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F.1 仅设置竖向加劲的钢板剪力墙
F.1.1
仅设置竖向加劲的钢板剪力墙,其弹性剪切屈曲临界应力τcr计算应符合下列规定:
1 参数ηy、ητth应按下列公式计算:
式中:E——加劲肋的弹性模量(N/mm2);
Isy——竖向加劲肋的惯性矩(mm4),可考虑加劲肋与钢板剪力墙有效宽度组合截面,单侧钢板剪力墙的有效宽度取15倍的钢板厚度;
D——单位宽度的弯曲刚度(N·mm),根据本标准式(9.2.4-3)计算;
a1——剪力墙板区格宽度(mm);
Hn——钢板剪力墙的净高度(mm);
It,sy——竖向加劲肋自由扭转常数(mm4)。
2 当ηy≥ητth时,弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
式中:tw——剪力墙板的厚度(mm);
X——采用闭口加劲肋时取1.23,开口加劲肋时取1.0。
3 当ηy<ητth时,弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
式中:Ln——钢板剪力墙的净宽度(mm)。
F.1.2
仅设置竖向加劲肋的钢板剪力墙,其竖向受压弹性屈曲临界应力σcr的计算应符合下列规定:
1 参数ησth应按下列公式计算:
式中:kpan——小区格竖向受压屈曲系数,可以取kpan=4X,X是嵌固系数,闭口加劲肋时取1.23,开口加劲肋时取1;
nv——竖向加劲肋的道数。
2 竖向受压弹性屈曲临界应力σcr应按下列公式计算:
式中:kσ0——参数,按本标准式(F.1.2-2)计算。
F.1.3
仅设置竖向加劲肋的钢板剪力墙,其竖向抗弯弹性屈曲临界应力σbcr应按下列公式计算:
式中:kbpan——小区格竖向不均匀受压屈曲系数;
βσ——区格两边的应力差除以较大的压应力。
F.2 设置水平加劲的钢板剪力墙
F.2.1
F.2.1 仅设置水平加劲的钢板剪力墙,其弹性剪切屈曲临界应力τcr计算应符合下列规定:
1 参数ηx、ητth,h应按下列公式计算:
式中:Isx——水平方向加劲肋的惯性矩(mm4),可考虑加劲肋与钢板剪力墙有效宽度组合截面,单侧钢板剪力墙的有效宽度取15倍的钢板厚度;
h1——剪力墙板区格高度(mm);
It,sx——水平加劲肋自由扭转常数(mm4)。
2 当ηx≥ητth,h时,弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
3 当η<ητth,h时,弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
式中:kss0——参数,根据本标准式(F.1.1-10)、式(F.1.1-11)计算。
F.2.2
仅设置水平加劲肋的钢板剪力墙,其竖向受压弹性屈曲临界应力σcr的计算应符合下列规定:
式中:σcr0——未加劲钢板剪力墙的竖向弯曲屈曲应力(N/mm2),按本标准式(F.1.2-5)计算。
F.2.3
仅设置水平加劲肋的钢板剪力墙,其竖向抗弯弹性屈曲临界应力σber应按下列公式计算:
式中:σbcr0——未加劲钢板剪力墙的竖向弯曲屈曲应力(N/mm2),按本标准式(F.1.3-4)计算。
F.3 同时设置水平和竖向加劲肋的钢板剪力墙
F.3.1
同时设置水平和竖向加劲肋的钢板剪力墙(图F.3.1),其弹性剪切屈曲临界应力τcr的计算应符合下列规定:
图F.3.1 带加劲肋的钢板剪力墙
1 当加劲肋的刚度满足本标准第9.2.4条的要求时,其弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
2 当加劲肋的刚度不满足本标准第9.2.4条的要求时,其弹性剪切屈曲临界应力τcr应按下列公式计算:
式中:τcrp——小区格的剪切屈曲临界应力(N/mm2);
τcr0——未加劲板的剪切屈曲临界应力(N/mm2)。
F.3.2
同时设置水平和竖向加劲肋的钢板剪力墙,其竖向受压弹性屈曲临界应力σcr的计算应符合下列规定:
1 当加劲肋的刚度满足本标准第9.2.4条的要求时,其竖向受压弹性屈曲临界应力σcr应按下列公式计算:
2 当加劲肋的刚度不满足本标准第9.2.4条的要求时,其竖向受压弹性屈曲临界应力σcr的计算应符合下列规定:
F.3.3
同时设置水平和竖向加劲肋的钢板剪力墙,其竖向抗弯弹性屈曲临界应力σbcr应按下列公式计算:
附录G 桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算
G.0.1
桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算宜采用下列基本假定:
