美国结构设计规范简介
美国结构设计规范简介
q = 90 deg. 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
35
连接板件的破坏：
受拉破坏
剪切破坏
36
连接板件的破坏：
块剪破坏（block shear）
37
连接板件的破坏：
Whitmore 有效宽度
受压板件的屈曲
38
其他一些连接设计的考虑：
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）
4
荷载规范ASCE 7简介（接上）
荷载组合方式
Strength design：
Allowable stress design：
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（Special Plate Shear Walls)
53
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（Protected Zone) 特殊抗弯框架的一些设计概念
度系数或计算长度系数是联系两者的桥梁）
13
2. 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（Moment Frame）; 重力框架（Gravity Framing）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（Effective Length Method）； 直接分析法（Direct Analysis Method)； 一阶弹性分析（First-order Analysis Method)
中文版美国钢结构建筑设计规范(ANSI-AISC-360-05_)
ANSI/AISC 360-05美国国家标准钢结构建筑设计规范2005年3月9日发布本规范取代下列规范：1999年12月27日颁布的《钢结构建筑设计规范：荷载和抗力系数设计法》(LRFD)、1989年6月1日颁布的《钢结构建筑设计规范：容许应力设计法和塑性设计法》、其中包括1989年6月1日颁布的附录1《单角钢杆件的容许应力法设计规范》、2000年11月10日颁布的《单角钢杆件的荷载和抗力系数设计法设计规范》、2000年11月10日颁布的《管截面杆件的荷载和抗力系数设计法设计规范》、以及代替上述规范的所有从前使用的相关版本。
本规范由美国钢结构协会委员会（AISC）及其理事会批准发布实施。
本规范由美国钢结构协会规范委员会（AISC）审定，由美国钢结构协会董事会出版发行。
美国钢结构学会One East Wacker Drive，Suite 700芝加哥，伊利诺斯州60601-1802版权©2005美国钢结构学会拥有版权保留所有权利。
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美国统一建筑规范 第二卷 结构设计要求(第16章)
第二卷结构工程设计规定第16章结构设计要求注释：本章已经被全部修改。
第I部分一般设计要求1601 适用范围本章规定的一般设计要求适用于本所规范规定的全部结构。
1602 术语下面术语在本规范中的定义：容许应力设计（也称为工作应力设计），是一种根据不超过规定容许应力的容许应力组合在构件中产生的计算应力，来确定结构构件尺寸的设计方法。
室外阳台，是指从结构及其结构支撑突出出来的没有附加独立支撑的外部楼面体系。
恒荷载，是由全部材料和固定到建筑物或其他结构的设备的重量构成的。
露天阳台，是一种由邻接结构和/或标杆、支柱或其他独立结构至少支撑在相对两边的外露楼盖。
设计极限荷载，是一种按1606~1611中规定荷载和荷载调整的乘积。
见1612.2 关于设计极限荷载组合。
极限状态，是结构或构件被判定处于一种预定功能不再有用（适用性极限状态）或不安全（强度极限状态）的情形。
（极限荷载：结构的变形随荷载的增加而增大。
当荷载达到某一临界值时，不再增加荷载变形也会继续增大，这时结构丧失了进一步的承载能力，这种状态称为结构的极限状态，此时的荷载是结构所能承受的荷载极限，称为极限荷载。
）活荷载，是由于使用或占用建筑物或其他机构产生的那些荷载，不包括恒荷载、结构荷载或环境荷载如：风荷载、雪荷载、雨荷载、地震荷载或洪水荷载等。
活荷载荷载抗力调整设计（LRFD），是一种在构件受到全部容许荷载组合达到不适用极限状态而采用荷载及抗力调整确定结构构件尺寸的设计方法。
该术语―LRFD‖在钢结构和木结构设计中使用。
（它是根据各种可能的极限状态计算出构件的标准强度，用该标准强度乘以抗力调整确定设计构件的承载力，并将构件的承载力与构件的结构分析内力值进行比较。
它还引进了可靠度概念，采用本方法设计的各种构件将具有较为一致、平均和协调的安全性和可靠度。
）强度设计，是一种由不超过要素构件强度的要素荷载组合计算在构件中产生力，来确定确结构构件尺寸的设计方法。
美国建筑结构设计规范发展概况_下_
第2期建 筑 科 学BUILDING SCIENCE 1997年 美国建筑结构设计规范发展概况(下)黄成若 胡德(中国建筑科学研究院建筑结构研究所)2.5 预应力混凝土2.5.1 张拉控制应力美国规范规定预应力的张拉控制应力为0.80f pu (f pu 相当于我国的f ptk ),明显高于我国规范的规定。
提高张拉控制应力就可提高预应力混凝土结构的经济性和有效性。
2.5.2 裂缝控制美国采用的预应力筋都是高强的,如高强钢丝、钢绞线等,不用我国低强的冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝等,因而裂缝控制方法比较单一,即控制混凝土受拉区边缘纤维的拉应力。
在正常环境下,在使用荷载下(全部预应力损失后),混凝土受拉区边缘纤维的拉应力不应超过fc /2;当瞬时挠度和长期挠度都经过严格计算并符合规定条件下,则上述应力(双向板体系除外)可放松至f c 。
对于双向板体系,当用近似方法分析时,上述拉应力不应超过f c /2;当用精确方法分析时,则可放松。
