钢框架结构设计基本理论张

钢框架结构设计基本理论第一篇、钢框架的基本概念第二篇、钢框架的结构布置第三篇、荷载第四篇、框架结构的计算第五篇、钢构件设计第六篇、钢框架节点设计第七篇、组合楼盖布置与设计1.1、框架结构沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。一般在不超过30层时比较经济。第一篇钢框架的基本概念1.2、钢框架结构的特点优点：1、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震的变形能力；2、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖向荷载和地震作用；3、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可增加建筑使用面积2～4％；4、施工周期短，建造速度快；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。1.2、钢框架结构体系的适用高度

及建筑高宽比

、“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、“抗震规范”（GB50011－2001）的规定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。风荷载地震作用、风荷载风荷载体形系数——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。风压高度变化系数——Z高度处的风振系数、地震作用结构所承受的“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。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=SWk2、水平地震作用时：S=SWhk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

柱脚轴向力产生的平衡力矩远大于柱脚弯矩之和。框架梁的刚度越大，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。梁柱安内力亦自上叠而下俯逐层全增加框架并结构助在竖凑向荷逗载作薪用下将，除之框架讲柱的梅轴向宝压力机自上茧而下忙逐层尽增加伐外，声而框讨架梁础和框塌架柱翻的剪衰力及惕弯矩趣自上钱而下保基本童上无榆显著籍变化国。在袍水平签荷载与作用脂下，雀框架钉柱和剥框架姨梁的妹内力稼M、门V、调N的套分布王，不罢仅对涂柱是朴自上绞而下甲逐层顷增加盒，对果框架李梁也仇是如浪此，呈上小伞下大捐，而至且第匪二层知边跨蓄的框简架梁爹梁端笑内力去常为炕最大册。上震述框先架结俊构的懒内力竭分布飞规律甜，可陕作为岔构件微截面以估算凝参考锡，也绩可作歪为下滥部建卷筑有蚀效层贪高有天否影萍响的授估计恼。4.挣2、菊框架拆结构马的水脂平侧遇移、水戚平位械移是敏由三冈方面仆原因再产生羽的水平腾位移宜曲线初属剪搅切型晌，层退间位砌移下饺大上签小对于凑多层第框架娃结构弯可忽仰略柱敞轴向爹变形文产生央的层匆间位亚移。晚对高完层框扭架虽瞎不能惰忽略损此变现形，填但由蠢梁柱赵构件闲变形撑产生议的层染间位疾移是厕主要数的，哨它构访成的或水平辣变形太曲线杨属剪缺切型将。由于霞柱脚轧处无豪水平炎位移粮，且缠底部个作用册剪力岸最大腔，最见大的蒙层间袄位移赏常位右于底钩层或坟下部方几层季，顶削部较线小。在水摧平荷叨载作律用下兴，框张架节联点因办腹板凡较薄讨，节年点域窑将产正生较杜大的把剪切铅变形许（图留1-距17捞），尾从而榜使框冻架侧驳移增要大1垃0%醋至2丢0%贿（“良高钢捏规程逼”规威定，衰应计斗入其津影响傅）；肌对内匙力的鹅影响艇在1薄0%亿以内丝式（可归不计与其影改响）罢。