1 图G.0.1中B-A-C-D为节点板失稳时的屈折线,其中平行于弦杆,⊥。
图G.0.1 节点板稳定计算简图
2 在斜腹杆轴向压力N的作用下,区(FBGHA板件)、区(AIJC板件)和区(CKMP板件)同时受压,当其中某一区先失稳后,其他区即相继失稳。
G.0.2
桁架节点板在斜腹杆压力作用下宜采用下列公式分别计算各区的稳定:
G.0.3
对lf/t>60εk且沿自由边加劲的无竖腹杆节点板(lf为节点板自由边的长度),亦可按本标准第G.0.2条计算,只是仅需验算区和区,而不必验算区。
附录H 无加劲钢管直接焊接节点刚度判别
H.0.1
空腹桁架、单层网格结构中无加劲圆钢管直接焊接节点的刚度应按下列规定计算。
式中:E——弹性模量(N/mm2);
D——主管的外径(mm);
β——支管和主管的外径比值;
γ——主管的半径和壁厚的比值;
τ——支管和主管的壁厚比值;
θ——主支管轴线间小于直角的夹角;
φ′——支管轴线在平面外的抬起角度。
条文说明
H.0.1 本条为新增条文。近年来的研究表明,在工程常见的几何尺寸范围内,无加劲钢管直接焊接节点受荷载作用后,其相邻杆件的连接面会发生局部变形,从而引起相对位移或转动,表现出不同于铰接或完全刚接的非刚性性能。因此,相比原规范,本次修订增加了平面T形、Y形和平面或微曲面X形节点的刚度计算公式,与节点的刚度判别原则配套使用,可以确定结构计算时节点的合理约束模型。
本次修订列入的平面T形、Y形和平面或微曲面X形节点的刚度计算公式是在比较、分析国外有关规范和国内外有关资料的基础上,根据国内大学近十年来进行的试验、有限元分析和数值计算结果,通过回归分析归纳得出的。同时,将这些刚度公式的计算结果与23个管节点刚度试验数据进行了对比验证(表25~表29),吻合良好。
表25 T、Y形节点轴向刚度公式计算值与试验结果的比较
表26?T、Y形节点平面内弯曲刚度公式计算值与试验结果的比较
表27?X形节点轴向刚度公式计算值和试验结果的比较
表28 X形节点平面内抗弯刚度公式计算值和试验结果的比较
表29 X形节点平面外弯曲刚度公式计算值与试验结果的比较
H.0.2
空腹桁架中无加劲方管直接焊接节点的刚度计算宜符合下列规定。
式中:t——矩形主管的壁厚(mm);
b——矩形主管的宽度(mm);
β——支管截面宽度与主管截面宽度的比值;
η——支管截面高度与主管截面宽度的比值。
条文说明
H.0.2 本条为新增条文。
H.0.3
空腹桁架采用无加劲钢管直接焊接节点时应按下列规定进行刚度判别:
1 符合T形节点相应的几何参数的适用范围;
2 当空腹桁架跨数为偶数时,在节点平面内弯曲刚度与支管线刚度之比不小于时,可将节点视为刚接,否则应视为半刚接;其中G为该节点相邻的支管线刚度与主管线刚度的比值;
3 当空腹桁架跨数为奇数时,在与跨中相邻节点的平面内弯曲刚度与支管线刚度之比不小于时,可将该节点视为刚接;在除与跨中相邻节点以外的其他节点的平面内弯曲刚度与支管线刚度之比不小于时,可将该节点视为刚接。
条文说明
H.0.3 本条为新增条文。空腹桁架的主管与支管以90°夹角相互连接,因此支管与主管连接节点不能作为铰接处理,需承担弯矩,否则体系几何可变。
采用若干子结构模型来近似表达图52中的多跨空腹“桁架”的不同节点位置。这些子结构的选取原则是能够反映空腹“桁架”不同节点部位如图53所示的变形模式。所采用的子结构模型见图54。
图52 多跨空腹桁架
图53 空腹格构梁的变形模式
图54 子结构模型
节点刚度对格构梁在正常使用极限状态的行为有较大的影响。因此采用以下通过位移定义的标准来区分节点的刚性与半刚性:
其中,δs为具有半刚性连接的格构梁的位移;δr为具有刚性连接的格构梁的位移。
用于计算位移的荷载条件如图54所示。下文基于格构梁的变形行为推导节点刚度介于刚性与半刚性之间的分界线。在位移δs和δr的计算中由于基于格构梁正常使用极限状态,所以采用小位移理论,且半刚性连接的刚度假定为线弹性。
对于具有半刚性连接的子结构A,竖向位移δs经理论推导得:
对于子结构B,格构梁的竖向位移与节点弯曲刚度无关,所以无需进行分界值的推导。对于具有半刚性连接的子结构C,竖向位移δs经理论推导得:
同理,对于具有刚性连接的子结构C,竖向位移δs经理论推导得:
若取△=0.05,则得到本标准条文中所述的节点弯曲刚度分界值。
附录J 钢与混凝土组合梁的疲劳验算
J.0.1
本附录规定仅针对直接承受动力荷载的组合梁。组合梁的疲劳验算应符合本标准第16章的规定。
条文说明
J.0.1 对于直接承受动力荷载的组合梁,除按照本标准第16章的相关要求同纯钢结构一样进行疲劳验算外,还需特别注意以下两个问题:
1 需专门对承受剪力的焊钉连接件进行疲劳验算;
2 若焊钉连接件焊于承受拉应力的钢梁翼缘时,应对焊有焊钉的受拉钢板进行疲劳验算,同时应考虑焊钉受剪和钢板受拉两者共同作用对组合梁疲劳寿命的不利影响。本附录的相关规定主要针对上述两个问题。
