钢框架稳定论文
浅析钢结构设计的稳定性

浅析钢结构设计的稳定性摘要:在建筑工程中,钢结构应用非常广泛。
如何保证钢结构设计的稳定性,是建筑设计中面临的重要议题。
本文主要探讨了钢结构设计稳定性的概念、原则、分析方法、问题、经验等等。
Abstract: in the construction engineering, the steel structure is used extensively. How to ensure the stability of the steel structure design, architectural design is faced with in the important issue. This paper mainly discussed the steel structure design concept, principle, stability analysis methods, problems, experience, and so on.关键词:钢结构稳定性分析方法Keywords: steel structure, stability, analysis method引言钢结构与传统的钢筋混凝土相比,有着很多优势,因而在建筑工程中发挥着不可替代的作用。
然而,钢结构的稳定性问题也一直困扰着建筑行业。
分析解决钢结构的稳定性问题,成为研究学者们的重要任务。
本文并就这些问题进行了一些探讨。
一、钢结构稳定性的概念以及稳定与强度的区别钢结构的稳定问题是指结构在外界扰动下能否恢复到初始平衡状态。
钢结构失稳就是结构或构件从初始平衡位置移至另一平衡位置。
钢结构强度不够或失稳都会造成结构破坏,但是强度与稳定的概念并不相同。
钢结构的强度是一个应力问题,指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度。
钢材以其屈服点作为极限强度。
而稳定是一个变形问题,构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的,关键是找出这一不稳定的平衡状态,避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
论建筑钢结构的稳定性设计优化

论建筑钢结构的稳定性设计优化摘要:随着社会主义经济体制制度的不断完善,人们的生活水平发生了翻天覆地的变化。
伴随着房地产行业的不断发展,工业建筑应用钢的需求量也越来越大。
近年来关于建筑钢的稳定结构设计优化的讨论也越来越多,本文结合个人多年工作经验,分析了钢结构的特性以及在建筑工程上面的应用情况,从其稳定结构的设计优化的角度展开探讨,希望能够起到抛砖引玉的作用。
关键字:建筑钢;稳定;结构钢结构在建筑工程当中应用的范围十分广泛,究其原因在于其拥有自重轻,高强度和工业化强度高的特点。
自从国家将轻型钢结构住宅建筑通用体系的开发和应用列入到国家重点技术创新项目以来,建筑钢结构的发展取得了一定的成效。
然而近年来由于地震等自然灾害的频繁发生,钢结构失去稳定而造成的事故也越来越多,对社会主义的经济建设造成了严重的危害,因此关于建筑钢的稳定结构设计越来越受到人们的关注。
本文结合个人多年实践工作经验,就建筑钢的稳定结构设计优化展开探讨,希望能够引起广大学者的关注。
一、建筑钢结构(一)钢结构的材料优势钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等为主要材料经过加工制造形成的建筑结构,与混凝土等材料的结构相比,拥有无可比拟的优势,主要体现在以下几个方面。
首先,建筑钢拥有很高的强度,无论是塑性还是韧性都是其他材料结构无法比拟的。
高强度能够让钢材承受较大的载荷,对于动力的变化拥有较强的适应性,不会因为由于载荷过重等等客观因素而突然断裂。
除此之外钢结构还拥有很强的吸收能量的能力和延展性,这个特点能够帮助建筑起到良好的抗震作用。
其次,钢材的内部组织分布的十分均匀,并且存在着各向同性的特点,在一定的应力强度下,钢材结构的反映是百分之百弹性的,再加上其在冶炼和轧制的过程当中材料本身的受感染和波动的范围比较小,因此从受力分析以及工程力学的计算结构上面来看,能够有效的提升设计施工的精准程度。
