徐珂:建筑结构设计 建筑结构 一个普通结构工程师的建筑结构设计博客

钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨(四)

5   梁柱刚性节点的设计建议  上述三种方案在我国都是推荐形式,具体构造可以参见标准图集 [5],笔者在实际应用中均有实践,从现场施工人员反映,梁端削弱式与普通梁刚性连接无区别,现场比较接受;梁端加强式增加了工厂盖板工序和现场焊缝工作 量,如果梁翼缘较厚时,还需分层施焊,对施工进度有一定影响;梁端加腋式虽然焊缝要求不高,但多是斜板与翼缘焊接,位置处于梁下,操作空间有

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钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨(三)

4  节点域稳定性设计的问题  在进行强柱弱梁抗震设计时,为满足规范[1]式(8.2.5-1), (8.2.5-2),(8.2.5-6)这三项计算要求,一般会造成柱截面加大或节点域腹板加厚。如钢梁截面尺寸为H528´250´8´14,Ix= 5.45´108mm4,Wx=2.06´106mm3,Wpb=2.29&acu

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钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨(二)

3   梁柱刚性节点的主要处理形式  现在解决的方案主要有[2-4]:1)梁端削弱式;2)梁端加强式;3)梁端加腋式;4)耗能摩擦处理;5)预应力耗能。后两种方案属试验阶段,目前广泛应用的可能性很小,设计可应用的方案主要是前三种。3.1  梁端削弱式(犬骨式)方案   该方案是对靠近梁柱节点的钢梁翼缘进行圆弧削弱,在地震作用下,翼缘削弱处先于梁柱节

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钢结构住宅设计的几点总结(三)

        钢结构住宅是今后发展的一个重要方向,但钢结构仅仅是建筑中承重体系、服务部分,它不是建筑使用中的主要成分,钢结构住宅设计首先要遵循住宅建筑设计的一 般原则,然后才是发挥钢结构的优势,单纯突出钢结构而不考虑生活的舒适性、不能满足人文要求的钢结构住宅项目是没有市场的。对于钢结构住宅不能因为要推广 钢材在建筑中的应用而简单、强行在住宅结构中使用,这样作对推广钢结构住宅没有实际意义。相对而言公建、体育场馆、工业厂房等是钢结构在建筑中最能发挥其 特长的领域,近年来,我们已经深刻感觉到这种应用变化。

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钢结构住宅设计的几点总结(一)

[提要] 从设计角度分析钢结构住宅体系的特点,介绍异型钢柱住宅项目的设计思路。针对框架结构采用不同阻尼比、基础方案等问题进行数据对比分析;总结设计中常见问题注意事项;对设计标准提出不同意见。
[关键词] 钢结构住宅 结构体系 设计细节 设计标准

The paper mainly analyses the characteristic of steel structure building from design aspect, and presents the design method of structure building using abnormity steel column. Viewed to frame structure, the paper analyses and compares some questions using data based on different damp ratios, foundation projects etc. Besides, I summarize some questions that are met frequently in the process of design, and put forward some different ideas about design criterion.
Keywords:Steel structure building; structure system; design detail ;design criterion;