J.0.2
当抗剪连接件为圆柱头焊钉时,应按本标准第16章的规定对承受剪力的圆柱头焊钉进行剪应力幅疲劳验算,构件和连接类别取为J3。
条文说明
J.0.2 焊钉连接件的疲劳寿命问题是组合梁疲劳设计的关键问题,各国规范给出的焊钉连接件疲劳寿命和剪应力幅的关系不尽相同:
日本《钢-混凝土组合梁设计规范草案》规定焊钉的容许剪应力幅由下式计算:
式中:N——失效的循环次数,即疲劳寿命;
△τ——焊钉连接件焊接处平均剪应力幅(N/mm2)。
英国规范BS5400对67个焊钉的疲劳试验数据进行回归分析,得到了单个焊钉设计疲劳寿命的计算公式:
式中:r——单个焊钉的剪力幅(kN)和名义静力极限受剪承载力(kN)的比值;
N——失效的循环次数,即疲劳寿命。
美国《公路桥梁设计规范》AASHTO中所采用的焊钉疲劳寿命计算公式为1966年Slutter和Fisher等人拟合的公式:
式中:σr——焊钉焊接处的平均剪应力幅(N/mm2)。
在上式的基础上,AASHTO规范发展了单个焊钉的疲劳受剪承载力计算公式。规范规定,单个焊钉的疲劳受剪承载力按下式计算:
式中:Zr——单个焊钉能够承受的最大剪力幅(N);
d——焊钉钉杆直径(mm);
N——失效的循环次数,即疲劳寿命。
欧洲组合结构设计规范EC4:Design of composite steel and concrete structures规定,对于埋于普通混凝土的圆柱头焊钉,其疲劳寿命计算公式如下:
式中:△τ——焊钉焊接处的平均剪应力幅(N/mm2);
N——疲劳循环次数;
m——常数,取m=8;
△τc——循环次数为2×106对应的允许剪应力幅,其值为90N/mm2。
本次修订增加“承受剪力的圆柱头焊钉”作为一种新的构件和连接类别,定为J3类别,其疲劳计算的参数取值采用欧洲组合结构设计规范EC4给出的相关建议。
J.0.3
当抗剪连接件焊于承受拉应力的钢梁翼缘时,应按本标准第16章的规定对焊有焊钉的受拉钢板进行正应力幅疲劳验算,构件和连接类别取为Z7。同时尚应满足下列要求:
式中:△τ——焊钉名义剪应力幅或等效名义剪应力幅(N/mm2),按本标准第16.2节的规定计算;
[△τ]——焊钉容许剪应力幅(N/mm2),按本标准式(16.2.2-4)计算,构件和连接类别取为J3;
△σ——焊有焊钉的受拉钢板名义正应力幅或等效名义正应力幅(N/mm2),按本标准16.2节的规定计算;
[△σ]——焊有焊钉的受拉钢板容许正应力幅(N/mm2),按本标准式(16.2.2-2)计算,构件和连接类别取为Z7;
αf——欠载系数,按本标准表16.2.4的规定计算;
[△τ]2×106——循环次数n为2×106次焊钉的容许剪应力幅(N/mm2),按本标准表16.2.1-2的规定计算,构件和连接类别取为J3;
[△σ]2×106——循环次数n为2×106次焊有焊钉受拉钢板的容许正应力幅(N/mm2),按本标准表16.2.1-1的规定计算,构件和连接类别取为Z7。
条文说明
J.0.3 对于焊有焊钉的受拉钢板,其疲劳裂纹会发生在焊趾和钢板的交界处,和焊钉本身的剪切疲劳破坏不同,要进行单独的疲劳验算。参考欧洲钢结构设计规范EC3:Design of steel structures,定为Z7类构造。参考欧洲组合结构设计规范EC4的建议,除按Z7类构件和连接进行疲劳验算外,焊有焊钉的受拉钢板还应同时满足式(J.0.3-1)或式(J.0.3-2)的要求,以充分考虑焊钉受剪和钢板受拉两者共同作用对组合梁疲劳寿命的不利影响。
附录K 疲劳计算的构件和连接分类
K.0.1
非焊接的构件和连接分类应符合表K.0.1的规定。
表K.0.1 非焊接的构件和连接分类
K.0.2
纵向传力焊缝的构件和连接分类应符合表K.0.2的规定。
表K.0.2 纵向传力焊缝的构件和连接分类
注:箭头表示计算应力幅的位置和方向。
K.0.3
横向传力焊缝的构件和连接分类应符合表K.0.3的规定。
表K.0.3 横向传力焊缝的构件和连接分类
注:箭头表示计算应力幅的位置和方向。
K.0.4
非传力焊缝的构件和连接分类应符合表K.0.4的规定。
表K.0.4 非传力焊缝的构件和连接分类
注:箭头表示计算应力幅的位置和方向。
K.0.5
钢管截面的构件和连接分类应符合表K.0.5的规定。
表K.0.5 钢管截面的构件和连接分类
注:箭头表示计算应力幅的位置和方向。
K.0.6
剪应力作用下的构件和连接分类应符合表K.0.6的规定。
表K.0.6 剪应力作用下的构件和连接分类
注:箭头表示计算应力幅的位置和方向。
本标准用词说明
1 为了便于在执行本标准条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1)表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”;反面词采用“严禁”;