最后由于钢结构主要是运用钢板、热轧型钢等等材料制造出来的,无论是成才材料本身还是用以加工的材料而言,结构的比较坚硬单纯,因此从生产制造的角度比较简单。
建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇

建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨3篇建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨1建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨近年来,钢结构作为一种新型建筑构造材料,其在建筑工程中的应用越来越广泛。
钢结构的优良性能在保证建筑质量和施工效率的同时,还大大增强了建筑的美观性和安全性。
然而,钢结构设计中存在着一种非常日益突出的问题——稳定性问题。
本文将就建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计探讨进行详细探讨。
一、钢结构设计的稳定性原则(一)整体稳定性原则整体稳定性原则是指钢结构在各种荷载作用下,其整个结构要能保持相对稳定,避免出现龙卷风、震动等不稳定现象。
一般来说,整体稳定性可以通过增加抗弯刚度和抗扭刚度来保证,从而使建筑的结构稳固牢靠。
(二)构配件稳定性原则构配件稳定性原则是指在钢结构设计中,各种构件的强度和稳定性要充分考虑,避免出现局部失稳等问题。
因此,必须保证构配件在承受极限荷载时,具有良好的抗弯、抗剪、抗压、抗扭等性能,同时对悬挂式构件进行充分支撑,使其能够避免出现扭曲、侧翻等倾斜现象。
(三)局部稳定性原则局部稳定性原则是指在钢结构设计中,必须充分考虑各个支座、连接件等局部节点的稳定性,避免出现节点扭曲破坏、支座变形、连接件塑性变形等问题。
为此,必须充分考虑节点和连接件的刚度和强度,以保证整个结构的安全和稳定性。
二、钢结构设计的设计探讨(一)钢材的选用在钢结构设计中,钢材的选用是很重要的一步,因为钢材的力学性能将直接影响到结构的强度和稳定性。
因此,设计人员应在具体工程中充分考虑材料的强度、韧性、抗腐蚀性能等因素,合理选用材料,以确保结构的安全性。
(二)结构的布局在钢结构设计中,结构的布局也是一个非常重要的环节。
设计人员应该根据具体工程的要求和实际情况,选择适当的结构形式和布局方式。
在整个设计过程中,应当注意保证结构的合理分布和承重能力的均衡,以确保结构的稳定性和安全性。
(三)节点连接的设计在钢结构设计中,节点连接的设计也是非常关键的。
钢结构稳定论文

钢结构稳定理论稳定性是钢结构的一个突出问题, 在各类钢结构的设计中, 都会遇到稳定问题, 稳定设计是钢结构设计的重要组成部分。
钢结构的稳定设计按照设计规范的要求, 可进行合理的选材、正确的内力分析、完备的稳定验算和可靠的构造保证等。
其实正确理解和应用钢结构稳定的基本概念、研究对象、稳定类型以及分析方法等对钢结构的稳定设计也是非常重要的。
将这些内容称为概念设计, 并进行论述, 以利于钢结构的稳定设计。
1 稳定的基本概念1. 1 对稳定概念的理解由于稳定问题是要找出作用与结构内部抵抗力之间的不稳定平衡状态, 即变形开始急剧增长的状态, 从而设法避免进入该状态, 所以它是一个变形问题。
要理解稳定是一个刚度问题, 就必须清楚强度、刚度和稳定的概念。
强度表示结构中的材料或截面能够承受的最大应力或最大内力; 刚度表示抵抗变形的能力; 失稳表示结构不再能够以原来的平衡形式继续承受附加的荷载。
在临界状态, 如果构件上的荷载哪怕有微小的增加, 平衡的性质就会发生转变, 即失稳, 甚至平衡的形状都会发生变化, 即屈曲。
强度代表了截面的极限状态, 即截面的刚度达到了零, 表现为内力不增加, 变形可以增加很大。
一个超静定结构, 如果某个截面形成塑性铰, 结构还有继续承受附加荷载的能力, 直至结构中形成足够多的塑性铰, 结构变成了机构, 结构才达到了强度极限状态, 此时结构或构件的刚度也达到了为零的状态。
