01
单层钢结构
(1)单层钢结构主要由横向抗侧力体系和纵向抗侧力体系组成,横向抗侧力体系可按表2-21分类,纵向抗侧力体系宜采用中心支撑体系或框架结构。
注:1.框架包括无支撑的纯框架和有支撑的框架;排架包括等截面柱框架、单级柱框架和双级柱框架;门式刚架包括单层柱门式刚架和多层柱门式刚架。
2、抗侧力体系也可采用上述结构形式的混合形式。
(2)结构布置应符合下列要求。
1) 多跨结构宜等高、等长,各柱排侧向刚度应均匀。
2)在地震区,当结构复杂或房屋与构筑物密集时,应设置防震缝。
3) 同一结构单元内宜采用相同的结构形式,不同结构形式混合采用时,应充分考虑不平衡荷载、位移和强度对结构的影响。
(3)支撑布置应符合下列要求。
1) 在每个结构单元内应设置能独立形成空间稳定结构的支撑体系。
2) 当建筑高度相对于柱距较大时钢结构设计及实用计算,柱间支撑宜分层设置。
3) 在屋面有水平支撑的跨度内,应设置上部柱支撑。
02
多层钢结构
(1)根据抗侧力结构的特点,多层、高层钢结构的结构体系可按表2-22分类。
注:1.单抗侧力体系指仅有一条抗侧力线的结构体系,或有两条抗侧力线但第二条线的水平承载力不小于总水平剪力的25%的结构体系;双抗侧力体系指有两条抗侧力线的结构体系,且第二条线的水平承载力不小于总水平剪力的25%。
2、高层建筑钢结构由于刚度的需要,可以安装伸臂桁架和周边桁架。周边桁架应与伸臂桁架同时安装。伸臂桁架应贯穿整个楼层,伸臂桁架的尺寸应与所连接构件的尺寸协调。
(2)结构布局原则。
1)建筑平面应简单、规则,结构平面布置应对称,水平荷载合力的作用线应靠近抗侧力结构的刚度中心;高层钢结构两个主轴方向的动力特性应相似;
2)结构竖向形状应规则、均匀;结构竖向布置应保证侧向刚度和剪切承载力沿竖向均匀变化;
3)采用框架结构体系时,高层建筑不宜采用单跨结构,多层建筑不宜采用单跨结构;
4)高层钢结构宜采用风压较小的平面形状和横向风振影响较小的建筑外形设计,并应考虑相邻高层建筑对风荷载的影响;
5)支撑布置应在平面内均匀分散,在垂直方向连续。若不连续,应适当增加错开支撑及错开支撑间上下层水平刚度。当设置地下室时,支撑应延伸至基础。
(3)高层钢结构的舒适度受到十年一遇风荷载作用下建筑顶点顺风向和横风向最大计算加速度的限制:
公寓 0.20 米/秒2
酒店、办公楼 0.28米/秒2
03
大跨度钢结构
(1)大跨度钢结构体系是指跨度大于或等于60m的屋盖结构,可按表2-23分类。
(2)设计原则。
1)大跨度钢结构设计应根据工程的平面形状、尺寸、跨度、支撑条件、荷载大小、建筑使用功能等综合分析确定。结构布置和支撑形式应保证结构有合理的传力路径和整体稳定性。平面结构宜设平面外支撑体系。各种常用的大跨度钢结构,其适用范围和基本设计要求详见表2-23。
2)应根据大跨度钢结构的构造及节点形式、构件类型、荷载特点,考虑上部大跨度钢结构与下部支撑结构的相互影响,建立合理的计算模型并进行协同分析。
3)大跨度空间钢结构应满足各种荷载条件下的承载力和刚度要求。预应力大跨度钢结构应进行结构张拉形貌分析,确定拉索或拉杆的预应力分布,确保各种条件下索力均大于零。
4)对以压缩为主受力的拱结构、单层网壳和大跨度双层网壳结构,应进行非线性稳定分析。
5)对于位于地震区的大跨度钢结构,应按抗震规范的规定考虑水平和垂直地震的影响。对于大跨度钢结构楼面,应根据功能要求满足相应的舒适度要求。
6)对于施工工艺复杂的大跨度钢结构或复杂的预应力大跨度钢结构,应进行施工工艺分析。
7)钢筋的最小截面尺寸应根据结构的重要性、跨度、网格尺寸等计算确定。普通钢筋不宜小于L50×4,钢管不宜小于D18×3。对于大、中跨度结构,钢管不宜小于D60×3.5。
8)大跨度钢结构的支撑、节点形式应与计算模型一致。
零部件截面宽厚比等级
01
部件截面宽厚比
