1、4.3 柱和支撐的設(shè)計(jì),4.3.1 框架柱設(shè)計(jì)概要 4.3.2 梁與柱的連接 4.3.3 水平支撐布置 4.3.4 豎向支撐設(shè)計(jì),4.3.1 框架柱設(shè)計(jì)概要,常用的柱截面形式：箱形、焊接工字形、H型鋼、圓管等； H型鋼柱：應(yīng)用較廣；（截面經(jīng)濟(jì)合理、規(guī)格尺寸多、加工量少以及便于連接） 焊接工字形截面：可靈活地調(diào)整截面特性； 焊接箱形截面：可使關(guān)于兩個主軸的剛度相等，但加工量大； 鋼管混凝土的組合柱：提高管狀柱的承載力、防火性能； 軋制型鋼：較經(jīng)濟(jì)，但采用厚度更大的焊接工字形截面，可 顯著改善結(jié)構(gòu)效比能,壓(拉)彎構(gòu)件 截面初估：參考同類已建工程；（如在初設(shè)計(jì)中，已粗略得到柱的設(shè)計(jì)軸力值N，則可以

2、承受1.2 N的軸心受壓構(gòu)件來初擬柱截面尺寸） 大致可按每34層作一次變截面； 盡量使用較薄的鋼板；（其厚度不宜超過100mm；柱板件寬厚比不應(yīng)大于表4.6的規(guī)定） 框架柱長細(xì)比的規(guī)定（下表,框架柱的設(shè)計(jì)方法,滿足強(qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)要求,使塑性鉸出現(xiàn)在梁端而不是在柱端，抗震設(shè)防的柱在任一節(jié)點(diǎn)處，宜滿足下列要求,Wpc，Wpb：計(jì)算平面內(nèi)交匯于節(jié)點(diǎn)的柱和梁的截面塑性抵抗矩； fyc ， fyb ：柱和梁鋼材的屈服強(qiáng)度； N ：按多遇地震作用組合得出的柱軸力； AC ：柱的截面面積； ： 強(qiáng)柱系數(shù)（超過6層的鋼框架，6度類場地和7度時可取1.0 8度時可取1.05，9度時可取1.15,在重力荷載作用下

3、：對于純框架柱應(yīng)按有側(cè)移情形確定。 （上冊附表18-2） 滿足規(guī)范GB 50017規(guī)定的強(qiáng)支撐(或剪力墻)框架：應(yīng)按無側(cè)移情形確定。（上冊附表18-1） 亦可分別按下列近似公式確定,計(jì)算長度的確定,K1，K2 ：交于柱上下端的橫梁線剛度之和與柱線剛度之和的比值,4.3.2 梁與柱的連接,梁與柱的連接形式 剛性連接 柔性連接 半剛性連接,本節(jié)內(nèi)容,梁與柱的連接形式,通常采用的是柱貫通的連接形式； 按連接轉(zhuǎn)動剛度的不同可分為,柔性連接1,半剛性連接2,剛性連接3,梁腹板傳遞豎向剪力,梁腹板與翼緣傳遞剪力和部分彎矩,梁上下翼緣傳遞彎矩，腹板傳遞剪力4,連接角鋼、端板、支托,完全焊接、完全栓接、栓焊混

4、合,連接形式的選取,剛性連接是多高層結(jié)構(gòu)中常見的連接形式； 未必所有的梁柱都剛性連接； 梁柱剛性連接構(gòu)造復(fù)雜，制作和工地安裝工作量大， 應(yīng)該盡量少用； 實(shí)際梁柱連接往往 介于完全剛接和完 全鉸接之間； 可根據(jù)需要和可能 采用半剛性連接,完全焊接,梁翼緣與柱翼緣間: 全熔透坡口焊縫； 按規(guī)定設(shè)置襯板； 當(dāng)框架梁端垂直于工字形柱 腹板時，柱在梁翼緣對應(yīng)位 置設(shè)置橫向加勁肋； 且加勁肋厚度不應(yīng)小于梁翼 緣厚度,為便于施焊，梁腹板要切去兩角,構(gòu)造簡單，但焊縫質(zhì)量要求高,完全焊接連接的計(jì)算方法,常用計(jì)算法,精確計(jì)算法,梁翼緣,梁端全部彎矩,梁腹板,梁端全部剪力,尚應(yīng)以Anwfv/2作為焊縫所承擔(dān)的剪力來