失稳也代表了结构或构件的极限状态, 即结构不再继续承受荷载、抵抗进一步变形的能力, 刚度达到了零。
所以稳定是一个刚度问题。
实际上, 结构是分层次的, 刚度也是分层次的,每一层次结构都会发生失稳现象。
在材料层次上,应力- 应变曲线上切线模量为零的点表示金属内部晶体结构不再能够保持原状, 通过滑移达到新的状态, 这代表微观状态的失稳, 所以材料层次的失稳是强度问题。
而结构或构件层次上的失稳表示结构或构件不再能够承受附加的荷载, 代表了结构或构件的刚度为零。
钢框架稳定论文

摘要随着我国国民经济的发展,钢框架结构得到了越来越广泛的应用。
对于高层钢结构,本文主要指高层钢框架结构的稳定性,应从框架的整体稳定方面入手进行分析,然而现行的设计方法是计算长度系数法即通过控制框架柱的稳定性来间接控制钢框架的稳定性。
为了考虑变形对内力的影响,我国新的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对钢框架结构的内力分析进行了修正。
该规范第一次提出对系数η>0.1的钢框架结构进行二阶弹性分析,并建议在二阶弹性分析时,应在每层柱顶施加附加的假想水平荷载,考虑结构和杆件的各种缺陷对内力的影响。
本文对理想钢框架的极限承载力和变形进行了理论分析简单的概述,并详细介绍了钢框架稳定和设计方法,包括钢框架结构的弹性和弹塑性阶段出的计算方法。
关键词:钢框架,稳定,弹性分析,弹塑性分析,非线性分析目录摘要 (1)1.钢框架基本概念 (4)1.1 有侧移刚架和无侧移刚架的概念 (4)1.2 侧向柔性结构和侧向刚性结构 (5)1.3 有侧移失稳和无侧移失稳的判断 (5)2.钢框架稳定分析和设计方法 (6)2.1 钢框架承载力弹性分析 (6)2.1.1 一阶弹性分析和二阶弹性分析 (6)2.1.2 现行规范推荐的计算方法 (8)2.1.3 现行规范推荐的近似二阶分析 (11)2.2钢框架承载力弹塑性分析 (13)2.2.1最简单框架的承载力 (13)2.2.2 实用二阶弹塑性分析方法……………………………………………1错误!未定义书签。
3.高层钢结构整体稳定非线性分析的国内外研究现状 (18)3.1现在主要分析方法综述 (18)3.2 影响钢结构稳定性的因素 (19)3.3现有研究方法存在的问题及研究方法 (20)4.钢结构发展研究展望 (20)小组总结 (21)参考文献 (22)钢框架的稳定研究高层钢框架结构具有很多优越性,主要有以下几个方面[1]:钢结构自重轻;钢结构材料强度高;钢结构施工速度快;高层建筑管道很多,如果采钢结构,可以在梁上开孔用以穿越管道;在梁高相同的情况下,钢结构的开间可以比混凝土结构的开间大50%,从而可使建筑布置灵活;钢结构的延性比钢筋混凝土结构好;由于钢结构比混凝土结构重量轻,更易采用TMD、TLD等结构振动控制措施,提高结构的抗风、抗震能力:钢结构由于在工厂加工制作,所以精度高、质量有保证,与混凝土结构现场施工相比,更易符合结构设计要求;高层建筑在建造过程中,由于业主要求的变化,变更设计经常发生,采用钢结构则较易配合结构设计要求;钢结构为干式施工,可避免混凝土湿式施工所造成的环境污染;混凝土结构建筑拆除后,混凝土不能再使用,只能当作废料处理而影响环境。
建筑钢结构稳定设计[论文]
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试论建筑钢结构的稳定设计摘要随着建筑类经济快速的发展,工业建筑应用钢结构的越来越多。
防止结构失稳,是钢结构设计中应充分注意的问题。
本文阐述了钢结构的特性及在建筑上的应用,并对其稳定性的设计进行分析,根据设计经验进行总结,为后续设计施工提供技术支持。
关键词刚结构稳定性设计中图分类号:s611 文献标识码:a工业建筑钢结构的稳定问题在设计中,设计人员应该注重结构构件的稳定性能,以免在设计过程中发生不必要的失稳损失;其次,随着新型结构的出现,设计人员对其性能认识的不足,从而导致构件的失稳,就这个问题阐述了新型结构现存的问题,并且针对问题论述了产生的原因。
