低层轻钢骨架住宅设计 ——工程计算II（3）

低层轻钢骨架住宅设计——工程计算II

目录

前言

主要符号表

第一章     冷轧钢结构设计规范的历史演变

第一节     国际冷轧钢结构设计规范的历史演变

第二节     中国冷轧钢结构设计规范的历史演变

第三节     中国建筑标准规范现状

第四节     其它行业的标准规范现状

第五节      “冷弯（Cool bending formed）”和“冷轧（Cool rolling formed）”的区别

第二章  科学、艺术和宗教

一、科学与艺术的区别

二、科学与宗教的区别

三、科学思维与宗教精神

四、“尽善尽美”与科技创新

五、材料力学的最新发展

六、结束语

第一部分  轻规格钢结构住宅的应用和特点

第三章  概要

第一节 范围

一、应用限制

二、在高地震和疾风区域里的限制

第二节 定义

第三节 骨架构件的限制

一、概要

二、物理尺寸

三、材料特性

四、腹板孔

五、孔加衬

六、材料厚度、内侧弯曲半径和冲孔尺寸对截面特性的影响

七、在设计中的妥协因素

第四章 连接

第一节  紧固要求

第二节  支撑加强筋

第三节  扣角钢

第五章 楼层骨架

第一节  楼层到基础或承重墙连接

第二节  最小楼层托梁尺寸

一、楼层悬臂

第三节  支撑加强筋

第四节  托梁拉紧和支撑块

一、托梁顶部边缘拉紧

二、托梁底部边缘拉紧/支撑块

三、在内部支撑处的支撑块

四、在悬臂处的支撑块

第五节  拼接

第六节  楼层开口骨架

第七节  楼层桁架

第八节  横隔层

一、在高地震和疾风区域里的楼层横隔层

第六章  墙骨架

第一节   墙到基础或搂层的连接

第二节   最小柱子尺寸

第三节   柱子拉紧

第四节   拼接

第五节   拐角骨架

第六节   过梁

一、  箱型过梁

二、  背靠背过梁

三、  双L型过梁

四、  立柱、主柱和顶部导轨

第七节   墙拉紧

一、  钢带拉紧（X型拉紧）

二、  结构覆盖物

三、  结构覆盖物紧固件

四、  压紧要求

第八节   外墙覆盖物

第九节   在高地震和疾风区域里拉紧墙

一、  概要

二、  拉紧墙线

三、  类型I（固体覆盖物）拉紧墙板

四、  类型II（开孔）拉紧墙线

第十节   在高地震区域里的拉紧墙设计

一、  拉紧墙锚固和弦柱要求

二、  墙顶部导轨

第十一节在疾风区域里拉紧墙设计

一、在疾风区域里墙的连接

第七章  屋顶骨架

第一节   屋顶建筑

第二节   天花托梁

一、  最小天花托梁尺寸

二、  天花托梁支撑加强筋

三、  天花托梁底部边缘拉紧

四、  天花托梁顶部边缘拉紧

五、  天花托梁拼接

第三节   屋顶椽子

一、  最小屋顶椽子尺寸

二、  屋顶椽子支撑支柱

三、  椽子拼接

四、  椽子底部边缘拉紧

第四节   在屋顶和天花里的开口骨架

第五节   屋顶桁架

第六节   屋顶横隔层

第二部分  荷载与结构设计方法

第八章  轻骨架住宅结构设计荷载总论

第一节    概要

一、范围

二、目的

三、定义

四、符号和单位

五、基本设计标准

（一）   结构安全和完整性

（二）   结构适用性

（三）   耐久性

（四）   结构评估方法

第二节  荷载组合

一、概要

二、负荷减低

三、允许应力增加

第三节  静荷载（D）

第四节  活荷载（L）

一、概要

二、集中荷载

三、最小阁楼荷载

四、活荷载减少

（一）   附属楼层区域

（二）   多层

五、与众不同的活荷载

第五节  土壤侧向荷载（H）

一、概要

二、等效流动密度

三、侧向土壤压力

四、洪水荷载

五、易膨胀的土壤

六、霜冻保护

第六节  风荷载（W）

一、概要

二、基本风速度

三、风位向

四、基本速度压力

五、在整栋建筑物上的侧向荷载

六、在部件、覆盖层和不同组件上的风荷载

七、内部压力

八、倾覆力

九、风刮下来的碎片保护

（一）、临时性百叶窗

（二）、永久性百叶窗和防撞击玻璃窗

第七节  雪荷载（S）

一、地面雪荷载

二、屋顶雪荷载

三、不平衡雪荷载

第八节  地震荷载（E）

一、概要

二、设计地面运动

三、地震剪力荷载

四、楼层剪力荷载的分配

五、垂直的地震力

第九章 冷轧钢截面特性计算

第一节  绪言

第二节  构件截面特性计算方法

一、截面图

二、截面特性参数

三、面积

（一）  总面积

（二）   净面积

四、每米重量

（一）  每米总重量

（二）   每米净重量

五、对X轴的总特性

（一）  总转动惯量

（二）   总截面模数

（三）   回转半径

六、对Y轴的总特性

（一）  总转动惯量

（二）   总截面模数

（三）   回转半径

七、扭转特性

（一）  St.Venant扭转常数

（二）   扭曲扭转常数