       一、钢结构住宅体系选择
       从已建成的钢结构住宅来看,主要有: 1)薄壁型钢组合墙板形式; 2)纯框架形式; 3)框架支撑形式; 4)型钢混凝土组合形式; 5)钢框架-混凝土抗震墙形式等等。
       这些结构形式各有特点,其中薄壁型钢组合墙板形式特别适宜定型产品,其体系是从墙板结构演变而来,即将薄壁型钢柱构件按大约600mm的间距布置形成竖向 承重结构、型钢间设支撑系统以抵抗水平力,楼板根据竖向型钢的位置布置成密肋支撑结构,因上部结构为类墙板结构,其基础根据受力情况设成条形基础,对地基 要求不高。薄壁型钢组合墙板住宅受密布结构的影响,对开间、门窗洞口、挑出构件尺寸均有一定限制。
       后面几种形式可以满足多高层住 宅设计要求,但从使用的角度都存在一个共同问题,即梁柱突出对住宅内部观感的影响。住宅相对于其它建筑有其特殊性,办公、厂房可以采用较为固定柱网,层高 也较高,其梁柱所占空间给人的感观是适宜的,柱网规则有利于梁的布置。相反住宅是一个变化多端的产品,根据建筑的要求,很少布置出规则的柱网,房内开间相 对较小、变化较多,不利于钢框架布置。由于钢材的特点,它在住宅中只能形成框架体系或桁架体系,可以说框架体系如果适用于普通住宅,钢框架必然有其大显身 手的地方,普通框架结构不能解决住宅应用问题的话,常规钢框架体系在普通住宅中应用也有相似的弱点。
       受短肢剪力墙结构的启发,笔 者在钢结构住宅设计中将钢柱设计成异型柱形式,以配合建筑变化的要求,图1是两种异型钢柱截面,根据建筑墙体厚度减去面层厚度来设定翼缘宽度,框架梁与异 型钢柱各个方向的翼缘刚接,图2为相应的节点连接详图。我们曾为北京某住宅项目三层样板间设计成异型钢柱纯框架结构,建筑采用砌块隔墙,建成后外部及室内 观感均令人满意,与该住宅成品(混凝土剪力墙结构)实际效果一致,图3是样板间实景。在工业厂房设计中经常采用异型钢柱,采用排架受力体系时,异型钢柱经 常设计成双轴对称或主受力方向单轴对称,厂房纵向采用支撑系统抵抗纵向水平力,系杆、支撑构件多连接于异型柱弱轴形心轴上,这样在结构概念设计及采用杆系 软件计算容易处理。住宅中应用异型钢柱与厂房设计还是有很大区别的,图4是厂房梁柱连接方式与住宅梁柱连接方式的简单比较,可以看出在住宅中,梁柱的截面 形心轴不在同一位置上,不符合常规设计理念,在采用杆系软件计算时无法解决偏轴问题。尽管如此,与短肢剪力墙结构相比,笔者认为异型柱是在原来较大的矩形 框架柱截面或整片混凝土墙修改为的截面面积较小的异型截面,相应地也减少了截面特性,而异型钢柱是在一个工字钢截面上增加一个T型截面,相应地是增加了弱 轴方向的截面特性,特别是将钢梁与钢柱弱轴的刚性连接节点转化为与柱翼缘连接,优于常见设计中工字钢柱在弱轴方向设外伸连接板的刚性连接,加强了工字钢柱 弱轴稳定,对结构安全是很有利的。一般认为工字钢柱弱轴刚性连接不可靠,所以在很多构造手册上建议在弱轴采用铰接框架加支撑体系或者采用钢管柱设计方案, 抗震规范[1]第8.3.4.2条也提出“柱在两个互相垂直的方向都与梁刚接时,宜采用箱形截面。当仅在一个方向刚接时,宜采用工字形截面,并将柱腹板置 于刚接框架平面内。”规范中虽然没有明确说不可采用工字钢柱弱轴与钢梁刚接,但根据抗震规范[1]第8.2.5条节点抗震承载力验算要求,弱轴连接一般是 无法满足相关条款要求的。异型工字钢柱相比箱形柱的节点加工容易、施工方便节约钢材,相比框架支撑体系减少了支撑部分的设置,从应用角度可灵活用于住宅墙 体中,满足建筑师对住宅内无外露结构构件的要求。