简单地说,美国有两档控制:一是fc/2;一是fc 。
以fc =40N/m m 2为例,fc =40相当于我国C 50,f tk =2.75。
换算成我国拉应力限制系数ct 分别为40/2= ct ×1.75×2.75,则 ct =0.6540= ct ×1.75×2.75,则 ct =1.3我国高强钢丝、钢绞线预应力混凝土的裂缝控制,对一般构件为 ct =0.5,对屋架为 ct =0.3,明显的比美国严。
考虑到国际上推广部分预应力的趋势,特别是近十年来国际上在耐久性方面的研究取得的进展,我国的裂缝控制确有放松的必要。
这是因为,由于裂缝控制过严而导致预应力筋用量增加是不合适的。
至于在侵蚀环境(如海水、腐蚀性工业空气等)下,当然需要增加混凝土保护层厚度并减少拉应力,以排除在使用荷载下可能的开裂。
另一方面,美国这两档控制相互之间差一倍,实质上是取决于是否设置足够的有粘结钢筋以控制裂缝(这种有粘结钢筋可以是预应力的,也可以是非预应力的)。
2005版美国钢结构设计规范_部分简介_中文
2005版美国钢结构设计规范摘要美国钢结构协会成立于1921年，在1923年发行了第一版美国钢结构建筑设计规范.这本规范基于容许应力设计原则，长达十页，后来又发行了其他版本，一直到1989年的第九版本，但自从第八版本（1978）以后就没什么实质性的变化了。
极限状态设计，在美国又被称为荷载和抗力分项系数设计（LRFD），在第一版本的LRFD规范中被正式介绍，它基于超过15年的大量研究和改进，又被修改过两次，现在使用的是第三版本（1999）。
两本规范的同时存在对美国的设计人员和工业发展都带来了麻烦，AISC因此同意制定一部唯一并且标准统一的钢结构设计规范。
这部规范直到2005年8月13日才被审核通过，介绍了很多重要的概念，包括名义强度准则的使用与适当措施结合以提高可靠性的方法。
在许多其他方面的改进中，框架体系稳定性和支护设计有重大的进步，包括采用塑性准则的新设计方法。
关键词规范可靠性名义强度稳定性标准塑性连接设计组合设计论文纲要1介绍2基本设计理念2.1容许应力设计2.2荷载与阻力因素设计2.2.1强度不足和超载3 2005年AISC说明书3.1 背景3.2 格式规范3.3 基本设计要求4 新规范内容布置4.1内容概述4.2总则4.3设计要求B1 总则B3.6连接点B3.6.1简单连接B3.6.2弯矩连接4.4稳定性设计分析4.4.1稳定性设计要求4.4.2需求强度计算4.5 构件抗拉设计4.6 构件抗压设计4.7 构件抗弯设计4.8 构件抗剪设计4.9 构件组合受力设计和抗扭设计4.10 组合构件设计4.11 连接设计4.12高速钢和箱形构件连接设计5 注释6 摘要参考文献1.介绍1923版美国钢结构设计规范制定的目的是解决那个时候设计人员所面临的一系列问题。
虽然美国材料试验协会（ASTM）制定的钢材和其他材料性能标准是可用的,但仍然没有全国统一的建筑设计规范。
因此，个别州或城市有自己的要求，并且有时候设计特定的建筑甚至有多种规则可以使用，比如，那时候建造的一些桥梁必须遵守由桥梁当局制定的详细的规定，而当局又常常和杰出的设计者或制造商勾结。
美国结构设计规范简介
抗震钢结构 AISC 341
荷载规范ASCE 7简介
ASCE :American Society of Civil Engineers (美国土木工 程师学会）
ASCE 7-05 Minimum Design Loads for Building and Other Structures包括:
钢结构设计规范AISC 360
AISC American Institute of Steel Construction（美国钢 结构学会）
➢ AISC 360-05 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（13th Manual)；
➢ ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD钢 结构设计规范 (ASD 9th Manual)
➢ 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）
荷载规范ASCE 7简介（接上）
荷载组合方式
Strength design：
Allowable stress design：
稳定设计方法对比
2. 整体稳定设计要求（继续）
限制条件： 二阶/一阶位移比Δ2nd / Δ1st ：The ratio of second-order drift
to first-order drift can be represented by B2。
GB50017里同样有：
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2.5
美国钢结构建筑设计规范(ANSI-AISC-360-05)
关于钢结构建筑设计规范的条文说明（本条文说明不是《钢结构建筑设计规范》（ANSI/AISC 360-05）的一部分，而只是为该规范使用人员提供相关信息。
）序言本设计规范旨在提供完善的标准设计之用。
本条文说明是为该规范使用人员提供规范条文的编制背景、文献出处等信息帮助，以进一步加深使用人员对规范条文的基础来源、公式推导和使用限制的了解。
本设计规范和条文说明旨在供具有杰出工程能力的专业设计员使用。
术语表本条文说明使用的下列术语不包含在设计规范的词汇表中。
在本条文说明文本中首次出现的术语使用了斜体。
准线图。
用于决定某些柱体计算长度系数K的列线图解。
双轴弯曲。
某一构件在两垂直轴同时弯曲。
脆性断裂。
在没有或是只有轻微柔性变形的情况下突然断裂。
柱体弧线。
表达砥柱强度和直径长度比之间关系的弧线。
临界负荷。
根据理论稳定性分析，一根笔直的构件在压力下可能弯曲，也可能保持笔直状态时的负荷；或者一根梁在压力下可能弯曲，平截面发生扭曲或者其平截面状态时的负荷。
循环负荷。
重复地使用可以让结构体变得脆弱的额外负荷。
位移残损索引。