（三）   回转半径

（四）   扭转弯曲常数

八、计算冷作硬化（即冷轧加工）后产生的屈服强度σ_ya

九、计算有效截面特性

（一）  计算转动惯量I_x

（二）  计算有效截面模数S_x

（三）  计算最小名义弯矩Mn

（四）  计算允许弯矩M_a

十、计算轴向能力

十一、计算精确截面特性

十二、按侧向翘曲强度计算最小名义弯矩

十三、计算无孔截面抗剪能力

十四、按照美国钢铁协会《规范》（AISI，1986）计算腹板临界强度

十五、按照美国钢铁协会《规范》（AISI，1999）计算腹板临界强度

第三节  开孔腹板构件特性

一、符号定义

二、开孔腹板楼层托梁设计方法

（一）  纯弯曲

（二） 纯剪切

（三） 弯矩和剪力组合

（四） 腹板临界

（五） 弯曲和腹板临界组合

第四节  组合的轴向和弯曲能力

一、根据《规范》（AISI，1999）C5.2部分校核组合的轴向和弯曲。

二、按照《规范》（AISI，1999）的C4部分计算构件的轴向能力P_u。

（一）按照《规范》（AISI，1999）的C4.1部分计算不属于扭转或扭转弯曲翘曲部分的F_e。

（二）按照《规范》（AISI，1999）的C4.2部分计算属于扭转或扭转弯曲翘曲部分的F_e。

（三）计算F_n

第十章  冷轧钢骨架住宅结构设计校核

第一节  设计荷载

一、屋顶雪荷载

二、风荷载

第二节 荷载组合

第三节 挠度限制

第四节 设计校核和假定

（一）、一般假定

（二）、楼层托梁

（三）、承重墙柱子

（四）、过梁

（五）、天花托梁

（六）、椽子

第五节   荷载路径

一、垂直荷载路径

二、侧向荷载路径

第三部分  设计范例

第十一章楼层骨架设计范例

第一节   楼层托梁设计

一、截面特性

（一）截面图

（二）查表获得的截面特性参数

（三）计算参数

（四）面积

（五）每米重量

（六）对X轴的总特性

（七）对Y轴的总特性

（八）扭转特性

（九）计算冷作硬化（冷轧加工）后的屈服强度σ_ya

（十）计算有效截面特性

二、剪切能力

三、弯矩能力

四、挠度限制

五、腹板临界失稳能力

（一）按照美国钢铁协会（AISI，1986）《规范》计算

（二）按照美国钢铁协会（AISI，1999）《规范》计算

第二节  头部托梁设计

一、 140T32-0.84截面特性

（一）截面图（见图8-3）

（二）查表获得的截面特性

（三）基计算参数

二、140S41-0.84构件的截面特性

（一）截面图（见图8-4）

（二）查表获得的截面特性

（三）计算参数

第三节  加固托梁设计

第四节  楼层横隔层设计

第十二章墙骨架设计范例

第一节 墙柱子设计

一、设计假定

二、设计荷载

三、荷载组合

四、构件特性

五、组合的轴向和弯曲能力

六、挠度限制

第二节  箱型过梁设计

一、设计假定

二、设计荷载

三、荷载组合

四、构件特性

五、弯曲能力

六、挠度限制

七、剪切能力

八、组合的弯曲和腹板临界能力

第三节 背靠背过梁设计

一、设计荷载

二、荷载组合

三、构件特性

四、弯曲能力

五、挠度限制

六、剪切能力

七、组合的弯曲和腹板临界能力

第四节 双L型过梁设计（重力荷载）

一、设计荷载

二、荷载组合

三、构件特性

四、弯曲能力

第五节  双L型过梁设计（抬起荷载情况1）

一、设计荷载

二、荷载组合

三、构件特性

四、弯曲能力

第六节  双L型过梁设计（抬起荷载情况2）

一、设计荷载

二、荷载组合

三、构件特性

四、弯曲能力

第七节 顶部导轨设计

一、设计荷载和假定

二、设计能力

第八节 剪力墙设计（概要）

第九节 剪力墙设计（单层建筑物）

一、设计荷载

二、要求的覆盖物

第十节 剪力墙设计（二层建筑物）

一、设计荷载

二、要求的覆盖物（第一楼层墙）

第十一节剪力墙设计（高地震区域）

一、设计假定

二、设计荷载

三、要求的覆盖物（侧墙）

四、压紧和多各根柱子（侧墙）

五、要求的覆盖物（端墙）

六、压紧装置和多根柱子（端墙）

七、针对拖拉力的连续拉带

八、在屋檐支撑块上的稳固夹子

九、剪力墙到楼层横隔层，到下方剪力墙的连接

第十二节剪力墙设计（疾风区域）

一、设计假定

二、剪力板的长度（侧墙）

三、剪力板的长度（端墙）

四、拉紧墙压紧锚栓

第十三章屋盖（即屋顶）骨架设计范例

第一节 天花托梁设计

一、设计假定

二、设计荷载

三、构件特性

四、弯曲能力

五、剪切能力

六、挠度限制

第二节 椽子设计

一、设计假定

二、设计方法

三、设计荷载

四、荷载组合

五、构件特性

六、弯曲能力

七、剪切能力

八、挠度限制

第三节 屋脊构件剪切连接

第四节 天花托梁到椽子连接

第五节 屋顶横隔层设计（第一个例子）

第六节 屋顶横隔层设计（第二个例子）

第七节 屋顶椽子或桁架到墙连接

第八节   屋脊张力拉带连接要求

