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装配式钢结构体系:适宜性考虑因素解析

时间:2023-10-09 理论教育 版权反馈
【摘要】:条文解读▲5.2.5装配式钢结构建筑应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别和施工技术条件等因素考虑其适宜的钢结构体系。

装配式钢结构体系:适宜性考虑因素解析

5.2.1 装配式钢结构建筑结构设计应符合下列规定:

(1)装配式钢结构建筑的结构设计应符合现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的规定,结构的设计使用年限不应少于50年,其安全等级不应低于二级。

(2)装配式钢结构建筑荷载和效应的标准值、荷载分项系数、荷载效应组合、组合值系数应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定。

(3)装配式钢结构建筑应按现行国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的规定确定其抗震设防类别,并应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011进行抗震设计。

(4)装配式钢结构的结构构件设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定。

条文解读

5.2.1

本条采用直接引用的方法,规定了装配式钢结构建筑的结构设计必须遵守的规范,保证结构安全可靠。

条文链接5.2.1

根据《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153的有关规定:

结构应满足下列功能要求:

(1)能承受在施工和使用期间可能出现的各种作用。

(2)保持良好的使用性能。

(3)具有足够的耐久性能。

(4)当发生火灾时,在规定的时间内可保持足够的承载力

(5)当发生爆炸、撞击、人为错误等偶然事件时,结构能保持必需的整体稳固性,不出现与起因不相称的破坏后果,防止出现结构的连续倒塌。

根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223的有关规定:

建筑工程应分为以下四个抗震设防类别:

(1)特殊设防类:指使用上有特殊设施,涉及国家公共安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特别重大灾害后果,需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。

(2)重点设防类:指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的生命线相关建筑,以及地震时可能导致大量人员伤亡等重大灾害后果,需要提高设防标准的建筑。简称乙类。

(3)标准设防类:指大量的除(1)(2)(4)款以外按标准要求进行设防的建筑。简称丙类。

(4)适度设防类:指使用上人员稀少且震损不致产生次生灾害,允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。

5.2.2 钢材牌号、质量等级及其性能要求应根据构件重要性和荷载特征、结构形式和连接方法、应力状态、工作环境以及钢材品种和板件厚度等因素确定,并应在设计文件中完整注明钢材的技术要求。钢材性能应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017及其他有关标准的规定。有条件时,可采用耐候钢、耐火钢、高强钢等高性能钢材。

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5.2.2

本条依据相关设计规范和工程经验,结合装配式钢结构建筑的用钢特点,提出了选材时应综合考虑的诸要素。

作为工程重要依据,在设计文件中应完整地注明对钢材和连接材料的技术要求,包括牌号、型号、质量等级、力学性能和化学成分、附加保证性能和复验要求,以及应遵循的技术标准等。

条文链接5.2.2

根据《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定:

(1)承重结构应按下列承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计:

1)承载能力极限状态包括:构件和连接的强度破坏、疲劳破坏和因过度变形而不适于继续承载,结构和构件丧失稳定,结构转变为机动体系和结构倾覆。

2)正常使用极限状态包括:影响结构、构件和非结构构件正常使用或外观的变形,影响正常使用的振动,影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括混凝土裂缝)。

(2)设计钢结构时,应根据结构破坏可能产生的后果,采用不同的安全等级。

一般工业与民用建筑钢结构的安全等级应取为二级,其他特殊建筑钢结构的安全等级应根据具体情况另行确定。

(3)按承载能力极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的基本组合,必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。

按正常使用极限状态设计钢结构时,应考虑荷载效应的标准组合,对钢与混凝土组合梁,尚应考虑准永久组合。

(4)计算结构或构件的强度、稳定性以及连接的强度时,应采用荷载设计值(荷载标准值乘以荷载分项系数);计算疲劳时,应采用荷载标准值。

5.2.3 装配式钢结构建筑的结构体系应符合下列规定:

(1)应具有明确的计算简图和合理的传力路径。

(2)应具有适宜的承载能力、刚度及耗能能力。

(3)应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受重力荷载、风荷载和地震作用的能力。

(4)对薄弱部位应采取有效的加强措施。

5.2.4 装配式钢结构建筑的结构布置应符合下列规定:

