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框架设计要点:高楼钢结构体系工程实例

时间:2023-10-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:框架梁、柱的截面设计,应符合“强柱弱梁”耐震设计准则。3)双向地震动分量对角柱的同时作用,将引起双向剪力、双向弯矩以及双向地震倾覆力矩引起的附加轴力。

框架设计要点:高楼钢结构体系工程实例

1.构件设计

(1)采用钢框架体系(纯框架结构)的楼房,沿房屋纵向和横向,均应采用刚接框架。

(2)要求抗震设防的楼房,纵向框架与横向框架的共用柱,应考虑两个正交方向地震动分量的同时作用,按双向受弯进行截面设计。

(3)框架梁、柱的截面设计,应符合“强柱弱梁”耐震设计准则

(4)层数较多的框架结构的底层或底部两层,宜采用型钢混凝土结构,作为上部钢框架与地下混凝土结构之间的过渡层。

(5)楼房外转角处的框架柱,其受力状态具有如下特点:

1)竖向荷载作用下,角柱受到横向框架梁和纵向框架梁刚接引起的双向弯矩

2)在横向或纵向侧力作用下,倾覆力矩对角柱产生的轴向压力或拉力,均为最大值;围护墙刚度吸引来的较大倾覆力矩进一步加大角柱的轴向压(拉)力,地震时,此一现象尤为严重。

3)双向地震动分量对角柱的同时作用,将引起双向剪力、双向弯矩以及双向地震倾覆力矩引起的附加轴力。

4)不论是由于结构偏心,还是由于地震动的相位差或转动分量,所引起的结构扭转振动,角柱的相对侧移与其他框架柱相比较都是最大值。

2.杆件截面的选择

(1)钢框架的一般柱,通常采用热轧或焊接的宽翼缘H型钢,并使强轴(较大惯性矩)对应于柱弯矩较大或柱计算长度较大的方向;纵、横向钢框架的共用柱,特别是角柱,宜采用热轧或焊接的矩形(含方形)钢管。抗震设防框架,为抵御纵、横向大致相等的水平地震作用,宜采用方形钢管柱。若因条件限制必须采用H型钢柱时,可将柱的强轴方向一半对应于房屋纵向,一半对应于房屋横向;但对于角柱和纵、横向框架的共用柱,宜采用由一个H型钢和两个剖分T型钢拼焊成的带翼缘的十字形截面。

(2)钢框架梁,一般情况下宜采用热轧窄翼缘H型钢或焊接工字形截面;不宜采用热轧工字钢,因为其曲线形变厚度翼缘不适应焊接坡口的加工及焊接垫板的设置。大跨度梁、承受扭矩的梁,以及要求具有很大抗弯刚度的框架梁,宜采用焊接箱形截面。(www.xing528.com)

3.梁端、柱端承载力

对于抗震设防框架,所有梁-柱节点的柱端和梁端的承载力应符合下列要求:

(1)为使框架在水平地震作用下进入弹塑性阶段时,避免发生楼层屈服机制(图2-21),实现总体屈服机制(图2-20),以增大框架的吸能和耗能容量,要求框架杆件设计符合“强柱弱梁”的耐震设计准则。

(2)地震作用下,要求框架实现“梁铰机制”(图2-20a),即框架的杆件塑性铰首先出现在梁端而不是柱端,这就要求位于同一竖向平面、交汇于某一节点的梁和柱,各柱端塑性铰弯矩之和应大于各梁端塑性铰弯矩之和。

4.梁-柱节点

(1)一般情况下,钢框架的梁-柱节点宜采用“柱贯通型”;仅当钢梁采用箱形截面、柱采用矩形钢管时,方可采用“梁贯通型”。

(2)钢梁与钢柱的连接,宜采用栓-焊混合连接。即梁上、下翼缘与柱的连接,采用焊接;梁腹板与柱的连接,采用高强度螺栓摩擦型连接。

(3)当钢框架因梁-柱节点域腹板的剪切变形使框架侧移超出规定限值时,宜采取措施加厚节点域的腹板。

(4)对于抗震设防钢框架,为防止梁端焊缝开裂的常见震害,宜采取措施削减梁端焊缝热影响区以外的梁上、下翼缘的截面面积(弧形变宽度),以实现“强连接、弱杆件”的耐震设计准则。

5.P-Δ效应计算

抗震设防高楼的钢框架体系,当按规范地震力计算得的框架弹性侧移角大于1/600时,宜考虑P-Δ效应对框架内力和侧移的影响。

计算框架的P-Δ效应时,应采取设防烈度地震作用下框架的实际弹塑性侧移,一般情况下,其数值可近似地取为按规范地震力计算所得弹性侧移的三倍。

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