第九节   屋脊张力拉带设计

参考资料

附录A  弯矩和剪力图

附录B  构件特性表

附录C  过梁计算能力与试验能力对比

附录D  公英制换算

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主要符号表

a₀        腹板直线宽度

a_e        腹板有效宽度

a_ce       根据有效截面计算出来的腹板受压部分长度

a₁        腹板受压部分长度

a₂        腹板受拉部分长度

A        总截面面积

A₀       净截面面积

A_t               孔面积

b         边缘尺寸

b_e        边缘有效宽度

b₀        边缘直线宽度

B        建筑物宽度

B’       屋顶悬挑宽度

c         唇缘尺寸

c_e        唇缘有效宽度

c₀        唇缘直线宽度

C_w       扭曲扭转（或翘曲）常数

d         腹板尺寸

D        静荷载，腹板孔宽度

D_c       天花静荷载

D_f       楼层静荷载

D_r       屋顶静荷载

D_w       墙静荷载

E        弹性模量

G        剪切模量

H        高度

I         惯性矩

I_a                 边缘转动惯量

I_s                 边缘（唇缘）加强筋的转动惯量

I_x        对水平重心轴的转动惯量

I_y        对垂直重心轴的转动惯量

J         St. Venant扭转常数

k         系数

k_t        系数

K_v       剪弯系数

L        活荷载，腹板孔长度，单跨跨度

L_A       阁楼活荷载

L_f        楼层活荷载

L_r        屋顶活荷载

L_t        柱子（或托梁）的一半高度（或跨度）

m        剪力中心与腹板中心线之间的距离

M        施加的弯矩

M_a       允许弯矩

M_u      极限弯矩

N        孔宽，支撑长度

P         集中荷载或反作用力

P_a        名义轴向强度

P_ao      用σ_n=σ_y确定的名义轴向荷载

P_n       允许腹板临界承载力

q_s        腹板孔缩减系数

r         中性轴半径

R        内侧圆角半径

R_c       腹板断裂缩减系数

R_X       对水平轴的回转半径

R_y       对垂直轴的回转半径

R₀       回转极半径

S         间距，雪荷载

S_e        有效截面模数

S_x       对水平重心轴的截面模数

S_y       对垂直重心轴的截面模数

t          厚度

t₀        基本材料厚度，或最小未镀层交付厚度

T        扭矩

μ       弧长

V        风速，剪力

V₁       孔边缘的最大施加剪力

V₂       孔边缘的最小施加剪力

V_a       允许剪切强度

V_al      带孔腹板允许剪切强度

W       风荷载，每平方米荷载

w_t               受拉腹板长度

w_s               受压腹板长度

x         孔边缘到支撑边缘最近的距离

x’        质心与腹板中心之间的距离
x_cg       中心轴距顶部的距离

x₀        剪力中心到质心的水平距离

y₀        剪力中心到质心的垂直距离

y_cg       中心轴距顶部的距离

σ_b      抗拉强度（等于极限正应力）

σ_c      无孔截面抗剪承载能力

σ_cr           允许腹板临界承载力

σ_ey             截面屈服于扭曲扭转失稳的屈服应力

σ_u      极限正应力（等于抗拉强度）

σ_y      屈服应力

σ_ya     冷轧加工后的屈服强度

σ_yf     原始屈服点

σ_qk         带标准孔腹板截面抗剪能力

ρ       钢材密度，宽度缩减系数

ρ_l      每米总重量

ρ_l0     每米净重量

δ_max   允许挠度极限

δ_ot     单跨预测挠度

δ₀      单跨中部的挠度

λ       苗条系数或薄板系数

Ω       安全系数

α       系数

β       单对称常数

τ       横截面上的剪应力

Φ       系数

ω       每米荷载，线荷载

ω_t      全荷载

ω_l      活荷载