(1)结构平面布置宜规则、对称。

(2)结构竖向布置宜保持刚度、质量变化均匀。

(3)结构布置应考虑温度作用、地震作用或不均匀沉降等效应的不利影响,当设置伸缩缝、防震缝或沉降缝时。应满足相应的功能要求。

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5.2.3~5.2.4

无论采用何种结构体系,结构的平面和竖向布置都应使结构具有合理的刚度、质量和承载力分布,避免因局部突变和扭转效应而形成薄弱部位;对可能出现的薄弱部位,在设计中应采取有效措施,增强其抗震能力;结构宜具有多道防线,避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构丧失承受水平风荷载、地震作用和重力荷载的能力。

5.2.5 装配式钢结构建筑可根据建筑功能、建筑高度以及抗震设防烈度等选择下列结构体系:

(1)钢框架结构。

(2)钢框架-支撑结构。

(3)钢框架-延性墙板结构。

(4)筒体结构。

(5)巨型结构。

(6)交错桁架结构。

(7)门式刚架结构。

(8)低层冷弯薄壁型钢结构。

当有可靠依据,通过相关论证,也可采用其他结构体系,包括新型构件和节点。

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5.2.5

装配式钢结构建筑应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别和施工技术条件等因素考虑其适宜的钢结构体系。除此之外,建筑类型也对结构体系的选型至关重要。

当有理论研究基础,其他新型构件和节点,及新型结构体系也可通过论证的方法来推广试点采用。

5.2.6 重点设防类和标准设防类多高层装配式钢结构建筑适用的最大高度应符合表2-4的规定。

2-4 多高层装配式钢结构适用的最大高度 (单位:m)

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注:1.房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分)。

2.超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。

3.交错桁架结构不得用于9度区。

4.柱子可采用钢柱或钢管混凝土柱。

5.特殊设防类,6、7、8度时宜按本地区抗震设防烈度提高一度后符合本表要求,9度时应做专门研究。

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5.2.6

钢框架结构一般来讲比较经济的高度为30m以下,大于30m的建筑应增设支撑来提高经济性。

另外,如果选取了全螺栓连接的半刚接节点或其他新型节点,则所适用的最大高度也应该相应降低。

5.2.7 多高层装配式钢结构建筑的高宽比不宜大于表2-5的规定。

2-5 多高层装配式钢结构建筑适用的最大高宽比

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注:1.计算高宽比的高度从室外地面算起。

2.当塔形建筑底部有大底盘时,计算高宽比的高度从大底盘顶部算起。

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5.2.7

装配式钢结构建筑的高宽比,是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制;在结构设计满足规定的承载力、稳定、抗倾覆、变形和舒适度等基本要求后,仅从结构安全角度讲高宽比限值不是必须满足的条件,高宽比限值主要影响结构设计的经济性。

5.2.8 在风荷载或多遇地震标准值作用下,弹性层间位移角不宜大于1/250(采用钢管混凝土柱时不宜大于1/300)。装配式钢结构住宅在风荷载标准值作用下的弹性层间位移角尚不应大于1/300,屋顶水平位移与建筑高度之比不宜大于1/450。

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5.2.8

住宅建筑对舒适度的要求比较高,因此对于在风荷载作用下的层间位移角要有所控制,规定了1/300的限值。并且为了避免风荷载下较高楼层的位移过大,规定了水平位移和建筑高度之比的限值。

5.2.9 高度不小于80m的装配式钢结构住宅以及高度不小于150m的其他装配式钢结构建筑应进行风振舒适度验算。在现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的10年一遇的风荷载标准值作用下,结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度计算值不应大于表2-6中的限值。结构顶点的顺风向和横风向振动最大加速度,可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定计算,也可通过风洞试验结果确定。计算时钢结构阻尼比宜取0.01~0.015。

2-6 结构顶点的顺风向和横风向风振加速度限值

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条文解读

5.2.9

计算舒适度时结构阻尼比的取值影响较大,一般情况下,房屋高度为80~100m的钢结构阻尼比取0.015,房屋高度大于100m的钢结构阻尼比取0.01。

条文链接5.2.9

根据《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定:

体型和质量沿高度均匀分布高层建筑,顺风向风振加速度可按下式计算:

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式中 aD,z——高层建筑z高度顺风向风振加速度(m/s2);

g——峰值因子,可取2.5;

I10——10m高度名义湍流度,对应A、B、C和D类地面粗糙度,可分别取0.12、0.14、0.23和0.39;

ωR——重现期为R年的风压(kN/m2);

B——迎风面宽度(m);

m——结构单位高度质量(t/m);

μz——风压高度变化系数;

μs——风荷载体型系数;

Bz——脉动风荷载的背景分量因子;

ηa——顺风向风振加速度的脉动系数。

5.2.10 多高层装配式钢结构建筑的整体稳定性应符合下列规定:

(1)框架结构应符合下式规定:

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(2)框架-支撑结构、框架延性墙板结构、筒体结构、巨型结构和交错桁架结构应符合下式规定:

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式中 Di——第i楼层的抗侧刚度(kN/mm),可取该层剪力与层间位移的比值;

hi——第i楼层层高(mm);

GiGj——分别为第ij楼层重力荷载设计值(kN),取1.2倍的永久荷载标准值与1.4倍的楼面可变荷载标准值的组合值;

H——房屋高度(mm);

EJd——结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度(kN·mm2),可按倒三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则,将结构的侧向刚度折算为竖向悬臂受弯构件的等效侧向刚度,当延性墙板采用混凝土墙板时,刚度应适当折减。

5.2.11 门式刚架结构的设计、制作、安装和验收应符合现行国家标准《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022的规定。

条文链接5.2.11

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022的有关规定:

门式刚架轻型房屋钢结构在安装过程中,应根据设计和施工工况要求,采取措施保证结构整体稳固性。

5.2.12 冷弯薄壁型钢结构的设计、制作、安装和验收应符合现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》JGJ 227的规定。

条文链接5.2.12

根据《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》JGJ 227的有关规定:

(1)冷弯薄壁型钢钢材强度设计值应按表2-7的规定采用。

2-7 冷弯薄壁型钢钢材的强度设计值 (N/mm2

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(2)冷弯薄壁型钢结构承重构件的壁厚不应小于0.6mm,主要承重构件的壁厚不应小于0.75mm。

(3)建筑中的下列部位应采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体墙和楼板与其他部位分隔:

1)配电室、锅炉房、机动车库。

2)资料库(室)、档案库(室)、仓储室。

3)公共厨房

5.2.13 钢框架结构的设计应符合下列规定:

(1)钢框架结构设计应符合国家现行有关标准的规定,高层装配式钢结构建筑尚应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的规定。

(2)梁柱连接可采用带悬臂梁段、翼缘焊接腹板栓接或全焊接连接形式(图2-1a~图2-1d);抗震等级为一、二级时,梁与柱的连接宜采用加强型连接(图2-1c~图2-1d);当有可靠依据时,也可采用端板螺栓连接的形式(图2-1e)。

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图2-1 梁柱连接节点

a)带悬臂梁端的栓焊连接 b)带悬臂梁段的螺栓连接 c)梁翼缘局部加宽式连接

1—柱 2—梁 3—高强度螺栓 4—悬臂段

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图2-1 梁柱连接节点(续)

d)梁翼缘扩翼式连接 e)外伸式端板螺栓连接

1—柱 2—梁 3—高强度螺栓 4—悬臂段

(3)钢柱的拼接可采用焊接或螺栓连接的形式(图2-2、图2-3)。

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图2-2 箱形柱的焊接拼接连接(左:轴测图;右:侧视图)

1—上柱隔板 2—焊接衬板 3—柱顶端隔板 4—柱

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图2-3 H形柱的螺栓拼接连接(左:轴测图;右:俯视图)

1—柱 2—高强度螺栓

(4)在可能出现塑性铰处,梁的上下翼缘均应设侧向支撑(图2-4),当钢梁上铺设装配整体式或整体式楼板且进行可靠连接时,上翼缘可不设侧向支撑。

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图2-4 梁下翼缘侧向支撑

a)侧向支撑为隅撑 b)侧向支撑为加劲肋

(5)框架柱截面可采用异形组合截面,其设计要求应符合国家现行标准的规定。

条文解读

5.2.13

(1)梁翼缘加强型节点塑性铰外移的设计原理如图2-5所示。通过在梁上下翼缘局部焊接钢板或加大截面,可达到提高节点延性、在罕遇地震作用下获得在远离梁柱节点处梁截面塑性发展的设计目标。