       笔者认为异型钢柱在结构分析中存在以下问题:1)异型钢柱全截面受力 情况分析,这里主要指在弱轴上增加T型构件,是否就相应的增加了这部分的截面特性,包括T型构件偏轴远近的影响,笔者认为钢柱类型不同,截面特性增加比例 也会不同;2)异型钢柱局部稳定性计算,这点可以参考规范中柱板件宽厚比进行控制;3)梁柱节点与钢柱形心轴偏离时整体受力分析,采用普通杆系计算软件是 不能解决这个问题的。理想的计算模型应该采用有限元整体建模方式进行内力分析, 可以解决上述问题,但建模工作量太大了。
       笔者在 设计中根据以下几个原则来确定柱截面:1)按方钢管柱方案进行结构分析,根据计算应力比结果接近0.9的情况,选定框架梁截面尺寸,根据方钢管截面特性初 选X,Y方向上工字钢截面,计算时不考虑腹板作用,初步确定异型柱截面;2)按工字钢柱方案进行结构分析,根据异型柱T型构件布置方向,设柔性支撑代替异 型柱中T型构件在工字钢弱轴上的刚度影响,按有侧移钢框架计算,调整异型钢柱中工字钢截面尺寸;完成后调整工字钢及柔性支撑布置方向,验算T型构件与工字 钢腹板组成的工字钢截面尺寸;3)根据上一步建立的模型,选取工字钢强轴所在的单榀框架进行抗震验算,只参考工字柱强轴应力计算结果,检验异型柱单向受力 是否满足;4)根据上述计算结果,手工核算梁柱节点处抗震承载能力,基础设计时考虑偏轴引起的附加弯矩;5)以普通工字钢柱和方钢管柱按无支撑框架体系分 别进行正常设计,其中钢梁按设计所选截面计算,根据合适的计算结果,统计钢柱用钢量以控制异型柱用钢量的上下限。
      上述方法没有可依据的计算公式及条文,对偏轴引起的附加弯矩对整体的影响没有更多处理,这也是笔者只在二三层住宅设计中应用,没在更高的工程里使用异型钢柱的原因。笔者提出异型钢框架方案,希望得到大家的批评指正。

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用钢结构实现古建风采(一)

Abstract The service facility of Beijing Changpuhe Park is the ancient architecture imitated, which strives for the effect of seeing ancient architectures from its appearance and the modern style from its inside, the combine of the East and the West. Its main body above ground adopts the steel structure.. This article interprets the plane of structure carrying out, the handling of special node , the defects and the improvements of this design.
Key words steel structure, ancient architecture, build, gabled frames, steel frames, node.

摘要 北京菖蒲河公园服务设施工程为仿古建筑,建筑方案力求达到“外看古建,内看现代,中西结合”的效果,地上主体采用钢结构形式。本文阐述了钢结构实施的方案,特殊节点的处理以及方案可以改进之处。
关键词 钢结构、古建、门式刚架、钢框架、节点

一.前言
       中国历史悠久,文化源远流长,房屋建筑也是其中的一个重要分脉。中国的古建筑已经成为世界上独具特色的一门建筑科学,是世界建筑艺术宝库中的一颗璀璨的明珠。
近 年来随着我国钢产量连年增加,钢结构因其有强度高、韧性好、构件制作工厂化、现场安装快捷、抗震性能好等特点,在建筑领域内使用的范围越来越广,高层钢结 构、空间网架网壳结构、轻型门式刚架、多层框架等结构体系在各种建筑中的应用比例也越来越大,但钢结构在仿古建筑中的应用不是很多,业内人士在这方面的探 讨也相对较少。现结合我们前一阶段做的北京菖蒲河公园服务设施工程,讨论一下钢结构在仿古建筑中的应用。

二.工程简介
        本工程位于北京市东城区南河沿街与劳动人民文化宫东墙之间,南临小苏州胡同、西库司胡同及菖蒲河沿,地理位置优越。由西向东共分为四部分—皇城博物馆、西 餐厅、园林食府、咖啡厅;总建筑面积约14397m2,其中地上为8082m2。各部分的地下室为混凝土结构常规做法,其中基础为梁板式筏基,顶板为混凝 土梁板结构。于地下室顶板柱顶预埋钢结构柱脚锚栓,地上钢结构体系为双向有侧移框架,柱脚为铰接。屋面为传统古建屋面做法,外围护墙采用轻质砌块;局部二 层楼板为现浇钢筋混凝土楼板,通过钢梁上的抗剪栓钉与钢梁可靠连接。(见图1)

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