5、驗(yàn)算,梁翼緣,梁腹板,承擔(dān)Mf,同時承擔(dān)Mw和梁端全部剪力V,梁端的彎矩M以梁翼緣和腹板各自的截面慣性矩分擔(dān)作用,完全焊接時的常用計(jì)算法,追加Anwfv/2作為焊縫所承擔(dān)的剪力驗(yàn)算,梁翼緣與柱翼緣對接焊縫的抗拉強(qiáng)度,梁腹板角焊縫的抗剪強(qiáng)度,栓焊混合連接時的常用計(jì)算法,追加Anwfv/2作為螺栓所承擔(dān)的剪力驗(yàn)算,梁翼緣與柱翼緣對接焊縫的抗拉強(qiáng)度,梁腹板高強(qiáng)螺栓的抗剪承載力,0.9：考慮焊接熱影響對高強(qiáng)度螺栓預(yù)拉力損失,完全栓接,所有的螺栓都采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接； 當(dāng)梁翼緣提供的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70時，梁腹板與柱的連接螺栓不得少于兩列； 當(dāng)計(jì)算只需一列時，仍應(yīng)布置兩列，且此

6、時螺栓總數(shù)不得小于計(jì)算值的1.5倍,適用于單側(cè)有梁相連的柱,栓焊混合連接,可認(rèn)為是半剛接； 連接鋼板足夠厚時， 作為剛接； 支托傳遞剪力,產(chǎn)生裂縫的原因,未焊透、氣泡、凹坑、 焊腳尺寸的突變； 焊接處材料韌性低下,改進(jìn)意見,最好在焊后將襯板除去并補(bǔ)焊翼緣坡口 焊的焊根； 如果焊后不除去襯板，則下翼緣焊縫的 襯板應(yīng)有足夠的角焊縫消除間隙；同時， 腹板端部扇形切角的尺寸不宜過小,為了防止焊縫金屬韌性過低，對它的最 低沖擊功作出了規(guī)定,改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造-1(骨形連接,Dogbone Moment Connection,梁翼緣局部削弱， 形成骨形連接； 塑性鉸自梁端外移,改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造-2(梁端部加腋,

7、其它方法： 把梁的短段在工廠和柱焊接，以保證焊接質(zhì)量，短段和梁的主段在工地拼接，可以全部用高強(qiáng)度螺栓連接，或焊、栓并用,塑性鉸外移； 用于結(jié)構(gòu)加固,實(shí)例,梁與柱的剛接連接,高強(qiáng)螺栓,鋼襯板,對接焊縫,梁上下翼緣傳遞彎矩，腹板傳遞剪力,柔性連接,多層框架中可由部分梁和柱剛性連接組成抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，而另一部分梁鉸接于柱，這些柱只承受豎向荷載； 設(shè)有足夠支撐的非地震區(qū)多層框架原則上可全部采用柔性連接,柔性連接,a,c,b,連接角鋼或端板 偏上放置： 上翼緣處變形小,圖(d): 當(dāng)梁用承托連于柱腹板時，宜用厚板作為承托構(gòu)件以免柱 腹板承受較大彎矩； 圖(e): 在需要用小牛腿時，則應(yīng)做成工字形截面，并把它

8、的兩塊 翼緣都焊于柱翼緣，使偏心力矩M=Re以力偶的形式傳給柱翼緣,承托,牛腿,柔性連接,實(shí)例,梁與柱鉸接連接,梁腹板傳遞豎向剪力,半剛性連接,豎向荷載下可看作梁簡支于柱； 水平荷載下起剛性節(jié)點(diǎn)作用； 適于層數(shù)不多或水平力不大的建筑； 半剛性連接必須有抵抗彎矩的能力，但無需像剛性 連接那么大,用連于翼緣的上、下角鋼和高強(qiáng)螺栓來連接，由上下角鋼一起傳遞彎矩，腹板上的角鋼則傳遞剪力,端板-高強(qiáng)螺栓連接,端板在大多數(shù)情況下伸出在梁高度范圍之外(或是上邊伸出，下邊不伸出) 梁端彎矩化作力偶，其拉力經(jīng)上翼緣傳出； 受拉的螺栓布置在關(guān)于受拉翼緣對稱的位置，共四個； 壓力可以通過端板或柱翼緣承壓傳力，壓力區(qū)

9、螺栓可少量設(shè)置，和拉力區(qū)的螺栓一起傳遞剪力； 虛線表示必要時可設(shè)柱加勁肋,實(shí)例,梁與柱的半剛接連接,梁腹板與翼緣傳遞剪力和部分彎矩,4.3.3 水平支撐布置,橫向水平支撐 縱向水平支撐,水平支撐（設(shè)置于同一水平面內(nèi)的支撐,通常意義下,臨時水平支撐：為了建造和安裝的安全而設(shè)置； 永久水平支撐：通常在水平構(gòu)件不能構(gòu)成水平剛 度大的隔板時設(shè)置,分類,水平支撐布置,節(jié)點(diǎn)板表面高出梁上翼緣有構(gòu)造處理上的不便,樓蓋水平剛度不足時布置水平支撐,4.3.4 豎向支撐設(shè)計(jì),中心支撐: 斜腹桿都連接于梁柱節(jié)點(diǎn),偏心支撐: 斜腹桿不都連接于梁柱節(jié)點(diǎn),兩根柱構(gòu)件間設(shè)置一系列斜腹桿,豎向支撐,豎直支撐的布置,可在建筑物

