多層鋼結構設計

1.多層鋼結構體系多層鋼結構一般采用框架類結構體系，也稱多層鋼框架結構；多層鋼結構一般由柱、梁、樓蓋結構、支撐結構、墻板或墻架組成。層數<=10；高度<=60m受力特點：豎向力/側向力

多層鋼結構的類型柱-支撐體系梁柱節點均為鉸接，縱、橫向沿柱高設置柱間支撐（抗側力構件），適用于柱距不大但允許雙向設置支撐的建筑物；設計安裝簡便，側向剛度大，構件受力明確，耗鋼量小；1.多層鋼結構體系

多層鋼結構的類型純框架體系縱橫兩個方向均為剛接框架，適用于柱距較大但無法設置支撐的建筑物；節點構造較復雜，用鋼量較大，但結構使用空間較大；1.多層鋼結構體系

多層鋼結構的類型框架-支撐體系縱向柱-支撐體系，橫向為純框架體系，一方面滿足建筑功能要求，另一方面，簡化設計、施工，減小用鋼量。1.多層鋼結構體系

多層鋼結構的類型框架-支撐組合體系

在同一建筑的不同樓層分別采用支撐或框架混合體系

在同一柱列同時采用支撐加框架1.多層鋼結構體系

多層鋼結構布置原則柱網及梁系布置合理，縱、橫向剛度均勻；構件傳力明確、類型統一；節點構造簡單，便于施工；應采用平面剛性樓蓋，保證空間整體剛度及空間協調工作；主次梁連接宜采用平接連接；1.多層鋼結構體系

多層鋼結構布置原則橫向框架為柱-支撐體系且采用平面剛性樓蓋時，柱間支撐間距不大于4L；鋼柱及支撐沿豎向可以變截面，但應防止層間剛度突變；柱-支撐體系剛度大，用鋼量省，條件允許時應優先選用；支撐布置應合理、均勻。1.多層鋼結構體系

荷載效應計算永久荷載：分項系數1.2；1.35；1.0可變荷載：分項系數1.4雪荷載積灰荷載樓面活荷：≥4.0kN/m2時，分項系數1.3屋面活荷載2.荷載效應及組合

荷載效應計算可變荷載：分項系數1.4風荷載2.荷載效應及組合基本分壓風壓高度變化系數風荷載體型系數風振系數

荷載效應計算偶然荷載：地震荷載水平地震作用（內力組合中起主要作用）多遇地震（應）：承載力及變形驗算；振型分解反應譜法（底部剪力法）彈性時程分析罕遇地震（宜）：彈塑性變形驗算；彈塑性時程分析靜力彈塑性分析（pushover）2.荷載效應及組合

荷載效應計算Fij:j振型i質點的水平地震作用標準值；αj

:j振型對應的水平地震影響系數;γj:j振型對應的振型參與系數；Xji

:j振型i質點的水平相對位移；GEi：重力荷載代表值。2.荷載效應及組合振型分解反應譜法典型公式

荷載效應計算GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKT

k=0屋面/0.5樓面按均布/1.0樓面按實際振型數不少于3個，T1〉1.5s且質量剛度不均勻時多取振型疊加采用平方和開方（SRSS）或完全二次項（CQC）squarerootofsumsquare;completequadraticcombination分項系數1.32.荷載效應及組合

荷載效應計算偶然荷載：地震荷載豎向地震作用（僅在計算多層框架內大跨度或大懸臂構件時考慮）2.荷載效應及組合豎向地震作用系數αv:8度0.1/9度0.2分項系數1.3/0.5

荷載效應組合2.荷載效應及組合不考慮地震的組合可變荷載控制：永久荷載控制：考慮地震的組合

一般規定平面布置規則的多層框架，宜采用平面計算模型，平面不規則時，宜采用空間計算模型；地震作用效應分析時，結構及附屬質量集中在各樓層，應按不同維護結構對自振周期折減（0.9輕墻/0.85重墻外包/0.8重墻嵌砌），維護墻體只計質量不計剛度；多層框架宜采用專門軟件計算或手算；3.內力分析及構件設計

一般規定風荷載作用下，Δ≤H/500//δ≤h/400；多遇地震下，δ≤h/250；框架梁與壓型鋼板組合樓板可靠連接時，框架梁截面中應計入混凝土樓板的作用，樓蓋主梁I=2Is/其它I=1.5Is；基本周期T1的估算（剛度沿高度分布均勻的鋼框架）：3.內力分析及構件設計u為全部風荷載集中作用在結構頂部產生的最大水平位移（cm)

一般規定多層框架柱的計算長度H0=μHμ為計算長度系數，根據框架柱上下端匯交的橫梁與框架柱線剛度之比（k1=IB/L:IC/H，K2）查表確定。有側移框架和無側移框架3.內力分析及構件設計

