鋼結構作業守則-極限狀態(ULS)結構的完整性和堅固性

1.1.1     結構的完整性和堅固性
  • 概要

爲了確保結構的整體性和堅固性以及減少局部損毀引起連續坍塌的危險,建築物應附合下列各項規定:

  • 設置水平和垂直連續拉力繫件。
    • 可以扺抗設定橫向荷載
    • 當某一垂直構件移去後,結構可以通過更改荷載傳遞途徑,限制局部損毀和坍塌的範圍,。當垂直構件移去後,構件及其連接處出現顯著的永久變形是可以接受的。
    • 關鍵構件的設計。

位於伸縮縫之間的建築物部份都應被當作獨立的建築物。

  • 建築物中設置連續拉力繫件的原理

在每一個主要樓層,建築物的結構應有效地連接在一起。承托主要樓層的每一根柱子都應在大致直角的兩個方向上利用橫向繫件有效地固定其位置。在屋頂同樣要設置橫向繫件,除非該鋼結構僅承受不超過 0.7kN/m2 的覆蓋層重量和外加屋頂荷載及風荷載。

連續繫件的軸線應盡可能接近於樓板或屋頂的邊緣及柱的中心線,參見圖 2.2。在內角處最靠近邊緣的繫件應錨入鋼框架,如圖 2.2 所示。所有橫向繫件及其末端連接應牢固可靠和具有延性。

橫向繫件可以是鋼結構構件(包括那些同時用作其他用途的構件),或是錨固在鋼框架上以及埋入混凝土中的鋼筋,或是與鋼樑起組合作用的組合板中的鋼筋網以及壓型鋼板。壓型鋼板應通過抗剪連接件與鋼樑直接連接,參見第 10 章。

柱繫件                                                                    邊緣繫件

繫件

邊柱件

2.2  建築物柱繫件的示例

  • 避免不合比例坍塌

若符合以下情況,遵照本守則規定設計的鋼框架建築物可假定為不可能發生不合比例坍塌:

  1. 普通繫件   如可行的話,根據 2.3.4.2 段所述,橫向繫件應設置在連續軸線上,以及沿大致直角的兩個方向分佈在整個樓層或屋頂, 參見圖 2.3。

作爲橫向繫件的鋼構件及其末端連接,應具有不低於 75kN 的設計

抗拉承載力,此拉力無需與其他荷載一起考慮。由鋼筋組成的橫向繫件應遵照混凝土結構作業守則中的規定進行設計。繫件所受的力度應當按照以下方法進行計算:

內部繫件:0.5(1.4Gk+1.6Qk)st但不小於 75kN ;   (2.4) 邊緣繫件:0.25(1.4Gk+1.6Qk)st但不小於 75kN ;  (2.5) 式中:

Gk 樓面或屋頂的毎一單位面積的特定恆載;

L 繫件的跨度;

Qk         樓面或屋頂的毎一單位面積的特定外加荷載;

st         所驗算繫件與相鄰繫件之間的平均橫向間距。

若沒有其他荷載存在,如構件及其末端連接能夠承受相等於設計荷載作用下構件末端反力,或末端反力的較大值(若末端反力不等)的拉力,且該拉力不小於 75kN 時,該構件可假定為符合以上各項條件。

  • 邊柱繫件   錨固在最接近樓面或屋頂邊柱上的橫向繫件,應能夠承受垂直於邊緣的設計拉力,該設計拉力等於以上 a)段中計算的拉力, 75kN 或該相鄰樓層邊柱的最大設計恆載和外加荷載總和的 1%,的較大值。

有懸挑系統或外桁架系統的高樓大廈常常有著很大的邊柱,或巨型柱。這些柱的側向穩定性和連在其上的繫件需要特殊考慮,因爲約束力可以非常大,設計指引參見 13.1 節。

  • 柱的連續性 除非鋼框架在至少一個方向上是完全連續的,否則所有的柱都應在樑柱連接位直通。所有柱拼接應能夠抵抗等於最大垂直設計反力的拉力,該設計反力由恆載加上外加荷載或者由恆載、風載加上外加荷載,作用在該柱拼接與位於下面的相鄰柱拼接之間的單個樓層距離位置上産生。
  • 水平抗力   2.3.2.3 段建議用於抵抗水平力的支撐區或其他系統,應分佈於整個建築物內,從而在大致呈直角的兩個方向中的任一個方向上,建築物沒有太多部份僅用一點與該水平抗力系統相連。
  • 樓板預製件 當使用預製混凝土或其他重型樓板或屋頂單元時,應將其沿跨度方向適當錨固,應遵照預製混凝土建造守則規定,在支座處彼此錨固,或直接錨固於支座上。

當前三種情況 a)至 c)中的任何一種都不能滿足時,應對建築物內每一樓層逐層進行驗算,以確保不會在某一根柱假設移除後突然發生不合比例坍塌。如果條件 d)不能滿足,則應逐層驗算,以確保不會在水平抗力系統內的某一件構件的假設移除而突然發生不合比例坍塌。在相應的樓層及與其緊密相連的上下樓層或屋頂中的任一個平面上,建築物具有坍塌危險的部份不應超過 15%或者 70m2

(取兩者之中較小值)。若由於某一根柱或者水平抗力系統內的某一構件的假設移除,會引起更大面積坍塌的危險,則應將那柱或構件設計成關鍵構件,參見

2.5.9 條的規定。

   

將所有樑設計成繫件

錨固柱 A

的繫件

A

2.3  建築物普通繫件的示例

  1. 脆裂

在低溫下承受拉應力的焊接鋼結構可能會發生脆裂。在某些情況下,若採用了對脆裂敏感的連接細節、不恰當的裝配情況以及使用了低韌性焊接材料,脆裂也可能會在正常溫度下發生。這個問題可通過採用具有恰當延性等級的特定鋼材和焊接加以解決,做法通常利用夏比測試確定延性等級。越厚的鋼板和節點,要求的延性等級越高。就選擇恰當的延性等級,請參閱 3.2 節的指引。

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