1建筑钢结构的稳定性设计钢结构的稳定性设计、在各种类型的钢结构中,由于结构失稳造成的伤亡事故时有发生、为了更好地保证钢结构稳定设计中构件不失稳定,保证工程质量及使用安全,有必要对钢结构的稳定性设计进行详细探讨。
1.1钢结构稳定性的概念钢结构强度小或失稳都会造成结构破坏,但是强度与稳定的概念并不相同、钢结构的强度是一个应力问题,指结构或者单个构件在稳定平衡状态下由荷载引起的最大应力(或内力)是否超过建筑材料的极限强度、钢材以其屈服点作为极限强度、而稳定是一个变形问题,构件所受外部荷载与结构内部抵抗力间是不稳定的,关键是找出这一不稳定的平衡状态,避免变形急剧增长而发生失稳破坏。
1.2钢结构稳定性设计要点(1)钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性要求整体考虑,目前钢结构大多是按照平面体系进行设计,如桁架和框架、保证平面结构不出现平面外失稳,要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致,如增加必要的支撑构件等。
(2)实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致,中层或多层框架结构设计框架稳定分析通常是省略的,只进行框架柱的稳定计算,由于框架各柱的杆件稳定计算的常用力法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的,因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。
《钢结构稳定理论》结课论文

1111111111学院《钢结构稳定理论》课程论文论文题目:钢结构稳定性问题概述任课教师:111姓名:111专业:111学号:钢结构稳定性问题概述摘要:本文阐述了钢结构稳定设计的基本概念,包括钢结构失稳的类型、钢结构稳定计算的影响因素、稳定与强度的区别、稳定设计的原则和稳定设计的特点,提出了钢结构体系稳定性研究中存在的问题,以便于帮助设计人员更好地完成钢结构的稳定设计。
关键词:钢结构;钢结构稳定;钢结构设计;失稳1.概述与传统的钢筋混凝土结构相比,钢结构具有减少工程成本、提高抗震强度、节省空间等优点。
高强度钢材的使用,施工技术的发展以及电子计算机的应用使钢结构体系的发展和广泛应用成为可能。
钢结构日益发展的同时钢结构设计存在的问题也日益增多,稳定性是一个突出问题。
现代工程史上不乏因失稳而造成的钢结构事故,其中影响最大的是1907年加拿大魁北克一座大桥在施工中破坏,9000吨钢结构全部坠入河中,桥上施工的人员75人遇难。
破坏是由于悬臂的受压下弦失稳造成的。
而美国哈特福特城的体育馆网架结构,平面92m×110m,突然于1978年破坏而落地,破坏起因可能是压杆屈曲。
以及1988年加拿大一停车场的屋盖结构塌落,1985年土耳其某体育场看台屋盖塌落,这两次事故都和没有设置适当的支撑有关。
在我国1988年也曾发生l3.2×l7.99m网架因腹杆稳定位不足而在施工过程中塌落的事故。
从上可以看出,钢结构中的稳定问题是钢结构设计中以待解决的主要问题,一旦出现了钢结构的失稳事故,不但对经济造成严重的损失,而且会造成人员的伤亡,所以我们在钢结构设计中,一定要把握好这一关。
本文提出了设计中应该掌握的一些钢结构稳定的基本概念,以及钢结构稳定性研究中存在的问题。
2.钢结构稳定设计的基本概念2.1 钢结构失稳的类型2.1.1 第一类失稳,也叫平衡分岔失稳,构件会在同一荷载点出现平衡分岔现象。
根据构件在屈曲后的荷载—挠度曲线变化的不同,平衡分岔失稳又可以分为稳定分岔失稳和不稳定分岔失稳。
钢筋混凝土框架结构体系中的稳定性分析研究

钢筋混凝土框架结构体系中的稳定性分析研究一、背景介绍钢筋混凝土框架结构体系是建筑结构中常见的一种结构形式。
该结构体系由柱、梁、地基等构件组成,具有承重能力强、刚度大、耐久性好等优点。
然而,在实际应用中,该结构体系容易发生稳定性问题,如失稳、屈曲等现象,严重影响建筑结构的安全性和使用性。
因此,对钢筋混凝土框架结构体系的稳定性进行研究具有重要的现实意义。