分析方法精確方法：矩陣位移法有限元法近似方法：分層法（豎向荷載）半剛架法、改進反彎點法（D值法）（水平荷載，框架）懸臂鉸接桁架（水平荷載，柱-支撐）3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的梁梁的截面形式軋制或焊接H形鋼不對稱H形鋼（組合梁）蜂窩梁截面3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的梁梁的設計按受彎構件設計應采用最不利截面的最不利組合內力進行梁截面強度驗算，最不利截面一般在梁的兩端、跨中或集中荷載作用點；框架梁截面調整幅度較大（30%）時，應重新進行內力分析；樓板為壓型鋼板組合樓板且與梁可靠連接，可按鋼-混凝土組合樓蓋進行設計。3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的柱柱的截面形式軋制或焊接H形鋼十字形截面方鋼管圓鋼管3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的柱鋼柱的設計鋼柱為偏心受壓構件；鋼柱應按兩個主軸方向分別進行強度和穩定性驗算；對厚鋼板（>60,Q235；>36，Q345）應考慮鋼材沿厚度方向的性能，防止分層。3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的支撐支撐的布置和形式支撐布置原則：承受水平荷載，保證結構穩定性，避免過大的次應力和溫度應力平面布置：支撐應沿結構縱、橫向分別布置，宜沿結構主軸對稱，如正方平面，支撐布置在房屋中央和四角；長方形平面，支撐布置在長邊兩端和中部，沿橫向多布，沿縱向少布。沿高度布置：宜上下貫通，否則至少搭接一層支撐形式：X形支撐/K形支撐/華倫氏支撐3.內力分析及構件設計

多層鋼結構的支撐支撐的計算：一般按軸心受力構件計算；支撐承受的水平剪力：取實際水平荷載產生的層間剪力和的較大值。3.內力分析及構件設計A為同層框架柱截面積總和，框架柱總數n多于兩根時按(0.35+0.65/n)折減

多層鋼結構的支撐支撐的計算：還要考慮豎向荷載引起的附加內力，受壓交叉斜撐3.內力分析及構件設計交叉斜撐按拉桿設計時，不考慮附加內力，其連接應按荷載作用下的拉力和其臨界壓力設計。支撐按內力設計時，端部的連接承載力宜按設計內力提高10%~15%計算

鋼與混凝土組合板組合板的設計應考慮施工和使用兩個階段施工階段：壓型鋼板為混凝土模板，應對其進行強度和變形驗算；永久荷載（壓型鋼板及混凝土自重）+可變荷載（施工荷載及附加荷載）使用階段：在全部荷載作用下，對組合板或鋼筋混凝土樓板（壓型鋼板僅用作模板，混凝土厚度取hc）進行強度和變形驗算4.組合板與組合梁壓型鋼板+鋼筋混凝土設計原則

鋼與混凝土組合板組合板有局部荷載時，有效寬度的確定 抗彎計算：簡支板bem=bm+2lp(1-lp/l)；連續板bem=bm+[4lp(1-lp/l)]/3

抗剪計算：bem=bm+lp(1-lp/l)

其中：bm=bp+2(hc+hf),l為組合板跨度，lp為bem較小荷載的作用點至較近支座距離4.組合板與組合梁設計原則

鋼與混凝土組合板壓型鋼板跨中變形v>20mm時，確定混凝土自重時應考慮凹坑效應，厚度+0.7v或增設支撐減小壓型鋼板撓度。4.組合板與組合梁設計原則

鋼與混凝土組合板施工階段計算 壓型鋼板為混凝土模板，應對其進行強度和變形驗算，可采用彈性分析方法，順肋方向的正負彎矩和撓度均按單向板計算，不考慮垂直肋方向的正、負彎矩。使用階段計算 當hc=50-100mm時，可按以下規定設計：順肋方向的正彎矩和撓度均按單向簡支板計算，負彎矩按嵌固端考慮，不考慮垂直肋方向的正、負彎矩。4.組合板與組合梁設計原則

鋼與混凝土組合板施工階段驗算：

壓型鋼板； 強度和撓度及腹板局部屈曲承載力驗算使用階段設計：

組合板或鋼筋混凝土板； 正截面抗彎承載力/抗沖剪承載力/斜截面抗剪承載力/負彎矩段的截面強度和裂縫寬度4.組合板與組合梁組合板設計

鋼與混凝土組合板抗彎強度驗算：σs1=M1/Wes1≤f

σs2=M1/Wes2≤f剛度驗算

w

≤[w]=l/1804.組合板與組合梁施工階段壓型鋼板設計

鋼與混凝土組合板正截面抗彎承載力：塑性設計方法，假定截面受拉、受壓區材料均達到強度設計值（折減0.8）Asf<fcmhcb時，塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以上混凝土內

