钢结构柱和支撑的设计

一、


框架柱设计概要

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柱截面形式: 箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等

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截面估计：按1.2N的轴心受压构件，3~4层作一次截面变化，厚度不宜超过100mm

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板件宽厚比，见下表

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长细比：多层(￡12层)框架柱在6~8度设防时不应大于120，9度设防时不应大于100。高层(>12层)框架柱在设防烈度为6，7以及8和9度时，分别为120，80以及60

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《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)规定：计算在重力和风力或多遇地震荷载作用组合下的稳定性时，如果层间位移标准值不超过层高的1/250，则带支撑(或剪力墙)框架柱的计算长度系数可取为m=1.0；层间位移标准值不超过层高的1/1000时，纯框架柱的计算长度系数亦可由吴侧移公式计算确定。

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GB50017对有支撑框架分为强支撑框架和弱支撑框架。

二、


柱与梁的连接

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常见形式：刚性连接

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做法：

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完全焊接

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完全栓接

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栓焊混合

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改进形式完全焊接

1】


骨形连接（Dog bone）

2】


梁端部加腋

3】


悬臂梁段

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柔性连接形式：

1】


连接角钢

2】


端板

3】


支托

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半刚性连接 ：

1】


端板-高强螺栓连接方式

2】


上、下角钢和高强螺栓方式

三、


水平支撑布置

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类型：横向水平支撑、纵向水平支撑

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作用：

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临时水平支撑：为建造和安装的安全而设置，在施工完毕后拆除；

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永久水平支撑：水平构件(如楼盖或屋盖构件)不能构成水平刚度大的隔板时设置

1】


形式：平面桁架

四、


竖向支撑设计

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构成：

     通常为贯通整个建筑物高度的平面桁架形式，通过在两根柱构件间设置一系列斜腹杆


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构成

分类：

      竖向中心支撑、竖向偏心支撑  

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布置：

      可以在建筑物纵向的一部分柱间布置，也可以在横向或纵横两向布置；其在平面上的位置既可沿外墙布置，也可沿内墙布置

五、


中心支撑

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形式：

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十字交叉斜杆(图a)，单斜杆(图b)，人字形斜杆(或V形斜杆，图c)或K形斜杆(图d)体系

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抗震设防的结构不得采用K形斜杆体系

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支撑体系都可以跨层跨柱设置  

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长细比：

1】


非抗震设防结构：受拉的杆件长细比不应大于300 ，受拉、受压杆件的长细比不应大于150

2】


抗震设防结构：

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板件宽厚比：

1】


6度抗震设防和非抗震设防：按《钢结构设计规范》(GB50017)

2】


抗震设防结构：

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截面形式：

1】


双轴对称截面

2】


单轴对称截面，采取防止绕对称轴屈曲的构造措施

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P-


△


效应导致的附加效应：

1】


在重力和水平力下，承受水平荷载引起的剪力外，还承受水平位移和重力荷载产生的附加弯曲效应，楼层附加剪力为：    

人字形和V形支撑尚应考虑支撑跨梁传来的楼面垂直荷载。

2】


十字交叉支撑，人字形支撑和V形支撑的斜杆，应计入柱在重力下的弹性压缩变形在斜杆中引起的附加压应力：

对十字交叉支撑的斜杆

对于人字形和V形支撑的斜杆

3】


在多遇地震效应组合作用下，人字形支撑和V形支撑的斜杆内力应乘以增大系数1.5

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支撑斜杆按受压杆验算

对于带有消能装置的中心支撑体系，支撑斜杆的承载力应为消能装置滑动或屈服时承载力的1.5倍。

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中心支撑节点构造

六、


偏心支撑

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形式：

      门架式(图a)，单斜杆式 (图b)，人字形(图c)或V字形 (图d)

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特征:

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支撑斜杆不交于梁柱节点

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耗能梁段：正常的荷载状态下，偏心支撑框架具有足够水平刚度；在遭遇强烈地震作用时，耗能梁段首先屈服吸收能量

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长细比：不应大于120

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板件宽厚比：不应超过GB50017规定的轴心受压构件在弹性设计时的宽厚比限值

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耗能梁段的局部稳定性

1】


翼缘板自由外伸宽度b1与其厚度tf比：

2】


腹板计算高度h0与其厚度tw之比：