2)表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”;反面词采用“不应”或“不得”;
3)表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”或“可”;反面词采用“不宜”;
4)表示有选择,在一定条件可以这样做的,采用“可”。
2 条文中指定应按其他有关标准、规范执行时,写法为“应符合……规定”或“应按……执行”。
引用标准名录
1 《建筑地基基础设计规范》GB 50007
2 《建筑结构荷载规范》GB 50009
3 《混凝土结构设计规范》GB 50010
4 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010
5 《建筑设计防火规范》GB 50016
6 《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068
7 《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153
8 《构筑物抗震设计规范》GB 50191
9 《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205
10 《建筑工程抗震设防分类标准》GB 50223
11 《钢结构焊接规范》GB 50661-2011
12 《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936
13 《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB 51022
14 《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249
15 《碳素结构钢》GB/T 700
16 《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228
17 《钢结构用高强度大六角螺母》GB/T 1229
18 《钢结构用高强度垫圈》GB/T 1230
19 《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231
20 《低合金高强度结构钢》GB/T 1591
21 《紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱》GB/T 3098.1
22 《紧固件公差 螺栓、螺钉、螺柱和螺母》GB/T 3103.1
23 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632
24 《耐候结构钢》GB/T 4171
25 《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117
26 《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》GB/T 5293
27 《厚度方向性能钢板》GB/T 5313
28 《六角头螺栓?C级》GB/T 5780
29 《六角头螺栓》GB/T 5782
30 《焊接结构用铸钢件》GB/T 7659
31 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110
32 《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定》GB/T 8923
33 《碳钢药芯焊丝》GB/T 10045
34 《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》GB/T 10433
35 《一般工程用铸造碳钢件》GB/T 11352
36 《埋弧焊用低合金钢焊丝和焊剂》GB/T 12470
37 《熔化焊用钢丝》GB/T 14957
38 《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》GB/T 16939
39 《低合金钢药芯焊丝》GB/T 17493
40 《建筑结构用钢板》GB/T 19879
41 《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99
42 《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ 82-2011
43 《标准件用碳素钢热轧圆钢及盘条》YB/T 4155-2006