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高层建筑钢结构-第六章节点设计ppt课件.ppt
1、6节点设计ConnectionDesign6.1节点设计的一般原则和方法节点传力应简捷、明确、牢靠，其计算简图应与实际受力全都；节点应具有足够的强度、刚度，其承载力应等于或高于构件的承载力；实行合理的细部构造，使节点具有足够的延性和韧性；简化节点构造，便于制作和安装，经济合理。1)设计原则当非抗震设防时，应按结构处于弹性受力阶段设计:当抗震设防时，尚应按结构进入弹塑性阶段设计:2)设计方法节点连接的极限承载力应高于构件屈服承载力节点处构件塑性区的板件宽厚比应满足抗震规范要求应有平面外隅撑防止节点四周的梁平面外失稳节点连接的承载力应高于构
2、件内力设计值抗侧力构件的节点连接的承载力设计值应高于构件的承载力设计值；高强螺栓连接不得滑移下文重点3)节点分类梁柱连接柱的拼接支撑节点连接柱脚梁的拼接次梁与主梁的连接抗侧力构件的节点6.2梁－柱节点设计1)节点分类与构造特点梁与柱的刚性连接梁端垂直于工字形柱腹板的刚性连接梁与柱的半刚性连接梁与柱的铰接连接柱两侧梁高不等时的刚性节点2)梁柱刚性节点的非抗震设计①典型刚性连接的承载力验算梁翼缘和腹板分别承当弯矩和剪力原则(方法一)梁翼缘与柱翼缘的对接焊缝：梁腹板的角焊缝：M、V梁端弯矩和剪力设计值全截面受弯设计原则(方法二)梁翼缘与柱翼缘
3、的对接焊缝：梁腹板的角焊缝(同时承受弯曲正应力和剪应力)：梁翼缘和腹板依据其刚度比分担弯矩：梁腹板与柱翼缘抗剪板接受高强螺栓连接时，最外侧螺栓承受的剪力：考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力损失的影响系数②节点无水平加劲肋时的柱腹板的验算在梁的受压翼缘处，柱腹板的厚度tw应同时满足：局部承压条件：局部稳定条件：在梁的受拉翼缘处，柱翼缘板的厚度tc按强度计算应满足：式中：Afb为梁受压、受拉翼缘的截面面积；fc、fb为柱、梁钢材强度设计值；be为集中力作用下柱腹板计算高度边缘处的压应力假定分布长度，be＝tb＋5hy≈tb＋5(tc+hf)；f
4、yc为柱钢材屈服点。③节点有水平加劲肋时柱腹板的验算节点域腹板剪切强度的验算：式中：fv为钢材抗剪强度设计值；Vp为节点域腹板体积，当柱为工字形截面时：Vp＝hbhctw，箱形截面时：Vp＝1.8hbhctw。为防止节点域局部失稳，节点域板厚应满足：3)梁柱刚性节点的抗震设计①节点承载力验算，应按下述两步进行：弹性验算：极限承载力验算：抗侧力构件的节点连接的承载力设计值应不小于构件的承载力设计值；高强螺栓连接不得滑移Mu、Mp按抗拉强度和屈服强度下限计算：式中：Wpj－连接的塑性抵制矩Wp－被连接构件的塑性抵制矩fu－连接的抗拉强度下限
5、fy－钢材的屈服强度类似于对形心轴的面积矩矩形截面：工字形截面：箱形截面：Wp的计算方法当工字形梁翼缘用对接焊缝、腹板用角焊缝连接时：Mu、Vu的计算方法式中：Af－梁一个翼缘的截面积；he－角焊缝的有效厚度；lw－角焊缝的有效长度；fu－焊缝抗拉强度下限。简化计算时，可忽视当梁翼缘用对接焊缝、腹板用高强螺栓连接时：式中：Nvub、Ncub－一个高强螺栓的最大抗剪强度和对应的板件极限承压强度：简化计算时，可忽视fub－高强螺栓最小抗拉强度；li－螺栓群形心线两侧一对螺栓的距离。②纯框架节点处的强柱弱梁条件式中：Wpc、Wpb分别为节点处