二、稳定性分析的基本原理稳定性是指结构在受到作用力后,不发生倾覆、屈曲等失稳现象的能力。
钢筋混凝土框架结构体系的稳定性与其材料性质、结构形式、荷载等因素密切相关。
稳定性分析的基本原理是应用力学知识,通过计算结构的稳定系数、屈曲荷载等参数,判断结构是否具有稳定性。
三、稳定性分析的方法稳定性分析的方法包括理论分析和试验研究两种途径。
1. 理论分析理论分析是指通过数学模型和计算方法,对钢筋混凝土框架结构体系的稳定性进行预测和评估。
常用的理论分析方法包括有限元法、弹性稳定理论、塑性稳定理论等。
其中,有限元法是一种较为常用的方法,它能够模拟结构的实际受力情况,对结构的稳定性进行分析。
2. 试验研究试验研究是指通过实验手段,对钢筋混凝土框架结构体系的稳定性进行检验和验证。
常用的试验方法包括压力试验、弯曲试验、抗剪试验等。
试验研究不仅能够验证理论分析的结果,还能够获取实际结构的稳定系数、屈曲荷载等参数,为结构设计提供参考依据。
四、稳定性分析的关键因素稳定性分析的关键因素包括结构形式、荷载类型、材料性质等。
1. 结构形式钢筋混凝土框架结构体系的稳定性与其结构形式密切相关。
在相同荷载作用下,不同结构形式的稳定系数和屈曲荷载差异较大。
因此,在进行稳定性分析时,应考虑结构形式对稳定性的影响。
2. 荷载类型荷载类型是指结构所受的外力类型,包括静力荷载、动力荷载等。
不同荷载类型对结构的稳定性影响不同,因此,在进行稳定性分析时,应考虑荷载类型对稳定性的影响。
3. 材料性质材料性质是指结构所使用的材料的力学性质,包括强度、刚度、韧性等。
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摘要随着我国国民经济的发展,钢框架结构得到了越来越广泛的应用。
对于高层钢结构,本文主要指高层钢框架结构的稳定性,应从框架的整体稳定方面入手进行分析,然而现行的设计方法是计算长度系数法即通过控制框架柱的稳定性来间接控制钢框架的稳定性。
为了考虑变形对内力的影响,我国新的《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对钢框架结构的内力分析进行了修正。
该规范第一次提出对系数η>0.1的钢框架结构进行二阶弹性分析,并建议在二阶弹性分析时,应在每层柱顶施加附加的假想水平荷载,考虑结构和杆件的各种缺陷对内力的影响。
本文对理想钢框架的极限承载力和变形进行了理论分析简单的概述,并详细介绍了钢框架稳定和设计方法,包括钢框架结构的弹性和弹塑性阶段出的计算方法。
关键词:钢框架,稳定,弹性分析,弹塑性分析,非线性分析目录摘要 (1)1.钢框架基本概念 (4)1.1 有侧移刚架和无侧移刚架的概念 (4)1.2 侧向柔性结构和侧向刚性结构 (5)1.3 有侧移失稳和无侧移失稳的判断 (5)2.钢框架稳定分析和设计方法 (6)2.1 钢框架承载力弹性分析 (6)2.1.1 一阶弹性分析和二阶弹性分析 (6)2.1.2 现行规范推荐的计算方法 (8)2.1.3 现行规范推荐的近似二阶分析 (11)2.2钢框架承载力弹塑性分析 (13)2.2.1最简单框架的承载力 (13)2.2.2 实用二阶弹塑性分析方法……………………………………………1错误!未定义书签。
3.高层钢结构整体稳定非线性分析的国内外研究现状 (18)3.1现在主要分析方法综述 (18)3.2 影响钢结构稳定性的因素 (19)3.3现有研究方法存在的问题及研究方法 (20)4.钢结构发展研究展望 (20)小组总结 (21)参考文献 (22)钢框架的稳定研究高层钢框架结构具有很多优越性,主要有以下几个方面[1]:钢结构自重轻;钢结构材料强度高;钢结构施工速度快;高层建筑管道很多,如果采钢结构,可以在梁上开孔用以穿越管道;在梁高相同的情况下,钢结构的开间可以比混凝土结构的开间大50%,从而可使建筑布置灵活;钢结构的延性比钢筋混凝土结构好;由于钢结构比混凝土结构重量轻,更易采用TMD、TLD等结构振动控制措施,提高结构的抗风、抗震能力:钢结构由于在工厂加工制作,所以精度高、质量有保证,与混凝土结构现场施工相比,更易符合结构设计要求;高层建筑在建造过程中,由于业主要求的变化,变更设计经常发生,采用钢结构则较易配合结构设计要求;钢结构为干式施工,可避免混凝土湿式施工所造成的环境污染;混凝土结构建筑拆除后,混凝土不能再使用,只能当作废料处理而影响环境。
