美国结构设计规范简介

1Preparedby:CivilStructural16April2003TrainingManualPreparedby:杨春晖美国结构设计规范简介2美国结构设计规范简介一、主要结构设计规范体系介绍二、钢结构设计规范AISC360-05简介三、抗震相关内容简介3一、主要结构设计规范体系介绍国家规范(IBC,UBC)荷载规范ASCE7（包括地震荷载）混凝土设计规范ACI318（包括抗震混凝土）钢结构设计规范AISC360（非抗震体系）抗震钢结构AISC3414荷载规范ASCE7简介ASCE:AmericanSocietyofCivilEngineers(美国土木工程师学会）ASCE7-05MinimumDesignLoadsforBuildingandOtherStructures包括:荷载组合方式:极限荷载组合和允许应力荷载组合恒荷载、楼面活荷载、洪水、风、冰、雪、雨荷载地震荷载（场地分类、地震谱、地震荷载计算、地震荷载组合、抗震体系的选择，地震作用的静力、动力分析等等）5荷载规范ASCE7简介（接上）荷载组合方式Strengthdesign：Allowablestressdesign：说明：因为地震加速度已经加过系数，即已经是极限强度水平，所以对于极限强度设计，地震荷载E的系数为1.0.6荷载规范ASCE7（接上）7混凝土规范ACI318相关中文参考资料：1.《混凝土结构设计》A.H.尼尔逊著中国建筑工业出版社3.《基础工程分析与设计》约瑟夫·E·波勒斯著中国建筑工业出版社ACI:AmericanConcreteInsitute(美国混凝土学会）ACI318是美国混凝土学会的一个分会，负责通用的混凝土结构规范的编写ACI318-08（最新)包括：混凝土结构分析方法受弯、压弯、抗剪等等承载力计算；构造和施工的要求；注意：ACI318也包括了基础设计的要求但不包含地基承载力计算，美国没有专门的地基基础设计规范8钢结构设计规范AISC360AISCAmericanInstituteofSteelConstruction（美国钢结构学会）AISC360-05是一本LRFD和ASD合一的规范，但本质上是一本LRFD钢结构设计规范（13thManual)；ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD钢结构设计规范(ASD9thManual)AISC341-05是一本单独的钢结构抗震设计规范（SeismicManual)AISC官方网站：二、钢结构设计规范AISC360-051.总的设计要求2.整体稳定分析和设计要求3.构件稳定设计要求4.节点设计概述101.总的设计要求开篇：本规范适用于低地震区（抗震调整系数R=3),否则需要结合AISC341钢结构抗震规范；且不是核电设施；材料要求：钢材：全部采用ASTM标准一般结构钢,钢板:ASTMA36(Q235)A572(Q345)螺栓、垫片和螺母都有明确的要求：地脚螺栓：A307；高强螺栓;A325（8.8级）A490（10.9级）;垫片:F436；螺母：A194，A56311设计要求承载力设计要求：Ru≤ΦRn极限荷载组合效应≤（抵抗折减系数）*（名义承载力）整体稳定设计要求（见后面介绍）节点设计要求：铰接（SimpleConnection）刚接（MomentConnection）又分为FR（全刚）和PR（半刚性连接），一般采用FR积水设计要求，疲劳设计要求，防火、腐蚀设计要求等详见规范第B章节1.总的设计要求（继续）12宽厚比，高厚比的要求：截面分类:COMPACT;NON-COMPACT;SLENDERNESS.AISC允许局部屈曲1.总的设计要求（继续）132.整体稳定设计要求稳定设计是钢结构设计的重点稳定设计分为整体稳定设计和构件稳定设计（有效长度系数或计算长度系数是联系两者的桥梁）142.整体稳定设计要求（继续）整体稳定设计：1.需要选择合适的结构体系：有支撑框架（Braced-Frame）和剪力墙系统；刚接框架（MomentFrame）;重力框架（GravityFraming）系统（即摇摆柱，其侧向稳定需要以上两种系统提供）；组合系统。2.需要选择合适的结构分析方法：有效长度系数法（EffectiveLengthMethod）；直接分析法（DirectAnalysisMethod)；一阶弹性分析（First-orderAnalysisMethod)15稳定设计方法对比162.整体稳定设计要求（继续）限制条件：二阶/一阶位移比Δ2nd/Δ1st：Theratioofsecond-orderdrifttofirst-orderdriftcanberepresentedbyB2。直接分析法：无限制；有效长度法：B2≤1.5；一阶分析法：B2≤1.5；且轴压比≤0.5注意：B2的上限为2.5GB50017里同样有：17P-Delta效应18二阶弹性分析方法一阶弯矩放大法‘B1-B2“法：GB的公式类似，但缺少B1系数：其中Cm为等效弯矩系数类似B1的系数出现在：19直接分析法和有效长度法20分析流程：213.