、钢醉框架美结构鸭侧移顶要求框架呢结构猫在水护平荷慎载作扇用下绣的变弯形由岭总体抹剪切肯变形醒和总酸体弯厨曲变拜形两闯部分熔组成宫。《抗震盯规范》舒：多高层布钢框架坦的弹性诸层间位孟移角限摆值：（遥第一阶冤段抗震袜设计）1/术30舟0《高证钢规携》：在风岗荷载识作用还下，林顶层柱质心秤位置锻的侧岁移不菌宜超支过建娘筑高卵度的1/弦50屋0，质心若层间侧起移不宜遍超过楼目层高度帅的1/4贿00。4.勺3、推框架愚结构茧近似球计算框架痰结构捉计算朵简图将框认架结渗构的坡空间刺形式膏,简为化成李平面浮形式全,如傲图框架挖杆件蛛用其丸轴线上表示滥；杆绢件之秧间用严节点档表示狸；杆箱件长特度用唱节点僵之间纳的距个离表吊示；计算跨早度取框织架之间供轴线距逃离；柱的吨计算吴高度偏可以剧取层谷高，旨底层抢柱一苦般取耳到基穷础顶哈面的叶距离拣；跨度相犁差不超凡过10移%时，扭按等跨虫计算内寺力;屋面斜巩梁坡度诵不超过拘1/8缠时,按竿水平梁稍计算。1、分喂层法计算皮假定者：框架的茎侧移和术侧移力凯矩忽略建不计；每层梁蚁荷载对蕉其它层序梁和柱却的影响迈忽略不妹计。计算要场点：除底层个柱外，视其它柱矛的侧移党刚度乘谣以0.纷9，传扩递系招数为1/3纸;适用条吼件：分层法享适用于隶节点梁质柱线刚刷度比2、像弯矩相二次霉分配购法是一默种计梳算竖系向荷容载作谈用下吨框架掀结构兴内力由的一廉种近岩似方贡法；假定滩节点说的不慕平衡歌弯矩齐值对网于该谷节点称相交逗的各赠杆件捧的远芦端有违影响急,对逃其余焰各杆鞠件的芝影响调忽略柱不计尖；先对各田节点的地不平衡兽弯矩进霜行第一仅次分配浑,并向钢远端传盼递(传仓递系数遥为1/惯2)；在将译传递非弯矩汽产生筐的新坝的不贯平衡保弯矩平进行出第二铲次分弟配，斯整个颂弯矩阶分配写和传骨递结焰束。、水平座荷载作首用下的吼近似计蛙算钢框架殿结构在邮水平荷条载作用尼下的内湖力计算稠有两种奋近似计补算方法随:·反弯补点法·修正铺反弯点俭法(D恐值法)1、反课弯点法使用条席件：结构比朵较均匀群,层数承不多,眼梁的蒜线刚度隐ib比柱的耻线刚度抬ic大较多乘时。基本京假定拖：(1愉)在倦剪力帮分配阿时,誓认包为梁为的线睡刚度带与柱欣的线材刚度殃之比粘为无井限大要,两娇端无床转角踢;(2)愁确定朗各柱的薪反弯点棍位置时嫌,认为身除底层印外其余谅各层柱军上下两洁端的转绳角相同咳;(3恋)跳不考静虑柱秒的轴唉向变怕形,帜同一吨层各屯节点版的水伏平位战移相广等。同层效柱的香剪力浩分配柱的典侧移所刚度蚁:第i层殿的总剪尼力:柱中反际弯点的停位置：对于底加层柱，梦反弯点够的位置膊位于柱显距柱底横2/3俱h处。除底层悉柱外，袄其它柱体反弯点抱的位置拒位于柱辩的中点悔；框架重梁柱冠内力以计算柱的内觉力根据怖柱间剪年力和反典弯点的彼位置确殿定，梁集端弯矩垂由平衡态条件求缩慧出。(1)易柱端弯厨矩:(2)哈梁端弯壳矩:(3)惯梁端险剪力：(4)蠢柱的澡轴力：2、改级进反弯虑点法（涌D值法固）两个方徐面的改羞进1、修正欠了框架虹柱的抗剪姐刚度在水申平荷沉载作物用下网，框予架不艇仅有翼侧移婚，且桃各节桌点都芽有转宝角。2、调整残了框架虎柱的反弯点亩高度不再是侵定值，周而是与夸柱的上念下端的骑刚度有屡关，反经弯点偏耽向刚度警小的一躲端。有了D值和反弯点的位协置后岂，其背他内踢容的迅计算炎和“稻反弯营点法倚”完雨全相角同。4.4匠、结构缩慧的整体鱼稳定P年－△效授应由于钢府框架的生侧向刚虽度较柔辈，在风浙荷载或悠水平地骗震作用不下将产雅生较大衰的水平介位移，翅这使已巩作用于汉产生水虏平位移榨的结构鱼上的竖敢向荷载盾，对该手结构的帽各构件雕产生附筛加内力睡，而且贷增大已译有的结糊构位移心水平，眉因而降剧低结构偷的承载折力和结架构的整留体稳定烧性。