10、縱向的一部分柱間布置，也可在 橫向或縱橫兩向布置； 在平面上可沿外墻布置，也可沿內(nèi)墻布置,一 中心支撐,抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)不得采用K形斜桿體系； 所有型式的支撐體系都可以跨層跨柱設(shè)置,斜桿體系,只能受拉的單斜桿體系，應(yīng)同時設(shè)置不同傾斜方向 的兩組單斜桿； 且每層中不同方向單斜桿的截面面積在水平方向的 投影面積之差不得大于10,對支撐桿件長細(xì)比的要求,抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)：長細(xì)比限值規(guī)定（反復(fù)拉壓作用下，長細(xì)比大于40 (235fy)1/2的支撐承載力將顯著降低。,非抗震設(shè)防結(jié)構(gòu)中的中心支撐： （1）按只能受拉的桿件設(shè)計(jì)時，其長細(xì)比不應(yīng)大于 300 (235fy)1/2； （2）按既能受拉又能受壓的桿件設(shè)

11、計(jì)時，其長細(xì)比不應(yīng) 大于150 (235fy)1/2,支撐斜桿截面,支撐斜桿宜采用雙軸對稱截面； 當(dāng)采用單軸對稱截面時，應(yīng)采取防止繞對稱 軸屈曲的構(gòu)造措施； 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度不小于7度時，不宜用雙角 鋼組合T形截面,7度及以上抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，當(dāng)支撐為填板連接的雙肢組合構(gòu)件時，肢件在填板間的長細(xì)比不應(yīng)大于構(gòu)件最大長細(xì)比的1/2，且不應(yīng)大于40； 與支撐一起組成支撐系統(tǒng)的橫梁、柱及其連接，應(yīng)具有承受支撐斜桿傳來內(nèi)力的能力； 與人字支撐、V形支撐相交的橫梁，在柱間的支撐連接處應(yīng)保持連續(xù),中心支撐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（一,中心支撐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（二,計(jì)算人字形支撐體系中的橫梁截面時，尚應(yīng)滿足在不考慮支撐的支點(diǎn)作用情

12、況下按簡支梁跨中承受豎向集中荷載時的承載力； 按8度及以上抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)，可以采用帶有消能裝置的中心支撐體系； 高層鋼結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下變形較大，須考慮P-效應(yīng),中心支撐的設(shè)計(jì)要點(diǎn)（三,人字形和V形支撐尚應(yīng)考慮支撐跨梁傳來的樓面垂直荷載； 對于十字交叉支撐、人字形支撐和V形支撐的斜桿，尚應(yīng)計(jì)入柱在重力下的彈性壓縮變形在斜桿中引起的附加壓應(yīng)力,中心支撐節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式（一,重型支撐,輕型支撐,雙節(jié)點(diǎn)板,中心支撐節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式（二,地震區(qū)的工字形截面中心支撐宜采用軋制寬翼緣H型鋼； 如果采用焊接工字形截面，則其腹板和翼緣的連接焊縫應(yīng)設(shè)計(jì)成焊透的對接焊縫； 與支撐相連接的柱通常加工成帶懸臂梁段的形式

13、，以避免梁柱節(jié)點(diǎn)處的工地焊縫,幾何特征：支撐斜桿不交于梁柱節(jié)點(diǎn)； 力學(xué)特征：位于支撐斜桿與梁柱節(jié)點(diǎn)(或支撐斜桿)之間的耗能梁段，一般比支撐斜桿的承載力低，同時具有在重復(fù)荷載作用下良好的塑性變形能力,二 偏心支撐,在正常的荷載狀態(tài)下，偏心支撐框架 具有足夠的水平剛度； 在遭遇強(qiáng)烈地震作用時，耗能梁段首 先屈服吸收能量。（支撐不屈曲,設(shè)計(jì)意圖,構(gòu)造措施(使耗能梁段在反復(fù)荷載下具有良好的滯回性能,支撐斜桿軸力的水平分量較大時，除降低此梁段的受剪承載力外，還需減少該梁段的長度； 耗能梁段的腹板不得貼焊補(bǔ)強(qiáng)板，也不得開洞； 耗能梁段與支撐連接處，在其腹板兩側(cè)配置加勁肋； 耗能梁段腹板的中間加勁肋，需按梁段的長度區(qū)別對待,偏心