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1、第23卷第1期长沙交通学院学报Vol.23No.12007年3月JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYMar.2007文章编号:1000-9779(2007)01-0010-04交错桁架结构抗剪连接件的设计与构造11,23付涛,刘永健,严钧(1.长沙理工大学桥梁与结构工程学院,湖南长沙410076;2.长安大学公路学院,陕西西安710064;3.长沙理工大学建筑与城规学院,湖南长沙410076)摘要:为推广应用钢结构交错桁架体系,采用理论分析及数值计算方法,分析了交错桁架结构楼板与钢弦杆连接的抗剪连接件的工作机理.通过算例
2、,介绍了抗剪连接件的合理设置方式、类型及数量的确定,并给出了交错桁架结构抗剪连接件的基本设计方法.关键词:钢结构;交错桁架体系;抗剪连接件;设计;构造中图分类号:TU391文献标识码:A钢结构交错桁架体系是一种新型的结构体系,其主要特点是:作为竖向承重构件的柱子仅在结构的[1]两纵向外边布置,而主要水平承重构件———钢桁架则跨越整个结构横向,高度等于建筑层高.把结构楼板搁置在桁架的弦杆上时,结构楼板起到了承担和传递竖向荷载与水平荷载的作用,其材料选取、设计方法以及构造措施均有别于一般的混凝土楼板.楼板与钢弦杆采用抗剪连接件连接,承担和传递水平荷载.在本研究中,以交错
3、桁架结构的抗剪连接件为研究对象,利用图例,计算分析其在结构抵抗水平荷载方面的重要作用及其设计计算的一般原理,并初步给出抗剪连接件的设计构造方法,以利于交错桁架体系的推广应用.1交错桁架结构水平荷载传递过程的分析1.1水平荷载在桁架与楼板之间传递过程的分析[1]水平荷载作用于交错桁架结构时是按刚度分配的原则分别分布到各榀桁架上的.假定交错桁架建筑的每一榀桁架具有近似相等的剪切刚度,由此可确定各楼层的刚度中心(由于桁架布置奇、偶层是不同的,因此奇、偶楼层的刚度中心也不同);将均布水平荷载偏于安全地假定为作用于刚度中心的集中荷载,考虑荷载一定程度下偏心的影响,根据各榀桁架
4、至刚度中心的距离远近,即可确定每榀桁架承担的水平剪力.在交错桁架建筑物中,楼板的功能与其他建筑物楼板的功能有着显著的不同,主要表现为它承担了[1]从上层桁架传来的水平荷载并将之传递给下层桁架.考虑楼板承担和传递水平荷载的作用,可将整层楼板视为一水平放置的深梁(简称DB深梁)的腹板,如图1(a)所示;交错桁架建筑周边的联系钢梁(简称SB梁)则视为该深梁的翼缘,如图1(b)所示;与某层楼板相联系的下层桁架视为深梁的支座,上层桁架传递水平荷载的过程视为施加在深梁上的集中荷载,如图1(c)所示.[2]用于交错桁架结构的楼板可采用混凝土预制楼板、现浇楼板以及压型钢板-混凝土组
5、合楼板,在承担风荷载及低震级地震荷载时,这几类楼板均可认为是刚性楼板.如同工字形截面的钢梁,深梁DB的腹板(即整层楼板)主要用于承担梁内剪力,而上、下翼缘(即SB梁)主要用于承担梁内弯矩.1.2周边钢梁传递水平荷载过程的分析.收稿日期:2006-10-23基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(00JJY2076)作者简介:付涛(1972-),女,长沙理工大学讲师.第1期付涛,等:交错桁架结构抗剪连接件的设计与构造11假设作用于DB深梁的弯矩为M,则建筑物纵向两侧的SB梁分别作为深梁的上、下翼缘.设SB梁沿其纵轴方向承担的力为H,对H进行近似计算时,有:H=M/D.(
6、1)式中:D为桁架跨度(即建筑物横向宽度,见图1(b)).SB梁承担了轴向力H和自重,通过与钢柱的连接将之传递给钢柱.在此过程中,楼板与SB梁的连接以及SB梁与钢柱的连接必须能够起到传承荷载的作用.如图2所示,通过在预制混凝土楼板内设置抗剪连接件以及预埋焊接板,将楼板与梁连接起来,梁与柱的连接可按照普通钢梁与钢柱的连接形式进行处理.1.3楼板传递水平荷载过程的分析根据各榀桁架分担的剪力,由1.1中的分析可以求得作为连续深梁楼板内的剪力和弯矩分布,如图3所示;由1.2中所得SB梁承担的轴向力H可求得楼板各区段内剪力流fH的大小(见图1,3).fH=H/di.(2)式中
7、:di为沿纵向各弯矩区段的长度(见图3).12长沙交通学院学报第23卷2交错桁架结构楼板内抗剪连接件类型及作用分析2.1楼板内抗剪连接件类型当混凝土楼板与桁架弦杆及周边钢梁连接时,板中抗剪预埋件有两类,如图4所示.1)板端预埋件.预埋件m1焊接于弦杆的上翼缘,用于传递竖向荷载作用下的支座竖向剪力和弯矩[3](如设计为简支板则端部无弯矩)以及增强钢梁和混凝土之间的纵向抗剪能力;节点处贯穿一根横向钢筋(预埋件m2),用以传递水平荷载引起的部分剪力流.2)板侧预埋件.搁置于周边钢梁上的楼板,其与SB梁接触的侧边应预埋钢板及抗剪连接件m3,将楼板内的剪力传递给SB梁.2
