08钢框架结构设计.pdf

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1、 钢框架设计理论 钢框架设计理论 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 钢框架结构设计基本理论 朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论 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。 第一篇钢框架的基本概念 1.1、框架结构 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

2、：由于柱截面较小，可增加建筑使 用面积24； 4、施工周期短，建造速度快； 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。 框架体系的主要特点 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。 1.1、钢框架结构的特点 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

3、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。 朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论 2、建筑高宽比限值 1.2、钢框架结构体系的适用高度及建筑高宽比、钢框架结构体系的适用高度及建筑高宽比 1.2.2、“抗震规范”（GB 500112010）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 建造于类场地的钢结构，其高度应适当降低。 2、建筑高宽比限制 3、抗震等级划分、抗震等级划分 2.1、按照承重方案的不同划分为三种:

4、横向承重 纵向承重 纵横向双向承重 第二篇钢框架的结构布置 朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论 TEL:027-87399290 QQ:800035020 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69m。 一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁，其间距可为34m。 2.2、柱网布置 TEL:027-87399290 QQ:800035020 柱网一般布置 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 第三篇 荷载 基本风压，由空旷平坦地面，离地基本风压，由空旷平坦地面，

5、离地 10m统计的重现期为统计的重现期为50年年(或或100年）的年）的 10分钟平均最大风速计算所得。分钟平均最大风速计算所得。 Z高度处的风振系数 风荷载体形系数风荷载体形系数 风压高度变化系数风压高度变化系数 3.1.1、风荷载、风荷载 ? 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

6、间位移延性比。 3.1.2、地震作用 ? 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H60m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 3.2、荷载效应组合 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。 第四篇框架结构的计算第四篇框架结构

7、的计算 4.1、框架结构的受力特性及内力分布 朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论朗筑钢结构网络课精讲班之钢框架设计理论 TEL:027-87399290 QQ:800035020 梁柱内力自上而下逐层增加梁柱内力自上而下逐层增加梁柱内力自上而下逐层增加梁柱内力自上而下逐层增加 框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的轴 向压力自上而下逐层增加外，而框架梁和框 架柱的剪力及弯矩自上而下基本上无显著变 化。在水平荷载作用下，框架柱和框架梁的 内力M、V、N的分布，不仅对柱是自上而 下逐层增加，对框架梁也是如此，上小下 大，而且第二层边跨的框架梁梁端内力常为 最大。上述框架结构的内力分布规律，可作

8、为构件截面估算参考，也可作为下部建筑有 效层高有否影响的估计。 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 4.2 4.2、框架结构的水平侧移、框架结构的水平侧移 ? 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。 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

9、的剪切变形（图在水平荷载作用下，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 1- - 1717），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大），从而使框架侧移增大10%10%至至至至20%20%（“ “高钢规程高钢规程高钢规程高钢规程” ”规定，应计入其影响）；对内力的影响规定，应计入其影响）；对内力的影响规定，应计入其影响）；对内力的影响规定，应计入其影响）；对内力的影响 在在在在10%10%以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。以内（可不计其影响）。 框架结构在水平

10、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。 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）1/250 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。 4.2.2、钢框架结构侧移要求 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 4.3、框架结构近似计算 框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点表示；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

11、/8时,按水平梁计算。 5.1、构件选型： 5.2、钢构件设计： 构件强度验算 构件稳定承载力验算 第五篇钢构件设计 多层钢框架多为双向设置，故柱截面的强弱轴方向宜按整个框架体系的刚度要 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。 1、框架柱的选取 常见的柱截面图 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）。 2、梁的选取 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

12、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： 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。 5.2.4、框架柱的计算长度 建筑抗震设计规范(GB50011-2010) 8.3.1对钢框架柱的长细比作了如下规定： 5.3.1、柱的长细比限值 1、中心支撑按压杆设计时，不应大于 一、二、三级中心支撑不得采用拉杆设计，四级采用拉杆设计时，其长细比不 应大于180。 2、偏心支撑框架的支撑杆件长细比不应大于 5.3.2、支撑长细比限值 QQ:800035020 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范建

13、筑抗震设计规范(GB50011(GB50011- -2010) 2010) 8.3.28.3.2对钢框架的长细比作了如下规定：对钢框架的长细比作了如下规定：对钢框架的长细比作了如下规定：对钢框架的长细比作了如下规定： 5.3.3、板件宽厚比限制 5.3.4、支撑杆件宽厚比限值 节点连接时保证钢结构安全的重要部位。多高层钢结构节点的受力状况 比较复杂，构造要求相当严格，故节点的设计至关重要。 钢框架节点主要有： 梁与柱的连接 柱与柱的连接 梁与梁的连接 柱脚的设计 第六篇钢框架节点设计 6.1.1、节点设计的基本原则 1、节点受力应该力求简捷、明确； 2、保证节点足够的强度，后于构件破坏； 3、

14、节点连接应具有良好的延性，故设计中应采用合理的细部构造，不宜采用约束度 大的和易产生层状撕裂的连接形式； 4、构件拼接一般按等强度原则； 5、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。 6.1、概述 1、焊接： A、焊接材料应选取与母材机械性能匹配； B、焊缝布置尽量与构件轴线对称，力求受力均匀； C、焊缝、焊接接头及坡口形式和尺寸符合标准； D、厚度过大的构件，施焊前应预热； E、根据焊缝部位的重要性，确定焊缝的质量等级。 包括： 全熔透焊缝； 部分熔透焊缝； 6.1.2、连接形式 梁柱节点可分为：刚性连接、半刚性连接、铰接连接。对于纯框架，宜采用刚性 连接。 刚性连接：具有足够的刚度，能使所连接

15、的构件间的夹角在达到承载能力之前， 实际不变的接头。 6.2、梁与柱的连接 梁柱刚性连接构造形式有： 1、全焊节点：梁的上下翼缘用坡口焊全熔透焊缝，腹板用角焊缝与柱翼缘相连 接。 2、栓焊混合节点：仅在梁的上下翼缘用全熔透焊缝，腹板用高强螺栓与柱翼缘 上的剪力板相连。 3、全栓接节点：梁翼缘与腹板借助T形连接件用高强螺栓与柱翼缘相连。 梁柱的刚性连接 2、高强度螺栓连接 3、栓焊混合连接 在抗震设计中，要求计算极限承载力： 1、梁与柱刚性连接的极限承载力，应按下列公式验算： 2 2、支撑与框架连接和梁、柱、支撑的拼接极限承、支撑与框架连接和梁、柱、支撑的拼接极限承、支撑与框架连接和梁、柱、支撑的拼接极限承、支撑与框架连接和梁、柱、支撑的拼接极限承 载力，应按下列公式验算：载力，应按下列公式验算：载力，应按下列公式验算：载力，应按下列公式验算： 3 3、柱脚与基础的连接极限承载力，应按下列公式、柱脚与基础的连接极限承载力，应按下列公式、柱脚与基础的连接极限承载力，应按下列公式、柱脚与基础的连接极限承载力，应按下列公式 验算：验算：验算：验算： 各公式系数含义见各公式系数含义见各公式系数含义见各公式系数含义见抗震规范抗震规范抗震规范抗震规范 节点域的屈服承载力节点域的屈服承载力节点域的屈服承载力节点域的屈服承载力 节点域的稳定性节点域的稳定性节点域的稳定