按反青映二税阶效迹应的杨方法番验算阀结构雪的整杯体稳雪定。第五毫篇手钢网构件破设计5.1辽、构件碍选型：5.余2、时钢构蛮件设泼计：构件凡强度哈验算构件弦稳定智承载盾力验溜算1、攀框架专柱的番选取多层钢愁框架多列为双向出设置，刮故柱截竟面的强竞弱轴方顽向宜按对整个框扭架体系脂的刚度办要求来丹确定。框架彩柱截嫌面可厦采用限H形愤、箱材形、两十字泪形、岁圆形糕等，桂见图伶。对于类多层霸钢框斜架，厘柱轮雄廓外李边尺温寸不迷超过代80收0m夫m。常见餐的柱知截面倒图大红步27怜42、近梁的吗选取框架梁迟或仅承习受重力映荷载的躁梁，其均受力状匪态为单甩向受弯专。通常采配用双轴庸对称的吴轧制或兼焊接H表型钢截骡面，对钉跨度较挤大或受嫂荷较大馆，而高邻度又受互到限制鹿的部位板，可采野用抗弯粘和抗扭盒性能较炸好的箱群形截面通（双腹薯板梁）猎。5.2卖、构件榨的计算梁的液承载献力计泽算梁的整聚体稳定框架锁柱的盘承载润力计木算框架柱尽的计算忙长度、梁的石承载力晶计算梁的抗认弯强度甘验算：抗剪承从载力计悲算：框架剑梁端汉部腹骑板受帆切割店削弱专时，讽按下技公式症计算适梁端毙部的匠抗剪生强度呆：、梁比的整咳体稳菊定梁的整费体稳定闹性通常砖通过刚税性铺板寄加以保浊证，使汗其不控英制设计肥。铺板荡起阻添止梁勇的失旺稳作佛用应寺满足疲的两党个条急件：一是吐铺板阅在自割身平汉面内凉有相摆当大从的刚董度；二是铺柄板与梁其有可靠瞒的连接北。当铺板友不满足折是刚性循条件时帖，按右蝴式计算搁梁的稳缎定：、框架猪柱的承剃载力计煤算框架柱快是指与紧梁刚接孤的柱，亦在轴向灶压力和妄弯矩的舟共同作斧用下，议兼有梁尤和柱的问特点，银以截面施出现塑叙性铰作隙为压弯办构件的筑极限承组载力。承载力爱计算：强轴猴平面滚内稳哲定：弱轴抖平面啊内稳催定：截面抗报震验算内力基厚本组合佳设计值抗震物承载窜力设愚计值承载银力调填整系骑数、框架待柱的计独算长度设计拖框架窃柱时用，多拨采用观计算膝长度略法，换把框糕架的勇稳定绍简化医为柱茫的稳池定来症对待倡。对于奴纯框愁架结少构，挖当没辆有支味撑、元剪力瓣墙、百电梯并井筒拾等支框撑结齐构，澡称为公有侧毕移框激架。有侧薪移的模计算聋长度慨系数怨的电爆算近占似公藏式：K1、K2分别为施柱上端炼、下端悼的梁线亦刚度和裁与柱线缩慧刚度和笔的比值准。、柱的际长细比搭限值《建衬筑抗寨震设胞计规伙范》勉(G至B5灵00涉11御-2解00就1)碰对不暗超过袍12乌层的环钢框罗架柱获的长王细比索作了谁如下留规定益：6～泻8度斯时9度时、梁的质板件宽雨厚比限剂制不超过首12层犬钢框架术的梁板售件的宽倦厚比限似值抗震设防烈度7度8度9度工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分11109箱形截面翼缘在两腹板间的部分363230工字形截面和箱形截面腹板403935、柱霸的板代件宽货厚比霞限值不超过检12层皮钢框架狐的柱板恭件的宽分厚比限哲值抗震设防烈度7度8度9度工字形截面翼缘外伸部分131211箱形截面壁板403636工字形截面腹板524844注：乏以上煌两表筐数值链适用逢于Q禾23帽5，点当材躺料为胡其它宏钢材时，应故乘以第六篇运钢嫂框架节霜点设计节点连虑接时保桌证钢结森构安全闪的重要泥部位。仅多高层谎钢结构答节点的责受力状怕况比较眨复杂，戴构造要低求相当戒严格，陪故节点延的设计验至关重薄要。钢框箭架节世点主附要有叮：梁与柱淡的连接柱与神柱的宽连接梁与梁月的连接柱脚的栽设计6.1诸、概述、节点痰设计的镰基本原疾则1、咏节点楚受力爱应该珍力求炸简捷旦、明离确；2、寨保证跟节点擦足够筛的强劳度，宁后于茧构件苦破坏聪；3、节境点连接匀应具有始良好的革延性，眯故设计诱中应采强用合理俱的细部秤构造，析不宜采衬用约束栏度大的璃和易产限生层状折撕裂的隐连接形赴式；4、冬构件棋拼接耗一般坚按等趋强度法原则内；5、尽嫩量简化鸽节点构锣造，以训便于加梨工、安缺装。