用于测量由内部位移引起的潜性损坏的参变量。
有效惯性矩。
构件横截面的惯性矩在该横截面发生部分逆性化的情况下（通常是在内应力和外加应力共同作用下），仍然保持其弹性。
同理，基于局部歪曲构件的有效宽度的惯性矩。
同理，用于设计部分组合构件的惯性矩。
有效劲度。
通过构件横截面有效惯性矩计算而得的构件劲度。
疲劳界限。
不计载荷循环次数，不发生疲劳断裂的压力范围。
一阶逆性分析。
基于刚逆性行为假设的结构分析，而未变形结构体的平衡条件便是基于此分析而归纳出来的——换言之，平衡是在结构体和压力等于或是低于屈服应力条件下实现的。
柔性连接。
连接中，允许构件末端简支梁的一部分发生旋转，而非全部。
挠曲。
受压构件同时发生弯曲和扭转而没有横截面变形的弯曲状态。
非弹性作用。
移除促生作用力后，材料变形仍然不消退的现象。
非弹性强度。
当材料充分达到屈服应力时，结构体或是构件所具有的强度。
美国统一建筑规范 第二卷 结构设计要求(18章)
第二卷结构工程设计规定。
第16章结构设计要求。
注释：本章已经被全部修改。
第17章结构测试和检查。
第18章基础和挡土墙。
第I部分一般要求。
1801 适用范围。
1801.1一般要求。
1801.1 一般要求。
本章提出建筑结构和基础及挡土结构挖掘和填土要求。
涉及附录第33章控制管理挖掘、缓坡和土方建筑，包括填土和筑堤。
1801.2 质量标准。
标准列在本规范的第35章，第二部分“美国统一规范（UBC）标准”中。
1、检验。
1.1、UBC标准18-1，土分类。
1.2、UBC标准18-2，膨胀指数测试。
1802 质量和设计。
在挖掘、基础和基础结构中使用材料的质量和设计要符合第16、19、21、22和23章要求。
挖掘和填土按照第33章进行。
本章提供的容许支撑应力、容许应力和设计公式将使用第1612.3部分规定的容许应力设计荷载组合。
1803 土分类—膨胀土。
1803.1一般要求。
1803.1 一般要求。
本章的目的是根据UBC标准18-1要求在表28-I-A中使用的土原料进行定义和分类。
1803.2 膨胀土。
按照UBC标准18-2的规程和表18-I-B中的土分类定值土性质。
在膨胀系数大于20的土上的建筑基础，要靠UBC标准18-2规定进行特殊设计。
如果膨胀系数随着深度变化，这种变化要包括在结构上膨胀土效应的工程分析中。
1804 地基勘察。
1804.1 一般要求。
每个建筑工地的土分类按照建筑主管部门的要求定值。
建筑主管部门可以要求工程师和建筑师按照国家相同的惯例定值。
1804.2 勘察。
以观察资料和在适当位置钻探或挖掘的检验材料为基础进行分类。
另外需要对地基强度、水分变化对地基支撑能力的影响、可压缩性、液化和膨胀性进行评估研究。
在地震区3和4，根据建筑主管部门要求对地震导致地基液化和地基不稳定性的评估要符合1804.5部分要求。
例外：1、建筑主管部门收到有资质的地质工程师或地质学者书写的不可能液化的评估时，可以放弃评估要求。
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P-Delta效应
17
二阶弹性分析方法
一阶弯矩放大法‘B1-B2“法：
其中 GB的公式类似，但缺少B1系数： 类似B1的系数出现在：
Cm 为等效弯矩系数
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直接分析法和有效长度法
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分析流程：
20
3.构件稳定设计
受拉构件 验算两种情况：
毛截面应力小于屈服强度：
净截面应力小于极限抗拉强度：
25
受弯构件
根据截面形状，按下表计算不同的极限失稳状态：
26
受弯构件
相当于GB的等效临界弯矩系数βb
27
受弯对称工字型截面或槽钢：
两种极限状态（取较小值）：
28
受弯对称工字型截面或槽钢：
29
4. 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
31
4. 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（min 2 2/3 d,3d preferred)，边距等要求
32
4. 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：
瞬心法（塑性法）
弹性设计法
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4.2 焊缝连接设计
焊缝类型： 熔透焊（CJP） 半熔透焊（PJP） 角焊缝（fillet weld） 焊缝计算的几个问题： 焊缝强度：焊条FEXX =70 ksi (相当于E55型焊条，适用于A572) 设计强度为0.6 FEXX ， f = 0.75 (LRFD)
13
2. 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（Moment Frame）; 重力框架（Gravity Framing）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（Effective Length Method）； 直接分析法（Direct Analysis Method)； 一阶弹性分析（First-order Analysis Method)
AISC官方网站：
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二、钢结构设计规范AISC360-05
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
1.
9
1. 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AISC 341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:ASTM A36 (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，A563
