其其约约束束的的程程度度不不如如受受压压区区，按按上上述述公公式式算算得得的的栓栓钉钉受受剪剪承承载载力设计值应予折减：力设计值应予折减：(a)a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时：位于连续梁中间支座上负弯矩段时：取折减系数取折减系数0.9 0.9 (b)b)位于悬臂梁负弯矩段时：位于悬臂梁负弯矩段时：取折减系数

8、取折减系数0.80.82.栓钉受剪承载力设计值的折减混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时（Nvc应折减）3.压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式 依依靠靠压压型型钢钢板板的的纵纵向向波波槽槽传传递；递；依依靠靠压压型型钢钢板板上上的的压压痕痕、小小洞或冲成的不闭合的孔眼洞或冲成的不闭合的孔眼传递；传递；依依靠靠压压型型钢钢板板上上焊焊接接的的横横向向钢筋钢筋传递；传递；依依靠靠设设置置于于端端部部的的锚锚固固件件传传递递(任任何何情情形形下下都都应应当当设设置置端端部锚固件部锚固件)。4.组合楼板设计时的基本原则组合楼板的设计考虑两个受力阶段：组合楼板的设计考虑两个受力阶段：1)1)施施工工阶阶

9、段段:对对作作为为浇浇注注混混凝凝土土底底模模的的压压型型钢钢板板进进行行强度和变形强度和变形验算；验算；2)2)使使用用阶阶段段:对对于于非非组组合合板板，压压型型钢钢板板仅仅作作为为模模板板使使用用；验验算算组组合合板板在在永永久久荷荷载载和和使使用用段段的的可可变变荷荷载载作作用用下的强度和下的强度和变形；变形；压压型钢板的跨中变形时型钢板的跨中变形时：挠挠度度w0大大于于20mm时时，确确定定混混凝凝土土自自重重应应考考虑虑挠挠曲曲效效应，在全跨增加混凝土厚度应，在全跨增加混凝土厚度0.7 w0,或增设临时或增设临时支撑。支撑。永久荷载永久荷载:压型钢板、钢筋和混凝土的压型钢板、钢筋和

10、混凝土的自重；自重；可变荷载可变荷载:施工荷载和附加施工荷载和附加荷载；荷载；附加荷载附加荷载:当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵 的荷载时的荷载时考虑。考虑。验算验算:采用弹性方法采用弹性方法.力学力学模型模型：如图如图如果如果承载能力和变形能力不满足要求，承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下可加在板下设置临时支护设置临时支护,以减小板跨加以验算以减小板跨加以验算.5.组合楼板施工阶段的设计 施工阶段力学模型的说明实质上是压型钢板的计算只考虑荷载沿强边方向传递(单向板)(因强边方向的截面刚度远大于弱边方向)强边方向(顺肋)弱边方向6.组合楼板使用阶段的设

11、计u非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板波槽内设置钢筋，并进行相应计算。u组合板:永久荷载永久荷载 +使用阶段可变荷载使用阶段可变荷载变形验算承载力验算单向弯曲简支板单向弯曲简支板双向弯曲板或单向弯曲板双向弯曲板或单向弯曲板正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力内容（一）组合板的力学模型板厚为板厚为50mm-100mm50mm-100mm时时 1)1)正弯矩计算的力学模型正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支单向弯曲简支板；板；2)2)负弯矩计算的力学模型负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支单向弯曲固支板。板。板厚超过板厚超过10

12、0mm100mm时时 1 1）0.5e00.5555h h0 0时，取时，取x x=0.55=0.55h h0 0h h0 0:组合板有效高度组合板有效高度y yp p:压型钢板截面应力合力至混凝土压型钢板截面应力合力至混凝土 受受压区截面应力合力的距离压区截面应力合力的距离b b:压型钢板的波距压型钢板的波距A AP P:压压型钢板波距内的截面面积型钢板波距内的截面面积h hc c :压型钢板顶面以上混凝土厚度压型钢板顶面以上混凝土厚度f f:压压型钢板钢材的抗拉强度设计值型钢板钢材的抗拉强度设计值验算公式0.80.8:考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及考虑到起受拉钢筋作用