如果全面考虑上述优越性,很多情况下多、高层建筑钢结构的综合经济性能不劣于混凝土结构,有些情况下会优于混凝土结构。
框架结构是由梁与柱构成的结构,按梁与柱的连接形式又可分为半刚接框架和刚接框架。
根据受力变形特征,钢框架梁柱连接可分为三类:(1)刚性连接:梁柱间无相对转动,连接能承受弯矩;(2)铰支连接:梁柱间有相对转动,连接不能承受弯矩;(3)半刚性连接:梁柱间有相对转动,连接能承受部分弯矩。
钢框架结构多数由横梁与立柱刚接而成。
刚性连接的横梁与普通梁式结构相比,节省钢材,结构横向刚度较好,横梁高度也相对较小。
因此可以增加建筑物净空,减少结构的造价和房屋体积,是一种比较经济的结构形式。
根据结构抗侧力体系的不同,钢结构框架可以分为:纯框架、中心支撑框架、偏心支撑框架和框筒结构等,其中纯框架结构延性最好,但抗侧力及刚度较差。
一般情况下,钢结构截面相对于其它材料的截面来说较小,因此钢结构在设计时,稳定问题成为主要问题。
钢框架结构的稳定问题主要包括框架平面内的稳定问题、框架平面外的稳定问题和构件的局部稳定问题三个方面。
对于框架平面外的稳定问题可以通过设置平面外的支撑来得以保证;构件的局部稳定问题则可以通过限制翼缘的宽厚比或设置加劲肋来保证;而框架平面内的稳定问题根据抗侧刚度的大小分为无侧移和有侧移两种失稳形式。
1.钢框架基本概念1.1有侧移刚架和无侧移刚架的概念在钢框架的结构设计中,在用计算长度法计算钢架稳定性时,将框架结构分为有侧移和无侧移两类,分别计算它们的计算长度。
钢结构规范([77],1989)第5.2.2条的最末尾有一个注:无侧移框架是指框架中设有支撑架、剪力墙、电梯井等支撑结构,且其抗侧移刚度大于框架本身抗侧移刚度的5倍者;有侧移结构是指框架中未设上述支撑,或支撑结构的抗侧移刚度小于框架本身抗侧移刚度的5倍者。
但是上述准则实际上是误解的结果。
5倍关系最早由欧洲钢结构协会于1977年提出,提出5倍关系的最早本意是对支撑部分和框架部分分担水平力的比例进行界定,当支撑抗侧刚度大于纯框架抗侧刚度的5倍时,框架分担的水平力可以忽略不计,框架因不承担水平力而无侧移,并不是框架发生无侧移失稳。
欧洲规范Ec3-ENv-1993([26],1994)校正了这一描述:在双重抗侧力结构(框架-支撑和框架-剪力墙是最常用的)中,如果框架所承受的总水平力小于等于总剪力的20%,则可以以足够的精确度假设所有的水平力均由支撑架(剪力墙)承受,框架本身不承受水平力,从而这个框架可以作为无侧移框架。
不满足上述规定的框架一支撑结构体系中的框架,就为有侧移框架。
根据上述规范规定,可以知道:(l)无侧移框架是一个相对的概念,是在与支撑架、剪力墙的抗侧刚度的比较中获得的,由此只有在双重抗侧力体系中的框架才有有侧移和无侧移框架之分;(2)无侧移框架可以按照不承受水平力进行设计。
图1-1 框架示意图如图1-1所示,(a)主框架如果刚度比小框架大的多,则小框架可以按无侧移框架进行设计。
所有的水平力由大框架承受,包括作用在小框架上的水平力。
图(b )刚架在支撑架刚度很大时可以按照无侧移进行设计,所有水平力由支撑架进行承受。
(3)纯框架是未设置任何支撑的框架,纯框架结构按照有侧移失稳的框架柱计算柱子的计算长度系数。
上述分类方法,不涉及框架的稳定性计算,而只是对框架进行分类。
了解建筑物各子结构在承受水平力上的相对比例,在框架分担的水平力小到一定程度时对框架进行简化的力学分析。
1.2 侧向柔性结构和侧向刚性结构欧洲规范Eurocode3中关于侧向刚性和侧向柔性结构的定义:若结构0.1(0.12)i i i iV H h δ<或则结构为侧向刚性结构;反之为侧向柔性结构,对于侧向柔性结构规定可以采用线性内力分析配合计算长度系数法来计算稳定性,没有涉及采用有侧移失稳的计算长度还是无侧移失稳的计算长度。
而英国规范的本意是要对结构的失稳模式作出判断,从而选择合理的框架柱计算长度系数。
由此可见国际上对于这个问题在概念上仍然模糊不清。
