钢框架结构设计

同层柱的剪力分配
柱的侧移刚度: 第i层的总剪力:
12ic d ik 2 h
V
k 1
m
ik
Vi
Vik dik i
i
1
d
k 1
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Vi
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Vik
d ik
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k 1
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Vi
ik
柱中反弯点的位置：
对于底层柱，反弯点的位置位于柱距柱底 2/3h处。 除底层柱外，其它柱反弯点的位置位于柱 的中点；
1.6 4K 1 K 2 7.5 K 1 K 2 K 1 K 2 7.5 K 1 K 2
K1、K2分别为柱上端、下端的梁线刚度和与柱线 刚度和的比值。
5.3.1、柱的长细比限值
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对
不超过12层的钢框架柱的长细比作了如下 规定：
常见的柱截面图
大红274
2、梁的选取
框架梁或仅承受重力荷载的梁，其受力状
态为单向受弯。
通常采用双轴对称的轧制或焊接H型钢截面，
对跨度较大或受荷较大，而高度又受到限 制的部位，可采用抗弯和抗扭性能较好的 箱形截面（双腹板梁）。
5.2、构件的计算
梁的承载力计算 梁的整体稳定 框架柱的承载力计算
证，使其不控制设计。 铺板起阻止梁的失稳作用应满足的两个条 件：

一是铺板在自身平面内有相当大的刚度； 二是铺板与梁有可靠的连接。
当铺板不满足是刚性条
件时，按右式计算梁的 稳定：
Mx f bWx
5.2.3、框架柱的承载力计算
框架柱是指与梁刚接的柱，在轴向压力和
弯矩的共同作用下，兼有梁和柱的特点， 以截面出现塑性铰作为压弯构件的极限承 载力。 承载力计算：
第五篇
5.1、构件选型： 5.2、钢构件设计：
钢构件设计
构件强度验算 构件稳定承载力验算
1、框架柱的选取
多层钢框架多度要求来 确定。 框架柱截面可采用H形、箱形、十字形、圆 形等，见图。 对于多层钢框架，柱轮廓外边尺寸不超过 800mm。
在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生 较大的剪切变形（图1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在10% 以内（可不计其影响）。
4.2.2、钢框架结构侧移要求
框架结构在水平荷载作用下的变形由总体
剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。
1、适用高度 高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度 应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地的钢结构，其高度应适当降低。
2、建筑高宽比限制
第二篇
钢框架的结构布置
2.1、按照承重方案的不同划分为三种:
横向承重 纵向承重 纵横向双向承重
2.2、柱网布置
方形柱网和矩形柱网是多高层框架结构常
6～8度时
120 235 f ay
9度时
100 235 f ay
5.3.2、梁的板件宽厚比限制

不超过12层钢框架的梁板件的宽厚比限值 7度 11 36 8度 10 32 9度 9 30
抗震设防烈度 工字形截面和箱形 截面翼缘外伸部分 箱形截面翼缘在两 腹板间的部分
工字形截面和箱形 截面腹板
N
Ey
my M y
截面抗震验算
S R RE
内力基本组合设计值 承载力调整系数 抗震承载力设计值
非抗震 0 S R 抗震 S R / RE
5.2.4、框架柱的计算长度
设计框架柱时，多采用计算长度法，把框
架的稳定简化为柱的稳定来对待。 对于纯框架结构，当没有支撑、剪力墙、 电梯井筒等支撑结构，称为有侧移框架。 有侧移的计算长度系数的电算近似公式：
《抗震规范》：
多高层钢框架的弹性层间位移角限值：
（第一阶段抗震设计）
1/300
《高钢规》： 在风荷载作用下，顶层质心位置的侧 移不宜超过建筑高度的1/500，质心层 间侧移不宜超过楼层高度的1/400。
4.3、框架结构近似计算
框架结构计算简图
将框架结构的空间形式,简化成平面形式,如图
框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点
风荷载 地震作用
3.1.1、风荷载
W Z s ZW0
v W0 1600
2
——基本风压，由空旷平坦地面，离 地 10m 统计的重现期为 50 年 ( 或 100 年）
的10分钟平均最大风速计算所得。
Z
——Z高度处的风振系数
s
风荷载体形系数
Z 风压高度变化系数
3.1.2、地震作用
框架体系的主要特点
5、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部 分刚度较均匀，构造简单，易于施工； 6、侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应 不可忽视；由于地震时侧向位移较大，引 起非结构性构件的破坏。
1.1、钢框架结构的特点
存在的问题：