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抗震钢结构的材料
只有下列材料被允许用于抗震钢结构： ASTM A36,A53, A500,A501,A572, A588, A913, A992; 设计包括E=Ω0 QE 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。
4
荷载规范ASCE 7简介（接上）
荷载组合方式
Strength design：
Allowable stress design：
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.
5
荷载规范ASCE 7（接上）
6
混凝土规范ACI 318
ACI :American Concrete Insitute (美国混凝土学会） ACI 318 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
21
轴心受压构件
22
临界长细比λp
弹性屈曲和非弹性屈曲的临界长细比λ 或临界屈曲应力 Fe
p
(limiting KL/r)
23
其它需要考虑的情况
如果flange and web is slender尚需要折减稳定曲线(折 减系数Qs Qa)
24
其它需要考虑的情况
以上只是柱子的flexural buckling, 但当截面是十字, 单 轴对称(角钢,T型钢)等,尚有Torsional, flexural-torsional buckling 发生.
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
39
其他一些连接设计的考虑：
40
其他一些连接设计的考虑
集中力作用
41
常见的连接形式：
刚接（Moment Connection）
55
宽厚比限值
宽厚比限值
56
保护区（Protected Zone)
57
Protected Zone
58
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：
59
End of Presentation
QUESTIONS ?
60
45
地震的基本计算和要求：
地震力的计算(ASCE 7-05)：
设计反应谱
46
地震力效应分析方法：
等效静力法； 反应谱法； 时程法
47
等效法（底部剪力法）
48
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
49
层间位移比
50
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 R Ω0 Cd 值
Prepared by: 杨春晖 Prepared by:
Civil Structural 16 April 2003
美国结构设计规范简介 Training Manual
1
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
2
一、主要结构设计规范体系介绍
详见规范第B章节
11
1. 总的设计要求（继续）
宽厚比，高厚比的要求：
截面分类: COMPACT;NON-COMPACT;SLENDERNESS. AISC允许局部屈曲
12
2. 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）
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1. 总的设计要求（继续）
设计要求 承载力设计要求： Ru ≤ Φ Rn
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（Simple Connection） 刚接（Moment Connection）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
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（Special Plate Shear Walls)
53
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（Protected Zone) 特殊抗弯框架的一些设计概念
30
4. 节点设计概述
4.1 螺栓连接设计 高强螺栓材料：ASTM A325 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 See Page 167 of AISC 360
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· 波勒斯 著 中国建筑工业出版社 E·
7
钢结构设计规范AISC 360
AISC American Institute of Steel Construction（美国钢结 构学会） AISC 360-05 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（13th Manual)； ASD规范是AISC于1989年出版，也是最后一本ASD钢 结构设计规范 (ASD 9th Manual) AISC 341-05 是一本单独的钢结构抗震设计规范（ Seismic Manual)
34
焊缝计算的几个问题：
正面角焊缝增大系数：
q = 90 deg. 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
35
连接板件的破坏：
受拉破坏
剪切破坏
36lock shear）
37
连接板件的破坏：
Whitmore 有效宽度