M=<0.8fcmxccby；

xcc=Asf/fcmb；y=h0-xcc/24.組合板與組合梁使用階段組合板設計

鋼與混凝土組合板正截面抗彎承載力：Asf>fcmhcb時，塑性中和軸在壓型鋼板內

M=<0.8(fcmhcby1+Ascfy2)；

Asc=0.5(As-fcmhcb/f)；4.組合板與組合梁使用階段組合板設計

鋼與混凝土組合板抗沖剪承載力

Vp=<0.6ftcphc斜截面抗剪承載力

Vc=<0.07fcmbh0縱向抗剪承載力

Vf=<Vu=a0-a1lv+a2bh0+a3t4.組合板與組合梁使用階段組合板設計

鋼與混凝土組合板負彎矩段的截面強度和裂縫寬度按《混凝土結構設計規范》計算組合板撓度分別按荷載短期效應組合和長期效應組合計算。4.組合板與組合梁使用階段組合板設計

鋼與混凝土組合板壓型鋼板凈厚度>=0.75mm，鍍鋅層厚度滿足防腐要求；澆注混凝土的槽（肋）寬>=50mm；槽內設圓柱頭焊釘連接件時壓型鋼板高=<80mm；組合板厚度>=90mm，hc>=50mm；組合板端部必須內設圓柱頭焊釘連接件，將壓型鋼板凹肋焊牢于鋼梁上，圓柱頭焊釘直徑s=3m,13-16/s=3m-6m,16-19/s>6m,194.組合板與組合梁構造要求

鋼與混凝土組合板組合板在鋼梁上支承長度>=50mm必要時組合板應配置鋼筋：附加抗拉鋼筋/負彎矩區連續鋼筋/集中荷載或孔洞周圍分布鋼筋/為改善防火的受拉鋼筋…組合板負彎矩區裂縫寬度<=0.3mm正常環境/0.2mm露天或潮濕環境抗裂鋼筋/分布鋼筋4.組合板與組合梁構造要求

鋼與混凝土組合梁組合梁由鋼梁及支承在其上的鋼筋混凝土翼板構成鋼筋混凝土抗壓/鋼材抗拉/協同工作，充分發揮材料作用4.組合板與組合梁

鋼與混凝土組合梁組合梁的分類普通混凝土翼板組合梁壓型鋼板組合梁預制裝配式混凝土板組合梁4.組合板與組合梁

鋼與混凝土組合梁組合梁的優點節約鋼材20-40%，降低造價10-40%；增大截面剛度，減小鋼梁撓度1/3-1/2；減小結構高度及建筑物總高度；增強結構整體性；鋼梁為組合板支撐，節約模板，縮短工期組合梁的缺點耐火等級差；需在鋼梁上焊接連接件4.組合板與組合梁

鋼與混凝土組合梁組合梁設計應考慮可能的鋼梁應力超前，根據施工過程進行設計：施工階段設置支撐，按全部荷載由組合梁承受設計；施工階段不設支撐，應按施工(<75%)和使用(>75%)兩階段分別設計，1.組合梁及施工荷載由鋼梁承受，按鋼結構規范設計；2.采用彈性分析方法時，其余荷載由組合梁承受，鋼梁應力及撓度為兩階段結果疊加，采用塑性分析方法時，則按全部荷載由組合梁承受設計。4.組合板與組合梁設計原則

鋼與混凝土組合梁截面高跨比不宜小于1/16-1/15（剛度）截面高度不應超過鋼梁高度2.5倍（抗剪）混凝土托板兩側斜坡傾角大于45度，托板高度不應超過翼板厚度1.5倍，板托頂面寬度不應小于板托高度的1.5倍。鋼筋混凝土板厚100/120/140/160…4.組合板與組合梁組合梁截面尺寸

鋼與混凝土組合梁翼板過寬的組合梁受彎時，應力沿翼板寬度分布不均勻，可采用有效寬度計算。翼板有效寬度be取以下三式最小值：be=l0/3be=b0+12hc1be=b0+b1+b24.組合板與組合梁組合梁截面尺寸

鋼與混凝土組合梁對組合梁進行彈性分析時，根據應變相同且總內力不變的原則，將混凝土截面等效為鋼截面進行分析，得到鋼梁部分應力和混凝土部分應力，再將后者折算為混凝土應力。混凝土截面等效為鋼截面的等效寬度為：短期荷載bem=be/αE，長期荷載bem=be/(2αE)。αE為鋼材和混凝土彈性模量之比。4.組合板與組合梁組合梁截面彈性分析

鋼與混凝土組合梁采用塑性分析方法進行組合梁正截面抗彎承載力計算時，彎矩為正彎矩時，根據塑性中和軸位置分為兩類截面：1.塑