6、柱和梁的截面塑性模量；N为柱轴向压力设计值；Ac为柱截面面积；η为超强系数，一级1.15、二级1.10、三级1.05③节点域承载力验算：式中：Mpb1、Mpb2为节点两侧梁的全塑性受弯承载力4/3—由于边缘构件的存在导致的腹板抗剪强度增大系数ψ为折减系数，三、四级取0.6，一、二级取0.7(太厚不利于吸取地震能量，太薄又会增大侧移)④亦应满足节点域不失去局部稳定的板厚要求4)梁柱刚性节点的设计例题大连远洋大厦A座钢结构某节点设计〔7度〕H型梁与箱形柱栓焊混合连接(Q345钢)柱截面：□700x700x50，fy＝295MPa梁截面：H5
7、00x220x12x25，fy＝325MPa梁柱fu＝490MPa，梁净跨度ln=8.3m梁翼缘完全焊透的坡口对焊，E50，二级，ftw＝295MPa，fuw＝490MPa；梁腹板用10.9级高强螺栓摩擦型连接，喷砂μ=0.4，M22，预紧力P=190kN。梁的承载力设计值M＝655kNm、V＝298kN，梁横向荷载设计值VGb=220kN1)2)考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力损失的影响系数ABC6.3柱与柱的连接构造1)柱的截面形式2)柱－柱接头部分熔透焊缝〔用于非抗震结构〕箱形截面的工地焊接工地接头的安装耳板变截面处构造H钢边柱H钢
8、中柱箱形边柱箱形中柱非抗震结构也可接受以下的变截面构造箱形柱与十字形柱的连接6.4梁与梁连接及梁的有关构造1)梁－梁的铰接连接次梁与主梁的叠接次梁与主梁的平接2)梁－梁的刚接我国规范取：设置侧向支承点的必要性：保证梁上塑性铰转动过程中，不消灭梁的整体失稳。侧向支承杆件〔次梁或隅撑〕的要求：要有足够的强度和刚度。受压区受拉区视为压杆，不受受拉区约束：支承侧向力F≈(1%~3%)Afy/23)梁的侧向隅撑4)钢梁洞口的补强6.5柱脚1)埋入式柱脚受力特点钢柱底端直接埋入基础梁或地下室墙体传力方式轴力的1/3由底板直接传给基础，其他由栓钉承当
9、。弯矩靠与混凝土壁的挤压力平衡。2)埋入式柱脚构造3)外包式柱脚的受力特点柱底端搁置在基础顶面，基础伸出钢筋混凝土短柱将柱脚包住。钢柱与基础铰接时，轴压力通过底板和栓钉传给基础；轴拉力通过底板外伸边缘和锚栓传给基础。钢柱与基础刚接时，弯矩与剪力全部由外包钢筋混凝土短柱承当，再传给基础。栓钉起着至关重要的作用。4)外包式柱脚构造5)钢柱脚的连接承载力验算Mpc为柱的全塑性弯矩；Mu为钢柱脚连接的极限承载力①非抗震设计时，按设计内力进行计算，参见《钢结构设计理论》②抗震设计时：6.6抗侧力构件与框架的连接1)中心支撑的节点构造2)中心支撑的
10、连接承载力验算①非抗震设计时，按设计内力进行计算，参见《钢结构设计理论》②抗震设计时：3)偏心支撑的节点构造6.7节点的震害及改良1)节点的震害支撑连接节点的破坏梁－柱刚性节点的破坏美国北岭地震震害缘由：Ⅰ遗留衬板的缺口效应；Ⅱ接受了低韧性的焊接金属材料；Ⅲ安装过程中质量把握差；Ⅳ构件屈服强度的超强；Ⅴ焊缝中心处存在三向约束作用，阻挡屈服发生；2)刚性节点的改良减弱节点使塑性铰外移型加强节点使塑性铰外移型摩擦耗能节点
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