13、的压型钢板没有混凝土保护层，以及中和中和轴附近材料强度发挥不充分等因素轴附近材料强度发挥不充分等因素 。组合板正截面抗弯承载力验算（2）B B：压压型钢板的波距型钢板的波距h hc c：压：压型钢板顶面以上混凝土厚度型钢板顶面以上混凝土厚度A AP2P2 ：塑性：塑性中和轴以上的压型钢板波距内截面面积中和轴以上的压型钢板波距内截面面积y yP1 P1,y yP2P2 ：压：压型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区混混凝土凝土板截面和压型钢板截面应力合力的距离板截面和压型钢板截面应力合力的距离 验算公式（三）组合板抗冲剪承载力验算 组合板在集中荷载下的冲切力组合

14、板在集中荷载下的冲切力V1，应，应满足：满足：临界周界长度临界周界长度混凝土轴心抗拉强度设计混凝土轴心抗拉强度设计值（四）组合板斜截面抗剪承载力验算组合板一个波距内斜截面最大剪力设计值组合板一个波距内斜截面最大剪力设计值Vin 应满足应满足:Vin 0.07ftbh07.组合梁的设计组合梁混凝土组合梁混凝土翼板有效宽度翼板有效宽度bce：边梁：边梁：bce=bo+bc1+bc2 中梁：中梁：bce=bo+2bc2 bo：钢梁上翼缘：钢梁上翼缘宽度宽度;bc1：梁外侧的翼板计算宽度，取：梁外侧的翼板计算宽度，取minl/6,6hc,s1;bc2：梁：梁内内侧的翼板计算宽度，取侧的翼板计算宽度，取

15、minl/6,6hc,s0/2;hc：混凝土翼板计算厚度：混凝土翼板计算厚度:普通钢筋混凝土翼板取原厚度普通钢筋混凝土翼板取原厚度ho;带压型钢板的混凝土翼板带压型钢板的混凝土翼板 取取hc（一）截面特性换算宽度换算宽度的的计算计算受压混凝土翼板的有效宽度bce与钢材等效的换算宽度beq弹性分析时bcebeq换算公式：荷载标准组合：beq=bce/E 荷载准永久组合：beq=bce/（2E）E：钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值满足以下条件满足以下条件在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及在混凝土翼板的有效宽度内，纵向钢筋和钢梁受拉及受压应力均达到强度设计值；受压应力均达到强度设计值

16、；塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计；塑性中和轴受拉侧的混凝土强度设计值可忽略不计；塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯塑性中和轴受压侧的混凝土截面均匀受压，并达到弯曲抗压强度设计值。曲抗压强度设计值。（二）组合梁的正截面受弯承载力验算 验算公式（一）正弯矩作用正弯矩作用 A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截 面面积 负弯矩作用负弯矩作用 验算公式（二）纵向钢筋截面形心线As:翼板有效宽度范围内钢筋截面面积翼板有效宽度范围内钢筋截面面积Mp:钢梁截面的全塑性弯曲承载力钢梁截面的全塑性弯曲承载力（三）组合梁的受剪承载力验算 视全部剪力由钢梁腹板承受：视全部剪力由钢梁腹板承受

17、：hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度；分别为钢梁腹板的高度和厚度；fv：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值.（四）组合梁栓钉连接件验算 正弯矩区剪跨段正弯矩区剪跨段 V=A f (塑性中和轴位于混凝土翼板内塑性中和轴位于混凝土翼板内)V=bce hc fcm (塑性中和轴位于钢梁截面内塑性中和轴位于钢梁截面内)负弯矩区剪跨段负弯矩区剪跨段 V=As fsy每个剪跨区内所应配置的栓钉连接件总数V:剪跨区内混凝土与钢梁叠合面上的纵向剪力n个栓钉连接件均匀分布于其剪跨区段内n剪跨区内有较大集中力作用时，可将剪跨区内有较大集中力作用时，可将n n个栓钉连接件按各分剪力区段的剪个栓钉连接件按各分剪力区段的剪力图面积分配，然后各自均匀分布于分剪力区段。力图面积分配，然后各自均匀分布于分剪力区段。v 当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足要求当抗剪连接键的设置受构造等原因的影响不能满足要求 时，可采用部分抗剪连接设计法，按时，可采用部分抗剪连接设计法，按钢结构设计规范钢结构设计规范计算。计算。（五）集中力作用时栓钉连接件的布置谢谢！