1.3 有侧移失稳和无侧移失稳的判断有侧移、无侧移两类框架的计算长度系数差别很大,在相同的条件下,有侧移失稳计算长度系数往往是无侧移失稳计算长度系数的两倍以上,相应框架柱的临界荷载则是四分之一弱。
对于那些有抗震设计要求的框架结构,由于框架部分有良好的抗震性能,一些规范规定框架部分必须承担总地震力的25%以上。
以侧向力按双重抗侧力体系中各自抗侧移刚度分配,上述规定意味着框架的侧向刚度大约为支撑体系的三分之一,从而有很大一部分双重抗侧力体系的框架被归到有侧移框架一类。
此外,对于一些无抗震要求,但设有支撑体系的框架结构,往往由于支撑体系的刚度不能达到无侧移框架的要求,这一类框架规范规定也按照无支撑框架计算其稳定性。
显然,按照目前的设计规范确定框架柱的计算长度系数的方法,将会使大部分设有支撑体系的框架其支撑作用得不到有效的利用。
事实上,虽然此类支撑结构不能完全阻止框架柱的有侧移失稳,它们也能在一定程度上改善框架柱的有侧移失稳性能,此类框架被称作弱支撑(weaklybraced)ls1],或部分支撑〔Partiallybraced)。
对框架有侧移、无侧移失稳的判别准则,或何时采用无侧移失稳的框架柱计算长度系数,美国规范没有明确规定。
但英国规范Bs5950:1990有较细致的规定:在框架每层横梁处施加假想水平荷载,其值等于该层梁所承总重力荷载设计值的0.5%,计算框架在此荷载作用下的侧移。
如果各层间相对位移除以层高不超过下列数值,即可作为无侧移框架看待:(l)框架有围护结构而在计算时不计其影响时为1/2000;(2)框架无围护结构或有围护结构而在位移计算中己予以考虑时为1/4000。
这个规定是根据侧移确定的,但是是用于确定框架柱计算长度的。
根据这一规定得到:(1-1)式中i V ,i H ,i δ,i h 分别为某一层的竖向荷载总和、层剪力、在层剪力作用下的层间侧移和层高。
2.钢框架稳定分析和设计方法结构的稳定分析应从结构的整体着手,而现在通行的钢框架稳定设计主要是采用传统的计算长度系数法。
传统的计算长度系数法是建立在以下5条基本假设的基础上[22]:(1)材料是线弹性的;(2)框架只承受作用在节点上的竖向荷载;(3)框架中的所有柱子是同时丧失稳定,即各柱同时达到其临界荷载;(4)当柱子开始失稳时,相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩,按柱子的线刚度之比分配给柱子;(5)在无侧移失稳时,横梁两端的转角大小相等方向相反;在有侧移失稳时,横梁两端的转角不但大小相等而且方向亦相同.,所以传统的长度系数法只适用于计算特定的对称框架,对于其它的非对称框架,有时并不能真实地反映钢框架的稳定承载力。
因此对于复杂框架的稳定问题需要直接求解。
2.1 钢框架承载力弹性分析由没有缺陷的完善杆组成的框架,在承受柱顶集中作用的竖向荷载时,如果杆件比较细长,钢框架有可能在弹性范围内出现屈曲。
而对于有初始倾斜或有水平荷载作用的框架,则框架在失稳时总要出现一点塑性。
虽然框架弹性失稳实际工程中基本上不会发生,但弹性稳定分析不仅是稳定理论的基础,也是确定目前仍然通用的框架柱子计算长度系数法的基础[13]。
2.1.1 一阶弹性分析和二阶弹性分析钢框架结构的弹性分析,是指假定框架在弹性阶段工作,对于钢结构所有计算式中弹性模量取为E =2.06×10 5N/mm 2。
所谓一阶分析,是指分析时力的平衡条件按变形前的杆件轴线建立,而二阶分析则按发生变形后的杆件轴线建立。
图2-1(a )为一对称单层框架及其荷载情况。
首先,按一阶弹性分析时可按计算简图2-1(b)得:固定端A 的弯矩:1M H h =⋅,自由端口的位移:3/3Hh EI ,从这两式可看出位移看1δ及固端弯矩1M 均与竖向力P 无关。
若按二阶弹性分析时的计算简图为图2-1(c),可以得到: 固定端A 的弯矩:1111M P H h δ=+⋅, (2-1)自由端口处的水平位移:31133(),3H htgu u u EIuδ-=⨯=其中 (2-2)由图2-1(d )的隔离体建立平衡方:''0EIy Py Hx ++=求解此方程得柱的弯曲曲线方程,即可求得11δ。