设计内容32-40

根据《建筑抗震设计规范》P101-8.2.5-3，柱在节点域的腹板厚度应满足：

90

)

(11c b w h h t +≥

式中，h b1，h c1——分别为梁翼缘厚度中点间和柱翼缘厚度（或柱壁厚）中点间距离。

6.2梁与柱的连接

节点连接应按地震组合内力进行弹性设计，并对连接的极限承载力进行验算；拼接节点一般采用与构件等强或比等强度更高的设计原则。

框架柱一般为带悬臂梁段的柱单元，悬臂梁段与柱的节点属梁柱刚接节点，按构造形式分为：（1）全焊接节点，梁上下翼缘为坡口全熔透焊缝、腹板用角焊缝与柱翼缘连接；（2）栓焊混合连接节点，梁上下翼缘为坡口全熔透焊缝与柱翼缘连接，腹板采用高强螺栓与柱翼缘上的剪力板连接，是目前多高层钢结构梁柱节点最常用的构造形式；（3）全栓接，梁翼缘和腹板借助T 形连接件用高强螺栓与柱连接，虽安装方便但节点刚性不如（1）、（2），应用不多。本文仅介绍前两种梁柱节点连接形式的设计计算。

梁柱刚接节点应验算以下内容：（1）梁-柱连接承载力，弹性阶段验算连接强度，弹塑性阶段验算其极限承载力；（2）在梁翼缘压力和拉力作用下，验算柱腹板的受压承载力和柱翼缘的刚度；（3）节点域抗剪强度，已在6.1部分验算。

6.2.1梁-柱连接承载力

梁与柱的连接计算可采用翼缘承受弯矩和腹板承受剪力的近似计算方法，包括弹性阶段的连接

强度验算和弹塑性段的极限承载力验算。

1.梁-柱连接强度 （1）梁-柱全焊接连接

梁翼缘与柱翼缘对接焊缝抗拉强度为，采用有震组合的梁端弯矩设计值M 1x ，

w t f f f x

f t h t b M ≤−=

)

(1σ

梁腹板角焊缝的抗剪强度为，

w f e

w f h l V ≤=

21

τ 式中，w t f ——对接焊缝抗拉强度设计值；w f f ——角焊缝强度设计值。 （2）梁-柱栓焊混合连接

梁翼缘与柱翼缘的连接强度验算公式同全焊接连接，梁腹板单个高强螺栓所受剪力N v 应满足，

][9.0b v v N n

V

N ≤=

式中，n ——梁腹板高强螺栓个数；[N v b ]——单个高强螺栓抗剪承载力设计值，见陈绍蕃《钢结构》-上；0.9——考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力的损失。

2.梁-柱连接的极限承载力

要求，梁-柱连接的极限抗弯、抗剪承载力应符合下列要求（《建筑抗震设计规范》P103-8.2.8-3及P104-表8.2.8）：

Gb

n p u p

u V l M V M M +≥≥)/2(2.14.1

式中，M u ——梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限抗弯承载力；V u ——梁腹板连接的极限受剪承载力；M p ——梁的全塑性受弯承载力（梁贯通式为柱）；l n ——梁的净跨（梁贯通时为该层柱的净高）；V Gb ——框架梁在重力荷载代表值作用下，按简支梁分析的梁端截面剪力设计值。分别按下列公式确定：

u f f u f t h A M )(−=

全焊接连接时，u w f u f A V 58.0=

栓焊混合连接时，{}

b cu

b vu u nN nN Min V ,=，b u b e f b vu f A n N 58.0=，∑∑==t d f f t d N u b cu b cu 5.1。 式中的b u u f f 、——分别为构件钢材、螺栓钢材的抗拉强度最小值。