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图2-5 梁翼缘加强型节点塑性铰外移的设计原理

a)梁加强式节点设计原理 b)柱翼缘表面弯矩计算原理

1—翼缘板(盖板)抗弯承载力 2—侧板(扩翼式)抗弯承载力 3—钢梁抗弯承载力 4—外荷载产生弯矩

a—加强板 b—塑性铰

(2)框架梁在预估的罕遇地震作用下,在可能出现塑性铰的截面(为梁端和集中力作用处)附近均应设置侧向支撑,可以采用增设次梁、隅撑或加劲肋的方式实现侧向支撑。在住宅建筑中,为避免影响使用功能,优先选用增设加劲肋的方式,此时加劲肋所抵抗的侧向力应按照现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99来确定。因为地震作用方向变化,塑性铰弯矩的方向也随之发生变化,故要求梁的上下翼缘均应设侧向支撑。如梁上翼缘整体稳定性有保证,可仅在下翼缘设支撑。(www.xing528.com)

(3)装配式钢结构建筑框架柱可选用异形组合截面,并应满足国家现行标准的规定;当没有规定时,应进行专项审查,通过后,方可采用。常见的异形组合截面如图2-6所示。

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图2-6 异形组合截面

a)H形、矩形组合截面 b)矩形异形柱(墙)组合截面 c)矩形组合截面

条文链接5.2.13

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定:

(1)钢框架抗侧力构件的梁与柱连接应符合下列规定:

1)梁与H形柱(绕强轴)刚性连接以及梁与箱形柱或圆管柱刚性连接时,弯矩由梁翼缘和腹板受弯区的连接承受,剪力由腹板受剪区的连接承受。

2)梁与柱的连接宜采用翼缘焊接和腹板高强度螺栓连接的形式,也可采用全焊接连接。一、二级时梁与柱宜采用加强型连接或骨式连接。

3)梁腹板用高强度螺栓连接时,应先确定腹板受弯区的高度,并应对设置于连接板上的螺栓进行合理布置,再分别计算腹板连接的受弯承载力和受剪承载力。

(2)梁与柱刚性连接时,梁翼缘与柱的连接、框架柱的拼接、外露式柱脚的柱身与底板的连接以及伸臂桁架等重要受拉构件的拼接,均应采用一级全熔透焊缝,其他全熔透焊缝为二级。非熔透的角焊缝和部分熔透的对接与角接组合焊缝的外观质量标准应为二级。现场一级焊缝宜采用气体保护焊。

焊缝的坡口形式和尺寸,宜根据板厚和施工条件,按现行国家标准《钢结构焊接规范》GB 50661的要求选用。

5.2.14 钢框架结构的设计应符合下列规定:

(1)钢框架支撑结构设计应符合国家现行标准的有关规定,高层装配式钢结构建筑的设计尚应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的规定。

(2)高层民用建筑钢结构的中心支撑宜采用:十字交叉斜杆(图2-7a),单斜杆(图2-7b)人字形斜杆(图2-7c)或V形斜杆体系;不得采用K形斜杆体系(图2-7d);中心支撑斜杆的轴线应交汇于框架梁柱的轴线上。

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图2-7 中心支撑类型

a)十字交叉斜杆 b)单斜杆 c)人字形斜杆 d)K形斜杆

(3)偏心支撑框架中的支撑斜杆,应至少有一端与梁连接,并在支撑与梁交点和柱之间,或支撑同一跨内的另一支撑与梁交点之间形成消能梁段(图2-8)。

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图2-8 偏心支撑框架立面图

1—消能梁段

(4)抗震等级为四级时,支撑可采用拉杆设计,其长细比不应大于180;拉杆设计的支撑应同时设不同倾斜方向的两组单斜杆。且每层不同倾斜方向单斜杆的截面面积在水平方向的投影面积之差不得大于10%。