构件稳定设计受拉构件验算两种情况：净截面应力小于极限抗拉强度：毛截面应力小于屈服强度：22轴心受压构件23临界长细比λp弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比λp(limitingKL/r)或临界屈曲应力Fe24其它需要考虑的情况如果flangeandwebisslender尚需要折减稳定曲线(折减系数QsQa)25其它需要考虑的情况以上只是柱子的flexuralbuckling,但当截面是十字,单轴对称(角钢,T型钢)等,尚有Torsional,flexural-torsionalbuckling发生.26受弯构件根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：27受弯构件相当于GB的等效临界弯矩系数βb28受弯对称工字型截面或槽钢：两种极限状态（取较小值）：29受弯对称工字型截面或槽钢：304.节点设计概述4.1螺栓连接设计4.2焊缝连接设计4.3连接板件设计4.4几种常用的连接构造314.节点设计概述4.1螺栓连接设计高强螺栓材料：ASTMA325和A490三种连接类型必须由设计指明：Snug-tightened;无预拉力的要求，设计施工比较简单；相当于GB的高强承压型（bearing-type)Pretensioned;有预拉力的要求，较少用；Slip-critical有预拉力和摩擦面要求，相当于GB的高强摩擦型，但仍然需要验算承压强度SeePage167ofAISC360324.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：1.构造要求：螺栓开孔，间距（min22/3d,3dpreferred)，边距等要求334.节点设计概述螺栓设计的其他考虑：2.荷载偏心设计考虑：二种方法：弹性设计法瞬心法（塑性法）344.2焊缝连接设计焊缝类型：熔透焊（CJP）半熔透焊（PJP）角焊缝（filletweld）焊缝计算的几个问题：焊缝强度：焊条FEXX=70ksi(相当于E55型焊条，适用于A572)设计强度为0.6FEXX，f=0.75(LRFD)35焊缝计算的几个问题：正面角焊缝增大系数：q=90deg.增大系数1.5偏心荷载时的计算方法：瞬心法和弹性设计法36连接板件的破坏：剪切破坏受拉破坏37连接板件的破坏：块剪破坏（blockshear）38连接板件的破坏：Whitmore有效宽度受压板件的屈曲39其他一些连接设计的考虑：撬力作用；转动的延性；构造规定，铰接节点如果采用端板或双角钢连接时，端板或双角钢腹板厚度不能超过16mm，否则应该按照下面公式验算40其他一些连接设计的考虑：41其他一些连接设计的考虑集中力作用42常见的连接形式：刚接（MomentConnection）ExtendedEnd-PlateMomentConnection43常见的连接形式：FlushEnd-PlateMomentConnection栓焊连接44常见的连接形式：铰接连接：端板连接双角钢连接刀板连接45三、抗震相关内容简介地震反应修正系数（Seismicresponsemodificationcoefficient）R346地震的基本计算和要求：地震力的计算(ASCE7-05)：设计反应谱47地震力效应分析方法：等效静力法；反应谱法；时程法48等效法（底部剪力法）49地震力的垂直分布和偏心扭矩并且需要考虑5%的偶然偏心扭矩50层间位移比51层间位移比限制（大震下的塑性位移）常见的钢结构抗震体系RΩ0Cd值52地震荷载下的稳定性指标53常见的钢结构抗震体系特殊抗弯框架（SpecialMomentFrame,SMF)中等抗弯框架（IntermediateMomentFrame,IMF)普通抗弯框架（OrdinaryMomentFrame,OMF)特殊桁架抗弯框架（SpecialTrussMomentFrame,STMF)抗弯框架支撑框架特殊中心支撑框架（SCBF);普通中心支撑框架（OCBF);偏心支撑框架(EBF);屈曲约束支撑框架（BRBF）钢板剪力墙（SpecialPlateShearWalls)54抗震设计的几个问题抗震钢结构的材料宽厚比限值,保护区（ProtectedZone)特殊抗弯框架的一些设计概念55抗震钢结构的材料只有下列材料被允许用于抗震钢结构：ASTMA36,A53,A500,A501,A572,A588,A913,A992;设计包括E=Ω0QE时考虑要屈服的构件，Fy≤50ksi但不限制A588或A913的65级钢的柱子，这些柱子仅仅期望会在柱脚出现屈服。56宽厚比限值宽厚比限值57保护区（ProtectedZone)58ProtectedZone59特殊抗弯框架的一些设计概念强柱弱梁即梁柱节点域设计构造要求：60EndofPresentationQUESTIONS?