1、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及 作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。 2、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于 地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免 节点的开裂、支撑的压曲等震害。
结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面 运动引起的动态作用，属于间接作用，称为“地 震作用” 。 “三水准”设计原则： 小震不坏，中震可修，大震不倒。 “两阶段”设计方法： 第一阶段设计——多遇地震作用下的弹性分析， 主要验算构件的承载力、稳定性及结构的层间位 移 第二阶段设计——罕遇地震作用下的弹塑性变 形验算，主要验算结构的屈服机构、层间位移和 层间位移延性比。
表示；杆件长度用节点之间的距离表示； 计算跨度取框架之间轴线距离； 柱的计算高度可以取层高，底层柱一般取 到基础顶面的距离； 跨度相差不超过10%时，按等跨计算内力; 屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算。
1、分层法

(1)
(2)


计算假定： 框架的侧移和侧移力矩忽略不计； 每层梁荷载对其它层梁和柱的影响忽略不计。 计算要点： 除底层柱外，其它柱的侧移刚度乘以0.9， 传递系数为1/3; 适用条件： 分层法适用于节点梁柱线刚度比 ib / ic 3

3.2、荷载效应组合
承载力极限状态的荷载效应组合分为
1、无地震作用时的荷载效应组合 2、有地震作用时的荷载效应组合 注：9度设防烈度时，以及建筑高度 H>60m时，应考虑风荷载和地震作用的 组合。 结构侧移验算时的荷载效应组合有 1、风荷载作用时： S=SWk 2、水平地震作用时： S=SWhk
4.4、结构的整体稳定P－△效应

由于钢框架的侧向刚度较柔，在风荷载 或水平地震作用下将产生较大的水平位移， 这使已作用于产生水平位移的结构上的竖 向荷载，对该结构的各构件产生附加内力， 而且增大已有的结构位移水平，因而降低 结构的承载力和结构的整体稳定性。 按反映二阶效应的方法验算结构的整 体稳定。

第四篇 框架结构的计算
4.1、框架结构的受力特性及内力分布

柱脚轴向力产生的力偶是平衡倾覆力矩的 主要部分
M0V Ni ai Mi
柱脚轴向力产生的平衡力矩 Ni ai 远大于柱 脚弯矩之和 Mi 。 框架梁的刚度越大， Niai 值越大。当框架边 柱之间的距离越大，或建筑物的高宽比越 小，柱脚轴力产生的平衡力矩越大，梁柱 内力也可有所减小。
框架梁柱内力计算
柱的内力根据柱间剪力和反弯点的位置确 定，梁端弯矩由平衡条件求出。
(1)柱端弯矩: (2)梁端弯矩: (3) 梁端剪力： (4) 柱的轴力：
2、改进反弯点法（D值法）
两个方面的改进
1、修正了框架柱的抗剪刚度 在水平荷载作用下，框架不仅有侧移，且各 节点都有转角。 2、调整了框架柱的反弯点高度 不再是定值，而是与柱的上下端的刚度有关， 反弯点偏向刚度小的一端。 有了D值和反弯点的位置后，其他内容的计算和 “反弯点法”完全相同。
用的基本柱网，其柱距宜采用6～9m。 当柱网确定后，梁格即可自然地按柱网分 格来布置。框架的主梁应按框架方向布置 于框架柱间并与柱刚接。 一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁， 其间距可为3～4m。
柱网一般布置
第三篇 荷载
3.1、荷载分类： 竖向荷载

按《建筑构件荷载规范》(GB50009-2001)有 关条文取值。
4.2、框架结构的水平侧移
4.2.1、水平位移是由三方面原因产生的
水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小
对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层 间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由 梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构 成的水平变形曲线属剪切型。 由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大， 最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部 较小。
1.2、钢框架结构体系的适用高度 及建筑高宽比
1.2.1、“高钢规程”的规定 1、适用高度 “高钢规定”对非抗震设防和设防烈度为6度至 9度的乙类和丙类高层建筑，按照所采用的结 构类型和结构体系，规定了下表适用高度。
2、建筑高宽比限值
1.2.2、“抗震规范”（GB 50011－ 2001）的规定
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强轴平面内稳定：
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弱轴平面内稳定：
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一般在不超过30层时比较经济。
1.2、钢框架结构的特点