、连接齐形式1、焊态接：A、焊要接材料萝应选取订与母材青机械性宴能匹配你；B、选焊缝川布置偿尽量师与构央件轴习线对骡称，玻力求却受力庙均匀叨；C、焊动缝、焊帖接接头膛及坡口轿形式和菌尺寸符备合标准脊；D、问厚度轨过大醒的构历件，湿施焊乞前应间预热沾；E、繁根据尸焊缝已部位聚的重豪要性润，确殊定焊揉缝的乔质量例等级敢。包括：全熔透锻焊缝；部分锁熔透摔焊缝煤；2、高群强度螺魄栓连接3、栓直焊混合洒连接6.据2、游梁与乐柱的殊连接梁柱节箭点可分筑为：刚段性连接巧、半刚俭性连接尺、铰接亏连接。跌对于纯像框架，缝宜采用脾刚性连眉接。刚性连耍接：具弱有足够耻的刚度锐，能使朴所连接搏的构件掩间的夹土角在达肌到承载才能力之筐前，实书际不变掀的接头戒。梁柱撒的刚袋性连狠接梁柱肢刚性个连接梯构造飘形式谨有：1、研全焊尘节点番：梁菊的上洋下翼习缘用仰坡口侍焊全被熔透昌焊缝挪，腹奴板用崭角焊提缝与羊柱翼贿缘相撞连接帖。2、栓垃焊混合予节点：悼仅在梁固的上下木翼缘用衣全熔透对焊缝，归腹板用返高强螺仿栓与柱烧翼缘上松的剪力案板相连恩。3全训栓接运节点汇：梁厘翼缘砌与腹氏板借汤助T躲形连待接件堂用高资强螺居栓与澡柱翼健缘相共连。在抗震剖设计的缴连接节规点中，穷要求计堂算连接狸的极限纹承载力系，焊接隆和高强邻度螺栓床连接的立极限承扛载力应娃满足下欧式要求机：（1）漏Mu≥1最.2健Mp（2）俭Vu≥1五.3借(2杠Mp/Ln)且雷Vu≥0谋.5谣8HwTwFy节点磨域的冠屈服弊承载扶力节点域技的稳定蜻性各公式小系数含渐义见《隙抗震规挂范》强柱昂弱梁、全绣焊节示点、全司栓接雄节点、栓焊拨混合节栽点、十宇字形域节点、梁柱片节点板呈域补强6.乓3、令柱与耻柱的冻连接、框架吊柱最常终见的工溜地拼接云形式、变铃截面丧柱的泳连接、关育于实歪现强坛节点脾弱杆予件的语要求改进栓伪焊法中滔的焊接培工艺。高钢非规程反对梁灵柱刚争接做掏法的唱规定削弱俘节点湾部位殃梁段都的抗矩弯承驳载力RBS迫或“狗圾骨式”食节点加强舅节点遇部位绞的抗纤弯承秧载力外移诉梁的扭工地免连接和节点斥位置庭及塑毅性铰杆位置、梁敏与梁龙的拼要接、主熔次梁贵的连压接、主秆梁的灿侧向掌隅撑、梁不怜等高时您的加劲池肋与柱肃正交换梁高兰不等庭时的辉加劲钉肋、梁腹扎板开孔捕加强6.榆5、黑钢柱够脚的纵设计柱脚的董作用是极将柱下闪端的轴热力、弯验矩和剪凉力传给朗基础。抗震弱设计允的柱予脚，屿柱的赚下部由在强赞震时强为塑砌性区蜡段，毒在形纳成塑锐性铰钓之前详，不肌允许有柱脚谁先屈听服。柱脚分像为：埋入式外包晴式外露证式、埋入扔式柱脚、外久包式收柱脚外露式械柱脚第七耐篇亡楼盖袄布置谎与设昆计7.1圣、概述崇：多高层彼结构中事，楼盖镰结构的设方案选煤择，要捐遵循满母足建筑引设计要团求、较英小自重咬以及便城于施工荡等一般浅性原则史，还要氏有足够裂的刚度耳。楼盖结围构包括珍楼板和彻梁系，鸭梁系通籍常由主尝梁和次悦梁组成台。多高材层钢艇结构教中的牺楼板泊：压型钢嫌板组合争楼板—挣—压型季钢板作局为混凝途土的下截部钢筋较与混凝订土一起编共同工芦作形成伯；非组纯合楼倾板—伍—压移型钢骂板仅伍用作完永久加性模超板，向不参评与共录同工转作。7.2敲、组合队楼板的租优点施工速扬度快，啦不再采框用支模瓶施工，威常不再愁支设临徐时竖向桃支柱，巡寿由压型奇钢板承孙担施工盒荷载。便于蜘铺设俩板内凉管线材，并谅可在则压型帽钢板羡凹槽侄内埋尽置颠勾簸装睁修用同的吊橡顶挂旦钩。用圆琴柱头勿焊钉驼穿透谈压型润钢板近焊接喘在钢赠梁上赶翼缘但后，还使施鬼工时领对钢熊梁起居侧向敲支承任作用挥。在使用息阶段压削型钢板奥作为混冶凝土楼止板的受译拉钢筋嘴，也提葱高了楼择板的刚润度。采用圆骨形焊钉板，传递捧压型钢艇板与混肯凝土叠六合面之嘱间的剪铅力。组合楼忽盖图大篮石p4怀047.3谱、压型塔钢板压型俱钢板砍钢材