6.2.2柱腹板的局压强度和柱翼缘板的刚度

多高层钢结构梁-柱刚接节点均应在梁上下翼缘对应位置设置柱的水平加劲肋来传递梁翼缘传

来的集中力，对抗震设防结构，水平加劲肋的厚度不应小于梁翼缘的厚度，故此项一般不需验算。

当框架柱两侧梁高不等时，每个梁翼缘对应位置均应设置水平加劲肋；但考虑焊接方便，水平加劲肋间距不宜小于150mm ，且不小于加劲肋的宽度。若不满足此要求，需调整梁端高度（翼缘坡度不大于1:3）或采用斜加劲肋（倾斜度不大于1:3，

《高钢规范》P71-图8.3.8）。 梁翼缘传来的压力和拉力在柱腹板和翼缘板中形成局部应力，可能造成两种破坏：

1.柱腹板局压破坏

设置柱腹板的水平加劲肋，需保证加劲肋总面积满足下式：

c

b

e wc fb s s s

f f b t A t b A )

(−≥×=，且y s s f t b /2359/≤（防止加劲肋受压屈曲） c fb e k t b 5+=

式中，k c ——柱翼缘外侧至腹板圆角根部或角焊缝焊趾的距离（取壁厚即可）。

2.柱翼缘受拉挠曲 柱翼缘厚度应满足：

c b fb fc f f A t /4.0≥

不满足上式时，需将柱翼缘加厚或设置水平加劲肋。

6.2.3梁-柱刚性连接的构造

参见《高层民用建筑钢结构技术规程》P69-71，或《建筑抗震设计规范》P106-图8.3.4-1，或《钢结构设计手册》（第三版）-下册，P132-32.2.6。

6.3柱与柱的连接

框架柱宜采用工字形或箱形截面柱，鉴于本设计组实际情况，本部分仅介绍箱形截面柱的连接。由四块钢板组成的箱形截面柱，按抗震设计要求，在框架梁上下各500mm 范围内应采用全熔透坡口焊缝（《建筑抗震设计规范》P107-8.3.6），其余位置可采用部分熔透的V 形焊缝，熔透深度不小于板厚的1/2（

《高层民用建筑钢结构技术规程》P74-图8.4.2-1（a ））。 柱与柱接头的设计原则如下：

2.柱接头上下各100mm范围内，箱形截面柱应采用全熔透坡口焊缝；

3.柱的工地接头应设置安装耳板，厚度不小于10mm，宜设置在柱一个方向的两侧，每个耳板上设三个螺栓孔（普通螺栓≥M20）。连接板为单板时，厚度取（1.2~1.4）倍耳板厚度；双板时，厚度取0.7倍耳板厚度。

箱形截面柱的工地接头应全部采用焊接，为便于全截面熔透，常用接头形式参见《高层民用建筑钢结构技术规程》P75-图8.4.6。

6.4梁与梁的连接

6.4.1框架梁的拼接节点

框架梁需通过与框架柱悬臂梁段的拼接节点安装就位，拼接位置应位于框架节点塑性区以外，即离开从梁端算起的l/10跨长，一般取作1.0~1.6m。

梁拼接节点的形式包括：全焊接、栓焊混合（翼缘对接焊+腹板高强螺栓连接）、全栓接，本部分介绍比较常用的第二种形式，可近似按翼缘抗弯、腹板抗剪计算。

1.梁-梁拼接强度

梁翼缘处，采用有震组合的梁拼接截面弯矩设计值M1x，

w t f f f x

f t h t b M ≤−=

)