构件截面宽厚比按表2-24的规定分为S1、S2、S3、S4、S5级。板材宽厚比为S1~S5,由小到大。S1、S2级截面拉应力分布为完全塑性矩形分布,S1的角度大于S2的角度,S3级截面应力分布为部分塑性,S4、S5级截面应力分布为三角形。当宽厚比超过表2-24中规定值时,超过宽厚比的翼缘、腹板中和轴附近受压部位的板材单元将停止工作,计算时应以有效截面代替毛截面。
注:1.表中σ0=(σmax-σmin)/σmax,式中σmax为腹板计算边缘处的最大压应力;σmin为腹板计算高度另一边缘处对应的应力。压应力取正值,拉应力取负值。
2.εk为钢种修正系数,其值为235与钢种比值的平方根。
3. b、t、hw、tw 分别为工字型和H形截面的翼缘延伸宽度、翼缘厚度、腹板净高和腹板厚度。对于轧制截面,不包括翼缘与腹板过渡处的圆弧截面;对于箱形截面,b0、t 分别为壁板间距离和壁板厚度;D 为圆管截面外径。
4.箱形截面梁、箱形截面柱承受单向弯曲时钢结构设计及实用计算,其腹板极限值可按H型截面腹板采用。
5.表中S5的b/t是根据多年的实践经验,采用S4的数据。当腹板小于经εσ修正的S4级板材宽度时,可归类为S4级截面,εσ=
。
6、可通过增加加强筋来减小腹板的宽厚比。
7.表中λ为弯矩作用平面内构件的长细比,当λ为100时,取λ=100。
02
支撑截面宽厚比等级限制
抗震设计(基于性能化)支撑截面宽厚比限值见表2-25。
注:ω 为角钢直段长度。
结构延展性等级(仅供参考)
结构在水平地震作用下,应根据其结构体系、塑性耗能区截面设计等级、侧向力支撑等级按表2-26确定结构的延性等级;应根据其截面宽厚比按表2-25确定结构的支撑截面设计等级;应根据其支撑截面设计等级、长细比按《多层钢结构设计手册》或《钢结构设计标准》GB 50017-2017第17章确定结构的侧向力支撑结构等级。
注:1.当架脚采用铰接时,延性等级降低一个等级。
2 当不少于50%的质量位于结构体系的上部1/3或主要耗能区位于柱底部时,延性等级为V。
3、框架结构满足《多层钢结构设计手册》第6章“强柱弱梁”的要求。
4 框架结构中与塑性耗能区连接的构件截面设计等级不宜低于塑性耗能区截面设计等级低一级的要求。
5.不满足本表规定结构,其延性等级应为V级。
抗震设计要点
1.有抗震设防要求的多层钢结构宜采用高延性低弹性承载力的设计方法。当延性结构不能满足现行国家标准《建筑抗震设计规范(2016年版)》GB 50011-2010的要求时,可采用提高弹性承载力的设计方法,即低延性高弹性承载力设计方法。
2.对于主要承受竖向地震作用,或承受水平地震作用但结构延性调整系数Ωi不小于2的钢结构和非抗震构件及节点,可按第1节规定的要求采用材料,其构件、节点设计可以不遵守现行国家标准《建筑抗震设计规范(2016年版)》GB 50011-2010中有关延性有关的各项计算和规定。
3、有抗震设防要求的钢结构,对可能产生塑性变形的构件或部位所用钢材,应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范(2016年版)》GB 50011-2010的规定。不宜采用冷弯型钢,且实测屈服强度不应高于公称屈服强度fy的1.25倍。
4.除另有规定外,不发生塑性变形的构件或部件所用的钢材可按本手册第3章和第4章的规定采用。
根据以上第1至4段:
(1)单层住宅轻型屋面框架结构延性较差,按8度设防烈度抗震性能调整系数Ωi(见《钢结构多层结构设计手册》第5章)计算,大部分均能满足抗震承载力要求。门式刚架轻型住宅钢结构技术规范未考虑截面设计等级S1、S2及地震作用增加系数,但重型屋面、9度设防烈度框架柱仍应高度重视其抗震承载力。
(2) 当不满足规范规定的延性和截面设计水平时,仍可采用公式(2-2)进行计算,并考虑地震效应增强系数。