偏心Y型支撑设计.doc

钢支撑的设计

偏心Y支撑的设计
一、结构方案
该框架为5层，层高为4.2m。框架的平面布置简图：

二、支撑的初步设计
⑴.设防烈度由7度提高到8度时楼层的最大剪力之差计算：
在设防烈度为7度时的地震作用力和层间剪力：

在设防烈度为8度时的地震作用力和层间剪力：

底层的层间剪力最大，7度与8度的最底层的层间剪力相差:
⊿Y=5429.1-2714.5=2714.6KN

⑵偏心Y支撑各截面设计
①楼层偏心Y支撑的布置形式：

假定：
由7度提高到8度时，底层楼层增大的层间剪力有偏心Y支撑承担
所以，
底层一个偏心Y支撑所承担的剪力⊿Y/3=904.8kN
②耗能梁截面的设计
耗能梁段截面高度初选为H=360mm
翼缘厚度选为 =24㎜
由于梁的截面宽度为360㎜，所以耗能梁的翼缘宽度最大不超过360㎜。所以耗能梁的翼缘宽度初步选为300㎜。
假定偏心Y支撑的屈服剪力等于⊿Y/3，偏心Y支撑的屈服剪力
令：⊿Y/3==
耗能梁段截面腹板的厚度，取=18㎜
耗能梁段的长度应满足耗能梁段为剪切屈服型的要求，所以：

取耗能梁段长度a=900mm。
所以耗能梁的截面初选为：，长度为a=900㎜.

③支撑截面初选为

⑶带入偏心Y支撑的原型结构验算
① 原型结构在水平地震作用下的承载力验算：

② 原型结构的层间位移角验算

⑷偏心Y支撑的验算
（Ⅰ）耗能梁段板件宽厚比验算：
翼缘外伸部分宽厚比；
腹板宽厚比；
翼缘和腹板均符合表4.4 中相关规范对板件宽厚比的要求。

表4.4 相关规范对耗能梁段板件宽厚Ⅰ比限值
规 范
板 件
宽厚比限值
“高钢规程”的规定
翼缘外伸部分
8
腹板

“抗震规范”(GB50011-2010)的规定
翼缘外伸部分
8
腹板
当时

当时

注：1．表列数值适用于Q235钢，其他钢材应乘以；
2． 表中、与N、A含义相同，分别为耗能梁段轴力设计值与截面面积。
(Ⅱ) 耗能梁段加劲肋设置

加劲肋布置图
为了有效防止腹板过早屈曲，充分发挥腹板的抗剪能力，同时减少由于腹板在罕遇地震作用下反复屈曲变形而产生刚度退化，需在耗能段腹板设置加劲肋。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中对腹板的加劲肋设置的相关规定，取加劲肋尺寸为280×134×12。加劲肋布置图如图4.4 所示。
（Ⅲ）耗能梁段强度验算
取内填Y型钢支撑混凝土框架结构增设支撑处的一榀5层3跨框架，利用软件SAP2000计算该框架在8度多遇地震下的内力分布如图所示。
从下图可以看出，结构中Y型钢支撑耗能梁段的最大剪力Q=kN，最大弯矩M=kN·m。
腹板强度验算
腹板强度计算公式：
(4-2)

剪力图(kN)

弯矩图(kN·m)
图4.6 内力分布图

其中，为耗能段剪力设计值；为系数，可取0.9；为耗能段承载力抗震调整系数，按《抗震设计规范》GB 50011取0.85。

故耗能梁段腹板强度满足强度要求。

翼缘强度验算
翼缘强度计算公式：
(4-3)
其中，为耗能梁段的弯矩设计值；为梁段截面抵抗矩；为钢材强度设计值。
Y型钢支撑中的耗能梁段轴力较小，因此设；则：
故此耗能梁段翼缘满足强度要求。

（Ⅳ）支撑截面验算
支撑截面取为H360×360×18×24。
偏心支撑框架的设计意图是通过耗能梁段的剪切屈服进行能量耗散，而保证支撑不屈曲。根据《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)规定：支撑的设计抗轴压能力至少应为耗能梁段达到屈服强度时支撑轴力的1.6倍，这样才能保证耗能梁段进入非弹性变形而支撑不屈曲。
支撑的简化计算模型如图4.5 所示。

图4.5 支撑简化计算图
耗能梁段达到屈服强度时支撑收到剪力为：
考虑到Q235钢材的实际屈服强度达到300
则支撑收到轴力为：
(拉)
(压)

(1)轴心受拉验算
根据《钢结构设计规范》GB 50017-2003受拉构件计算公式得到

故满足要求。

(2)轴心受压验算
根据《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)第6.4.6条关于支撑受压计算的规定：
(4-1)
其中，
① 平面内(绕X轴)验算：

②平面外(绕Y轴)验算：

查《钢结构设计规范》得

节点设计

一、耗能梁段与上部端板节点设计
设计剪力取耗能梁段屈服剪力Q=977.2/9=108.5kN。假设耗能梁段为两端固接模型进行设计。
(1) 焊缝验算
设计剪力取耗能梁段屈服剪力Q=108.5kN。假设耗能梁段为两端固接模型进行设计。弯矩设计值M=Q×a/2=16.28kN·m。
翼缘端部绕转部分焊缝忽略不计。假设翼缘焊缝和腹板焊缝分别负责传递弯矩和剪力，在弯矩作用下，翼缘承担的拉力或压力为

要求翼缘焊缝的焊脚不小于
取
要求腹板焊缝的焊脚不小于
取

(2) 螺栓计算
端板与混凝土梁外包焊接钢板采用10.9级高强摩擦型螺栓连接，计算简图如图4.8 所示。
选用10.9级的M16摩擦型高强螺栓，一个螺栓的抗剪承载力设计值
采用螺栓的屈服强度：900

螺栓数目：

使用6个螺栓，两排布置

螺栓群中受拉力最大螺栓承受的拉力为

单个高强度螺栓受拉承载设计值为

拉剪共同作用下，受力最大螺栓的承载力验算：

故满足要求。
(3) 净截面验算：
取底板厚度为10mm，底板尺寸为320×480×10，单个螺栓
，则

二、耗能梁段与混凝土梁连接节点设计
节点采用形式为：焊接槽型钢板与耗能梁段上部端板采用摩擦型高强度螺栓连接，利用C级普通螺栓对穿混凝土梁以及混凝土楼板与焊接槽型钢板进行锚固连接。外包钢板采用Q235钢材，厚度为10mm。
① 梁连接处螺栓计算
采用5个C级普通螺栓M16对穿混凝土梁与外包钢板锚固，螺栓布置如图所示。
假设弯矩全部由对穿的螺栓承担：

采用5个C级普通螺栓M16对穿混凝土梁与外包钢板锚固，螺栓布置如图所示。

扭矩与剪力共同作用下：
故满足要求。
③混凝土局压验算
混凝土楼板局压验算：

故满足要求。
混凝土梁局压验算：

故满足要求。