(5)当支撑翼缘朝向框架平面外,且采用支托式连接时(图2-9a、b),其平面外计算长度可取轴线长度的0.7倍;当支撑腹板位于框架平面内时(图2-9c、d),其平面外计算长度可取轴线长度的0.9倍。

(6)当支撑采用节点板进行连接(图2-10)时,在支撑端部与节点板约束点连线之间应留有2倍节点板厚的间隙,节点板约束点连线应与支撑杆轴线垂直,且应进行下列验算:

1)支撑与节点板间的连接强度验算。

2)节点板自身的强度和稳定验算。

3)连接板与梁柱间焊缝的强度验算。

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图2-9 支撑与框架的连接

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图2-10 组合支撑杆件端部与单壁节点板的连接

1—约束点连线 2—单壁节点板 3—支撑杆 t—节点板的厚度

(7)对于装配式钢结构建筑,当消能梁段与支撑连接的下翼缘处无法设置侧向支撑时,应采取其他可靠措施保证连接处能够承受不小于梁段下翼缘轴向极限承载力6%的侧向集中力。

条文解读

5.2.14

对钢框架支撑结构的设计作如下说明:

(1)H形截面支撑腹板位于框架平面内时的计算长度系数,是根据主梁上翼缘有混凝土楼板、下翼缘有隅撑等情况提出来的。

(2)在支撑端部与节点板约束点连线之间应留有2倍节点板厚的间隙,这是为了防止支撑屈曲后对节点板的承载力有影响。

(3)现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99规定,消能梁段两端应设置侧向支撑,以便承受平面外扭转作用。但实际住宅建筑中,由于使用功能的要求很多位置不能设置侧向支撑,因此要采用其他加强措施来保证这个位置的梁不发生平面外失稳。

条文链接5.2.14

参考第二部分5.2.13条的条文链接。

5.2.15 钢框架-延性墙板结构的设计应符合下列规定:

(1)钢板剪力墙和钢板组合剪力墙设计应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99和《钢板剪力墙技术规程》JGJ/T 380的规定。

(2)内嵌竖缝混凝土剪力墙设计应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的规定。

(3)当采用钢板剪力墙时,应计入竖向荷载对钢板剪力墙性能的不利影响。当采用竖缝钢板剪力墙且房屋层数不超过18层时,可不计入竖向荷载对竖缝钢板剪力墙性能的不利影响。

条文解读

5.2.15

为了减小竖向荷载对钢板剪力墙受力性能的影响,可以在整体结构的楼板浇筑完成之后,再进行钢板剪力墙的安装。当钢板剪力墙与主体结构同步安装时,宜考虑后期施工对钢板剪力墙受力性能产生的不利影响,可在结构计算中将墙板厚度tw折减为φtw来考虑二者同步施工的影响。折减系数可按下列公式计算:

φ=1-x

x=100Δ/H

式中 x——主体结构在钢板剪力墙所在楼层的层间竖向压缩变形平均值Δ与层高H比值的100倍。

上述计算公式依据对不同厚度的非加劲钢板剪力墙的数值分析结果拟合得到。对于高层混凝土结构和钢结构,宜符合下式规定:

Δ/H≤0.2%

开缝钢板剪力墙不与框架柱而仅与框架梁通过螺栓连接,螺栓一般在主体结构施工完成后再予拧紧,从而使钢板剪力墙在实际使用中仅承受少量装修荷载和活荷载;根据宝钢同济大学的实验研究,开缝钢板剪力墙具有较大的竖向荷载承受能力,完全可以承受18层建筑所累积的装修荷载和活荷载。

条文链接5.2.15

根据《钢板剪力墙技术规程》JGJ/T 380的有关规定:

钢板剪力墙的设计应符合下列规定:

(1)钢板剪力墙的节点,不应先于钢板剪力墙和框架梁柱破坏。

(2)与钢板剪力墙相连周边框架梁柱腹板厚度不应小于钢板剪力墙厚度。

(3)钢板剪力墙上开设洞口时应按等效原则予以补强。

5.2.16 交错桁架结构的设计应符合下列规定:

(1)交错桁架钢结构的设计应符合现行行业标准《交错桁架钢结构设计规程》JGJ/T 329的规定。

(2)当横向框架为奇数榀时,应控制层间刚度比;当横向框架设置为偶数榀时,应控制水平荷载作用下的偏心影响。

(3)桁架可采用混合桁架(图2-11a)和空腹桁架(图2-11b)两种形式,设置走廊处可不设斜杆。

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图2-11 桁架形式

a)混合桁架 b)空腹桁架

(4)当底层局部无落地桁架时,应在底层对应轴线及相邻两侧设横向支撑(图2-12),横向支撑不宜承受竖向荷载。

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图2-12 支撑、吊杆、立柱

a)第二层设桁架时支撑做法 b)第三层设桁架时支撑做法

1—顶层立柱 2—二层吊杆 3—横向支撑

(5)交错桁架的纵向可采用钢框架结构、钢框架支撑结构、钢框架-延性墙板结构或其他可靠的结构形式。

条文解读

5.2.16

交错桁架钢结构体系宜用于横向跨度大、纵向狭长带中间走廊的建筑类型,平面布置宜采用矩形,也可布置成L形、T形、环形平面。由于桁架交错布置,标准层可提供两跨面宽、一跨进深的大空间,但上下层大空间为交错布置,建筑设计应结合此特点进行设计。在顶层无桁架的轴线上需设立柱支承屋面结构,顶层不宜布置大空间功能。

底层需布置超大空间时,可不设置落地桁架,但因为柱子的抗侧移能力不足,底层对应部位应设横向斜撑抵抗层间剪力,且二层无桁架轴线需设吊杆支承楼面。横向支撑承受竖向荷载后会导致截面比较大,影响建筑美观;横向支撑的主要作用是抵抗水平荷载,可以在二层桁架上下弦杆处楼板施工完成后再安装横向支撑。

条文链接5.2.16

根据《交错桁架钢结构设计规程》JGJ/T329的有关规定:

结构构件承载能力计算应满足下列公式要求:

不考虑地震作用时,γ0SdRd

考虑多遇地震作用时,SERd/γRE

式中 γ0——结构重要性系数;

Sd——不考虑地震作用时,荷载效应组合的设计值(kN);

SE——考虑多遇地震作用时,荷载和地震作用效应组合的设计值(kN);

Rd——结构抗力(kN);

γRE——承载力抗震调整系数,对钢柱、钢管混凝土柱及桁架取0.8,节点板件、连接焊缝及螺栓取0.8。

5.2.17 装配式钢结构建筑构件之间的连接设计应符合下列规定:

(1)抗震设计时,连接设计应符合构造要求,并应按弹塑性设计,连接的极限承载力应大于构件的全塑性承载力。

(2)装配式钢结构建筑构件的连接宜采用螺栓连接,也可采用焊接。

(3)有可靠依据时,梁柱可采用全螺栓的半刚性连接,此时结构计算应计入节点转动对刚度的影响。

条文解读

5.2.17

对构件之间的连接作如下说明:

(1)此条主要针对采用梁柱刚性连接时的完全强度连接(即连接的设计强度不小于梁的设计强度)提出。对于全螺栓连接节点,如外伸式端板连接节点,当按照刚性连接设计时,可以设计为完全强度连接或部分强度连接(即连接的设计强度仅满足设计承载需求而小于梁的设计强度)。当外伸式端板连接节点设计为完全强度连接时,应满足此条文要求,即螺栓连接的极限承载力应大于梁的全截面塑性承载力。当外伸式端板连接节点设计为部分强度连接时,一般情况下不能满足此条要求;但根据已有研究的结果,部分强度连接的外伸式端板连接节点在达到节点承载力之后,虽然一般不能实现梁截面屈服形成塑性铰耗能,但通过充分发展端板弯曲变形仍可以得到较大的节点转角并实现较为充分的能量耗散,同样可以得到较好的抗震性能;因此,对于采用部分强度连接的外伸式端板连接节点可不满足此条要求,而按照“强连接弱板件”的原则进行设计,即控制螺栓连接的设计承载力大于端板屈服的设计承载力,并保证螺栓连接的极限承载力大于端板全截面屈服对应的承载力。