(1σ

梁腹板处，单个高强螺栓所受剪力N v 应满足，

][9.0b v v N n

V

N ≤=

式中，n ——梁腹板高强螺栓个数；[N v b ]——单个高强螺栓抗剪承载力设计值，见陈绍蕃《钢结构》-上；0.9——考虑焊接热影响对高强螺栓预拉力的损失。

2.梁-梁拼接的极限承载力

根据《建筑抗震设计规范》P103-8.2.8-3及P104-表8.2.8，梁拼接节点极限承载力需满足：

p u M M 25.1≥

式中，M u ——梁上下翼缘全熔透坡口焊缝的极限抗弯承载力；M p ——梁的全塑性受弯承载力。分别按下列公式确定：

u f f u f t h A M )(−=

6.4.2 次梁-主梁的连接

1.次梁-主梁连接形式

次梁与主梁的连接通常设计为铰接，次梁与主梁的横向加劲肋用高强螺栓连接（如图(a)、(b)）；当次梁内力和截面较小时，也可直接与主梁腹板连接（图(c)）

。对于下图中的（a ），既可采用单板也可采用双板连接，前者拼接板厚度宜≥8mm ，双板时拼接板厚度宜≥6mm 。建议采用（a ）或（b ）

。

2.次梁-主梁连接基本计算步骤

（1）确定螺栓规格及基本设计参数； （2）次梁荷载设计值，求出梁端剪力； （3）确定螺栓个数，按梁端剪力初估；

（4）螺栓强度验算，单个螺栓承载力→螺栓群受力（剪、扭）→单个螺栓受力并比较。

3.主梁加劲肋计算

（1）根据主梁截面尺寸，确定加劲肋的高度、宽度和厚度以及切角尺寸，具体构造要求详见陈绍蕃《钢结构》-上-P149。

（2）加劲肋稳定性验算

①将加劲肋作为轴压杆验算其稳定性，轴力N 为梁端剪力和（中间梁为梁端剪力的2倍）；

②加劲肋及15t wb 组成十字形截面，截面特性包括：面积21522wb s s t b t A ×+=、绕主梁腹板中心

线的截面惯性矩)2(12

1

wb s s z t b t I +××=

、回转半径A I i z z /=； ③梁腹板高度即为此十字形截面轴压柱计算高度，则有z i h /0=λ；

④根据陈绍蕃《钢结构》-上-P97表4-4（a ）可知，十字形截面对两个轴均为C 类截面，由p343附表17-3查得稳定系数；

⑤由公式

f A

N

≤ϕ验算稳定性是否合格。 （3）加劲肋端部承压强度验算 ①确定端部承压面积，s s b t b A ×=2； ②根据公式

ce b

f A N

≤验算端部承压强度是否满足要求。 （4）加劲肋焊缝强度验算

①根据主梁厚度及加劲肋厚度确定焊角高度，min max 2.15.1t h t f ≤≤；

②焊缝计算长度，f w w h h l 2−−=切角高度，切角高度一般取加劲肋外伸宽度的1/2且≤60mm 。 ③由公式2/1607.04mm N f l h N

w f w

f f =≤×××=

τ验算角焊缝强度是否满足要求。

6.4.3框架梁的侧向隅撑

按抗震设计的框架梁，在梁可能出现塑性铰处（一般为1/8~1/10梁跨度处），梁上下翼缘均应设置侧向隅撑。（《钢结构设计手册》（第三版）下册，P140）

侧向隅撑的轴力应按下式计算：

235/sin 60y fb f f

A N α

=

式中，A fb ——框架梁翼缘面积；α——隅撑与梁轴线的夹角，框架梁互相垂直时可取45°。 并且，隅撑长细比应满足：

y f /235130≤λ

由隅撑轴力及长细比条件可确定隅撑截面，查型钢表确定角钢规格。

6.5钢柱脚设计

多高层钢结构与基础刚接的柱脚，依连接方式的不同分为：埋入式柱脚、外包式柱脚和外露式柱脚。超过12层的高层钢结构宜采用埋入式柱脚，6、7度时也可采用外包式柱脚；外露式刚接柱脚尺寸较大，建筑处理较困难。本设计建议采用外包式刚接柱脚，其设计主要依据《高层民用建筑钢结构技术规程》-P84-8.6.6条。

