浅析钢框架结构设计.pdf

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1、2013年3月■村目蓑商规划与设计【文章编号】1673-0038(2013)08--0021--02浅析钢框架结构设计姜宝华(昆钢集团设计院有限公司云南昆明650302)摘要：本文根据笔者工程设计实践，对建筑中应用较广的多层和高层钢框架结构设计做总结浅析，对设计同仁提供一些钢结构设计方面的帮助和参考。关键词：钢框架结构；钢柱设计；钢柱一梁节点设i叶伴随着建筑设计、建筑材料、施工技术的发展，在江浙和广东沿海等经济发达地区，钢结构民用建筑设计应用已经非常普遍，但在云南等西部地区应用较少，钢结构民用建筑设计应用处于起步发展阶段。昆钢设计院近年为顺应社

2、会经济、产业技术发展，先后设计完成了高层钢结构住宅项目一晓塘春色(18层)、呈贡大学城商业街、石林巴江鑫寓食品标准化厂房、昆钢官庄经济适用房一期、昆钢养生敬老等多个多层和高层钢框架结构建筑工程项目。笔者作为技术负责人或项目设计负责人承担了多个钢结构项目设计，本文通过设计实践，对多层和高层钢框架结构设计做总结浅析，对设计同仁提供一些钢结构设计方面的帮助和参考。1钢框架结构的特点1．1钢框架结构优点和缺点钢框架结构优点钢框架结构缺点①钢结构的材料强度高，构件截面尺寸小，减小了①耐火性能差，钢结构中的结构占用面积，使建筑有效使用面积相对增大：②抗震性

3、能好，由于钢材延性好，钢结构具有抵抗强梁、柱、支撑等承重构件要求烈地震变形能力；③自重轻，可以显著减轻结构传喷涂防火涂料：⑦侧向刚度至基础的竖向荷载和地震作用；④施工周期短，建小，在水平荷载作用下的二阶造速度快；⑤钢框架结构还具有平面布置灵活，形效应不可忽视；③地震作用时成大空间，结构各部分刚度均匀，构造简单，便于施侧向位移较大，容易引起非结构性构件破坏。工等优点。1．2钢框架结构与钢筋混凝土框架结构比较多层和高层钢框架结构(民多层和高层钢筋混凝土框用建筑)架结构最大高度(Ⅷ度区0．29)90m40m最大高宽比(Ⅷ度区)63弹性层间位移角限值1

4、／250l，550≤24m二级框架≤50m三级框第．框架抗震等级(Ⅷ度区)>24m一级框架>50m二级框架0．04(≤50re)建筑结构阻尼比0．050．03(>50re)主梁L／400Lo<7m时L，200受弯构件挠度容许值抹灰顶棚次梁L／2507m≤Lo。<9rn时1,o／250其它梁U2309m≤k时Lo／300材料线膨胀系数1．2x101℃lxl05／℃2钢柱设计2．1钢柱材料及断面形式钢结构材料有Q235钢、Q345钢、Q390钢、Q420钢，Q235钢由于材料强度低，材料不经济，Q390钢和Q420钢由于工厂生产技术原因无货或缺货，

5、所以多层和高层钢框架的钢柱材料应用以Q345B钢材为主。钢柱断面形式有圆钢管混凝土柱、矩形(方形)钢管混凝土柱，混凝土强度等级不应低于C30。在多层和高层钢框架结构设计中，圆钢管混凝土柱多用于多层公共建筑及厂房中，住宅建筑一般采用矩形(方形)钢管混凝土柱，相对而言矩形(方形)钢管混凝土柱应用更为广泛。Q345B钢管混凝土一般采用C40。钢柱断面尺寸规范要求不小于100mm，对于钢框架结构而言，考虑与钢梁相互连接、钢管内混凝土施工浇筑，钢柱断面尺寸～般不宜小于250mm。2．2钢柱制作及连接圆钢管柱均为成品，方形钢管柱有成品、也可以采用钢板焊接。

6、在云南本土圆钢管柱已能生产+800mm以内建筑用钢材，能满足一般钢框架结构设计。方形钢管柱大多只能生产+300mm以内建筑用钢材，+300ram以外需要外地采购，成本相对较高。矩形(方形)钢管柱可以采用钢板焊接，但由于焊接过程中热应力影响会产生钢材变形，所以钢板不能太薄，板厚不宜小于12ram、不小于lOmm。钢柱采用工厂拼接，柱钢板采用全熔透焊缝，钢柱与钢梁连接处一般设置内隔板，所以在钢柱加工制作中采用熔嘴电渣焊，熔嘴电渣焊需要具备一定经验技术，所以制作工人应先试焊，技术通过才能进行钢柱制作。钢柱分工厂拼接及工地拼接两个阶段。工厂制作时有相同

7、断面拼接和变断面拼接等形式。现场拼接钢柱一般按12m或3个楼层分段接头，为方便焊接施工，接头一般在框架梁顶面1．0．I．3m左右。工地接头采用耳板作为l临时固定和定位校正措施，耳板材料及厚度、固定螺栓直径和数量等应按图集要求进行设置。工地接头全部采用焊接，上、下柱对接接头全部采用全熔透焊缝。2．3钢柱柱脚连接钢柱脚连接采用刚接柱脚，钢柱脚构造形式有插入式、埋入式、外包式，在2010版抗震规范(8．3．8条)中“Ⅵ、Ⅶ度且高度不超过50m时也可采用外露式”。各种柱脚做法在钢管混凝土结构的相关构造图集中均有具体的图示。但对于一般的多、高层钢框架结构

8、，综合考虑制作及施工方便，以及受力性能，一般采用外包式柱脚，但设计时注意外包柱脚高度对轻型工字形柱为2h．，对箱形柱为3Ilf．，外包柱脚配筋要满足构