(2)连接构造应体现装配化的特点,尽可能做到人工少、安装快。现场施工中,应优先选用螺栓连接,少采用现场焊接及湿作业量大的连接。比如在满足承载力和构造要求的前提下,应优先选用外露式的钢柱脚,钢柱脚可采用预埋锚栓与柱脚板连接的外露式做法。

(3)在有可靠依据时,梁柱的连接可采用半刚性连接,但必须满足承载力和延性的要求,一般要求连接的极限转角达到0.02rad时,节点抗弯承载力的下降值不超过15%。

条文链接5.2.17

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定:

(1)高层民用建筑钢结构承重构件的螺栓连接,应采用高强度螺栓摩擦型连接。考虑罕遇地震时连接滑移,螺栓杆与孔壁接触,极限承载力按承压型连接计算。

(2)高强度螺栓连接受拉或受剪时的极限承载力,应按本规程附录F的规定计算。

5.2.18 装配式钢结构建筑的楼板应符合下列规定:

(1)楼板可选用工业化程度高的压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板、预制混凝土叠合楼板及预制预应力空心楼板等。

(2)楼板应与土体结构可靠连接,保证楼盖的整体牢固性。

(3)抗震设防烈度为6、7度且房屋高度不超过50m时,可采用装配式楼板(全预制楼板)或其他轻型楼盖,但应采取下列措施之一保证楼板的整体性:

1)设置水平支撑。

2)采取有效措施保证预制板之间的可靠连接。

(4)装配式钢结构建筑可采用装配整体式楼板,但应适当降低表2-1中的最大高度。

(5)楼盖舒适度应符合现行行业标准《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的规定。

条文解读

5.2.18

整体式楼板包括普通现浇楼板、压型钢板组合楼板、钢筋桁架楼承板组合楼板等;装配整体式楼板包括钢筋桁架混凝土叠合楼板、预制混凝土叠合楼板;装配式楼板包括预制预应力空心板叠合楼板(SP板)、预制蒸压加气混凝土楼板等。

无论采用何种楼板,均应该保证楼板的整体牢固性,保证楼板与钢结构的可靠连接,具体可以采取在楼板与钢梁之间设置抗剪连接件,将楼板预埋件与钢梁焊接等措施来实现。全预制的装配式楼板的整体性能较差,因此需要采取更强的措施来保证楼盖的整体性。对于装配整体式的叠合板,一般当现浇的叠合层厚度大于80mm时,其整体性与整体式楼板的差别不大,因此可以适用于更高的高度。

条文链接5.2.18

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99的有关规定:

楼盖结构应具有适宜的舒适度。楼盖结构的竖向振动频率不宜小于3Hz,竖向振动加速度峰值不应大于表2-8的限值。楼盖结构竖向振动加速度可按现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3的有关规定计算。

2-8 楼盖竖向振动加速度限值

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注:楼盖结构竖向频率为2~4Hz时,峰值加速度限值可按线性插值选取。

5.2.19 装配式钢结构建筑的楼梯应符合下列规定:

(1)宜采用装配式混凝土楼梯或钢楼梯。

(2)楼梯与主体结构宜采用不传递水平作用的连接形式。

条文解读

5.2.19

钢结构抗侧刚度较小,而楼梯的刚度比较大,楼梯参与抗侧力会对结构带来附加偏心等方面的问题,因此楼梯与主体结构宜采用不传递水平力的连接形式,具体措施可以通过连接螺栓开长圆孔、设置聚四氟乙烯板等方式实现。

5.2.20 地下室和基础应符合下列规定:

(1)当建筑高度超过50m时,宜设置地下室;当采用天然地基时,其基础埋置深度不宜小于房屋总高度的1/15;当采用桩基时,桩承台埋深不宜小于房屋总高度的1/20。

(2)设置地下室时,竖向连续布置的支撑、延性墙板等抗侧力构件应延伸至基础。

(3)当地下室不少于两层,且嵌固端在地下室顶板时,延伸至地下室底板的钢柱脚可采用铰接或刚接。

条文解读

5.2.20

对多高层装配式钢结构建筑的地下室和基础作如下说明:

(1)规定基础最小埋置深度,目的是使基础有足够大的抗倾覆能力。抗震设防烈度高时埋置深度应取较大值。

(2)一般情况下,支撑、延性墙板等抗侧力构件应连续布置,宜避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变,原则上支撑、延性墙板等抗侧力构件需延伸至基础。当地下室对于局部抗侧力构件的设置有影响时,可移动至邻近位置,并应采取加强措施,保证水平力的可靠传递,地下室顶板宜为嵌固端。

(3)柱上的最大弯矩出现在地下室顶板的嵌固端位置,当地下室层数不小于两层时,柱脚的弯矩将明显减小,因此柱脚可设置为铰接,但应注意节点构造应满足铰接节点的相关要求。

5.2.21 当抗震设防烈度为8度及以上时,装配式钢结构建筑可采用隔震或消能减震结构,并应按国家现行标准《建筑抗震设计规范》GB 50011和《建筑消能减震技术规程》JGJ 297的规定执行。

条文链接5.2.21

根据《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关规定:

隔震和消能减震设计时,隔震装置和消能部件应符合下列要求:

(1)隔震装置和消能部件的性能参数应经试验确定。

(2)隔震装置和消能部件的设置部位,应采取便于检查和替换的措施。

(3)设计文件上应注明对隔震装置和消能部件的性能要求,安装前应按规定进行检测,确保性能符合要求。

5.2.22 钢结构应进行防火和防腐设计,并应按国家现行标准《建筑设计防火规范》GB 50016及《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJ/T 251的规定执行。

条文链接5.2.22

根据《建筑钢结构防腐蚀技术规程》JGJ/T 251的有关规定:

在大气腐蚀环境下,建筑钢结构设计应符合下列规定:

(1)结构类型、布置和构造的选择应满足下列要求:

1)应有利于提高结构自身的抗腐蚀能力。

2)应能有效避免腐蚀介质在构件表面的积聚。

3)应便于防护层施工和使用过程中的维护和检查。

(2)腐蚀性等级为Ⅳ、Ⅴ或Ⅵ级时,桁架、柱、主梁等重要受力构件不应采用格构式构件和冷弯薄壁型钢。

(3)钢结构杆件应采用实腹式或闭口截面,闭口截面端部应进行封闭;封闭截面进行热镀浸锌时,应采取开孔防爆措施。腐蚀性等级为Ⅳ、Ⅴ或Ⅵ级时,钢结构杆件截面不应采用由双角钢组成的T形截面和由双槽钢组成的工形截面。

(4)钢结构杆件采用钢板组合时,截面的最小厚度不应小于6mm;采用闭口截面杆件时,截面的最小厚度不应小于4mm;采用角钢时,截面的最小厚度不应小于5mm。

(5)门式刚架构件宜采用热轧H型钢;当采用T型钢或钢板组合时,应采用双面连续焊缝。

(6)网架结构宜采用管形截面、球形节点。腐蚀性等级为Ⅳ、Ⅴ或Ⅵ级时,应采用焊接连接的空心球节点。当采用螺栓球节点时,杆件与螺栓球的接缝应采用密封材料填嵌严密,多余螺栓孔应封堵。

(7)不同金属材料接触的部位,应采取隔离措施。

(8)桁架、柱、主梁等重要钢构件和闭口截面杆件的焊缝,应采用连续焊缝。角焊缝的焊脚尺寸不应小于8mm;当杆件厚度小于8mm时,焊脚尺寸不应小于杆件厚度。加劲肋应切角,切角的尺寸应满足排水、施工维修要求。

(9)焊条、螺栓、垫圈、节点板等连接构件的耐腐蚀性能,不应低于主体材料。螺栓直径不应小于12mm。垫圈不应采用弹簧垫圈。螺栓、螺母和垫圈应采用热镀浸锌防护,安装后再采用与主体结构相同的防腐蚀措施。

(10)高强度螺栓构件连接处接触面的除锈等级,不应低于978-7-111-58324-0-Chapter02-25.jpg,并宜涂无机富锌涂料;连接处的缝隙,应嵌刮耐腐蚀密封膏。

(11)钢柱柱脚应置于混凝土基础上,基础顶面宜高出地面不小于300mm。

(12)当腐蚀性等级为Ⅵ级时,重要构件宜选用耐候钢。

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