6.5.1外包式柱脚主要构造要求

1.包脚高度，（

2.7~

3.2）h c ，一般取3h c ；

2.外包式柱脚，钢柱外侧混凝土有效厚度不得小于180mm ；

3.外包混凝土顶部应设置加强箍筋，不得小于3φ12、间距50mm ；

4.外包式柱脚钢柱四周，可参考埋入式柱脚的构造要求（《高钢规》P848.6.5-二、三）；

5.栓钉直径≥16mm ，栓钉长度宜取4d ，栓钉距离柱翼缘边距≥35mm ，栓钉间距≤200mm 。

6.5.2外包式柱脚计算

1.内力传递

轴力——由钢柱柱底板传给混凝土基础或基础梁，可由此确定柱底板面积；

弯矩——由栓钉传给外包钢筋混凝土，再由纵向受力筋传给混凝土基础；

剪力——底板和混凝土摩擦+外包钢筋混凝土（C25-C30）。

2.确定底板尺寸 根据公式，c f BL

N ≤，确定钢柱底板平面尺寸，需考虑柱子截面尺寸及外包混凝土后的尺寸。 箱形截面柱内部底板为四边支承板，则有224048.0wc h A N qa M ××

==底板α； 箱形截面外部底板为单边支承板，则有2212121c A N qc M ××==底板

； 则底板厚度应满足，f M t /6max ≥（M max 为M 4、M 1中较大值）。

3.柱翼缘栓钉抗剪承载力验算

外包式柱脚通过翼缘栓钉抗剪将弯矩传递给外包混凝土，则钢柱一侧翼缘所承担的翼缘轴力N f 可按下式计算：

fc

c f t h M N −= 则一侧翼缘需栓钉个数为，c v f N N n /≥ 单个栓钉受剪承载力，u s c c s c v f A f E A N 7.043.0≤=

其中，A s ——栓钉钉杆截面面积；E c 、f c ——分别为混凝土的弹性模量和受压强度设计值；f u

——栓钉钢材的抗拉强度最小值（402Mpa ，《钢结构设计手册》-下册-P159-表33-4）。

4.外包钢筋混凝土抗弯承载力验算

外包式柱脚，钢柱与基础可视为铰接，弯矩全部由外包的钢筋混凝土承担，并满足下式要求：

0d f nA M sy s ≤

式中，M ——外包式柱脚底部弯矩设计值；n ——受拉主筋根数；A s ——单根受拉主筋截面面积；f sy ——受拉主筋抗拉强度设计值；d 0——受拉主筋重心至受压区主筋重心间距离。

外包混凝土中的主筋应根据钢筋锚固要求锚固在基础中。

5.外包式柱脚抗剪承载力验算

底板和混凝土之间摩擦力可抵消剪力为，0.4N ；

钢柱为箱型截面时，外包钢筋混凝土的抗剪承载力为，

)5.007.0(0sh ysh c e rc f f h b V ρ+=

式中，b e ——钢柱两侧混凝土的有效宽度之和（每侧不得小于180mm ），b e =b e1+b e2；h 0——混凝土受压区边缘至受拉钢筋重心的距离；f ysh ——水平箍筋抗拉强度设计值；sh ρ——水平箍筋的配筋率，%2.1/≤=s b A e sh sh ρ，s 为箍筋间距。

应满足，N V V N V V rc rc 4.04.0−≥+≤即。若有V -0.4N <0，说明仅靠摩擦力就足以抗剪，因此只要构造配置箍筋即可。

6.极限承载力验算

按抗震设计的刚接柱脚，柱脚与基础连接的极限承载力应满足，

pc u M M 2.1≥

式中，M u ——外包式柱脚的抗弯极限承载力，取0d f nA M su s u =及)(fc c u st st u t h f A n M −=中的较小值；M pc ——考虑轴力影响时柱的塑性受弯承载力，pc c

y pc W A N f M )(−=。 7组合构件设计

根据对压型钢板功能要求的不同，分为组合楼板和非组合楼板，前者压型钢板不仅用作永久性模板，且代替混凝土板的下部受拉钢筋与混凝土一起共同工作，承受包括自重在内的楼面荷载；后者的压型钢板仅用作永久性模板，不考虑与混凝土的共同工作。本设计采用组合楼板。