多层钢框架结构设计

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1、郭小农2013年同济大学建筑工程系第04章多层钢框架结构设计提纲1.多层钢框架的结构体系2.多层钢框架的结构布置3.多层钢框架的荷载和荷载组合4.多层钢框架的结构分析5.多层钢框架的楼盖设计6.多层钢框架的钢柱设计7.多层钢框架的支撑设计8.多层钢框架的节点设计9.多层钢框架的抗震设计第1节多层钢框架的结构体系1.1结构组成楼板梁柱支撑1.2破坏模式竖向荷载作用下（重力）(a)水平构件破坏（b）结构整体失稳（a）结构倾覆(c)结构侧向变形过大(b)结构整体弯曲或剪切破坏水平荷载作用下（风、地震）1.2破坏模式1.3结构体系

2、分类根据抗侧力体系的不同：纯框架体系框架支撑体系框架剪力墙体系框筒体系1.4纯框架体系通过梁柱刚接来抗侧在水平力作用下，刚接框架的侧移由两部分构成：1）结构倾覆力矩造成柱拉压变形而导致的结构整体弯曲引起的侧移。小于总侧移的10％～20％。2）结构剪力造成的梁柱受弯引起的侧移；框架结构的抗侧移能力，主要取决于剪力作用下梁柱的抗弯刚度－－其侧向变形为剪切型1.4纯框架体系铰接、刚接、半刚接1.4纯框架体系EC3对梁柱连接方法的分类1.4纯框架体系1.5框架支撑体系非地震区、6度区和7度区：中心支撑交叉支撑K型支撑单斜杆支撑V型

3、支撑人字支撑主要通过支撑来抗侧8度区和9度区：偏心支撑主要通过支撑来抗侧1.5框架支撑体系【思考01】比较下面3种支撑的优缺点如：抗侧刚度、静力性能、抗震性能1.5框架支撑体系【拓展】耗能支撑，既能耗能，又无偏心；1.5框架支撑体系变形特征：整体为弯曲变形＋少量剪切变形1.5框架支撑体系【思考02】比较以下3种结构的变形特征。1.5框架支撑体系剪切型和弯曲型变形都是指整体变形1.5框架支撑体系1.6框架剪力墙体系混合结构－－钢结构框架与钢筋混凝土结构剪力墙并联钢框架－－主要抵抗竖向荷载－－强度高，延性好、跨度大，施工方便剪

4、力墙－－主要抵抗水平作用－－刚度大，成本低，防火性能好（a）弯曲变形(b)剪切变形(c)组合变形1.7框筒结构密柱深梁形成框筒抗侧变形特征：（1）柱产生与结构整体弯曲相适应的轴向变形（2）梁以剪切变形为主（3）存在剪力滞后效应（4）柱距越大，剪力滞后效应越大【思考03】有什么办法减小剪力滞后效应？从而达到更高的结构高度？1.7框筒结构第2节多层钢框架的结构布置2.1建筑平面布置宜为具有光滑曲线的凸形平面（矩形、圆形等），以减小风荷载减小风荷载、地震下的扭转效应：平面宜简单、规则、有良好的整体性，使刚度中心与质量中心接近【实

5、例01】减小风荷载的平面形状2.1建筑平面布置尽量避免平面不规则不规则类型定义扭转不规则楼层的最大弹性水平位移（或层间位移），大于该楼层两端弹性水平位移（或层间位移）平均值的1.2倍凹凸不规则结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的30％楼板局部不连续楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的50％，或开洞面积大于该层楼面面积的30％，或有较大的楼层错层2.1建筑平面布置【思考04】图示多层钢框架，质量中心偏向左侧，图示两种支撑布置，哪个更合理？2.1建筑平面布置【思考05】图示建筑平面

6、为凹凸不规则，有没有什么办法从结构上避免凹凸不规则？2.1建筑平面布置2.2建筑竖向布置为减小地震作用的不利影响建筑竖向形体宜规则均匀避免过大的外挑、内凹各层竖向抗侧力构件宜上下贯通层高不宜有较大的突变尽量避免竖向不规则不规则类型定义侧向刚度不规则该层的侧向刚度小于相邻上一层的70％，或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80％；除顶层外，局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25％竖向抗侧力构件不连续竖向抗侧力构件（柱、抗震墙、抗震支撑）的内力由水平转换构件（梁、桁架等）向下传递楼层承载力突变抗侧力结构的层间受剪承载力小于

7、相邻上一楼层的80％2.2建筑竖向布置（1）对不规则结构，采用符合楼板平面内实际刚度的计算模型；（2）控制楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移,位移比不大于1.5；（3）放大薄弱层的地震剪力（1.15倍）并调整该层抗侧力结构受剪承载力；（4）对薄弱部位采取有效的抗震构造措施等，竖向抗侧力构件不连续时该构件传给水平转换构件的地震内力应增大25~50%。（5）对特别不规则的结构，可适当设置防震缝。2.3处理办法建筑平面和竖向不规则的处理办法2.4框架柱布置柱网尽量规则；柱强轴方向：梁柱刚接，形成刚接框架柱弱轴方向：柱较强时

8、，梁柱刚接；柱较弱时铰接，但应设置柱间支撑以增强抗侧刚度，形成柱间支撑—铰接框架建筑横向为柱强轴方向，纵向为柱弱轴方向地震区：双向均采用刚接框架—支撑体系【思考06】图示多层纯框架结构，两个方向梁柱均刚接，柱采用H型截面，在重力荷载作用下，边柱弯矩较大，导致柱截面过大，有什么改进办法？2.4框架柱布置2