《钢框架结构设计分析》.pdf

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1、钢框架结构设计分析马世长李广平(山东贝格建筑设计有限公司山东·烟台264000)摘要钢结构具有强度高、加工简便、施工周期短、质量轻等优点，已成为建筑行业的“朝阳产业”。但由于钢结构同时也存在着刚度变小、侧移变大、对抗侧力体系、墙体和楼板的要求较高等问题，这就对钢结构建筑的设计提出了非常高的要求。本文主要介绍钢框架设计的要求、步骤、原则。关键词钢框架设计结构布置结构计算中图分类号：TU391文献标识码：Al结构布置方案的确定面。当强度起控制作用时，可选择Q345；而稳定起控制作用对于钢框架结构，随着层

2、数及高度的增加，除承受较大的时，宜使用Q235。竖向荷载外，抗侧力(风荷载、地震作用等)要求也成为框架的6节点设计主要承载特点，其基本结构体系一般可分为三种：柱一支撑体连接节点的设计是钢结构设计中的重要内容之一。节点系、纯框架体系、框架一支撑体系。其中框架．支撑体系在实际设计与构造是保证钢结构安全的重要环节，对结构受力性能工程中应用较多，这种体系形式是在建筑的横向用纯钢框架，有着极其重要的影响。各种钢结构灾害事故(如美国北岭的在纵向布置适当数量的竖向柱间支撑，用来加强纵向刚度，以地震和日本阪神地震造

3、成的破坏)分析表明，许多钢结构是由减少框架的用钢量，并且由于横向纯钢框架无柱间支撑，便于于节点区首先破坏而导致建筑物的整体破坏。钢结构节点区生产、人流、物流等功能的安排。的受力状况比较复杂，构造要求相当严格，应引起设计人员的钢结构的布置要根据体系特征、荷载分布情况及建筑性足够重视。质等综合考虑。一般要保证刚度均匀，力学模型清晰。尽可6．1节点设计一般应遵循的原则能限制大荷载或者移动荷载的影响范围，使其以最直接的线(1)节点受力、应力应满足传力简洁、明确的原则，尽量使路传递到基础，柱间抗侧支撑的分布应

4、均匀，其形心要尽量靠计算分析与节点的实际受力情况一致；近侧向力的作用线，否则考虑结构的扭转。结构的抗侧应有(2)保证节点连接点的连接有足够的强度，使结构不致因多道防线，比如有支撑框架结构，柱子至少应能单独承受1／4连接较弱而引起破坏；的总水平力。(3)节点连接应具有良好的延性，避免节点的局部压屈或框架结构的楼层平面次梁的布置，有时可以调整其荷载脆性破坏，应采用合理的细部构造；传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置(4)构件的拼接一般应按等强度原则设计；次梁，但是这会使主粱截面加大，减少

5、了楼层净高，顶层边柱(5)尽量简化节点构造，便于加工与现场安装调整。也有时会吃不消，此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲在结构分析前，就应该对节点的形式有充分的思考与确次梁保住主粱和柱子。定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模2预估截面型中使用的形式不完全一致，必须避免。按传力特性不同，节结构布置方案确定后，需要对构件截面做初步估算，主要点分刚接、铰接和半刚接三种。连接的不同对结构影响很大。是梁、柱和支撑等构件的截面形状与尺寸进行预估初选。比如，有的刚接节点虽然承受弯矩没有问题，但会产

6、生较大转钢梁可选择槽钢、轧制或者焊接的H型钢截面等。根据动，不符合结构分析中的假定，会导致实际工程变形大于计算荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1／50～1／20之间选数据等不利结果。择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按lgo限制确定。确6．2节点设计应考虑的主要内容定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳6．2．1焊接定的构造规定坝估。对焊接焊缝的尺寸及形式等，规范有强制规定，应严格遵柱截面按长细比预估，通常50<％<150，一般取100左右守。焊条的选用应和被连接金属材质适应。E

7、43对应Q235，值。根据轴心受压、双向受弯的不同，可选择钢管或H型钢截E50对应Q345。Q235与Q345连接时，应该选择低强度的面等；在柱较高或对纵横向刚度有较大要求时，宜采用十字型E43，而不是E50。截面或方管截面，若外观等有特殊要求，亦可采用圆管截面。焊接设计中不得任意加大焊缝，焊缝的重心应尽量与被3结构分析连接构件的重心接近。其他详图内容可查规范中关于焊缝构结构分析的核心问题是计算模型的确定，包括计算简图造方面的规定。和采用的计算理论。这部分通常采用手算和电算相结合。目6．2．2栓接前

8、钢结构实际设计中，结构分析通常为线弹性分析。新近的在建筑工程中，现己多采用栓接。一些有限元软件可以部分考虑几何非线性及钢材的弹塑性能，普通螺栓抗剪性能差，可在次要结构部位使用。为更精确的分析结构提供了条件，但并不是所有的结构都需高强度螺栓使用日益广泛。常用8．8s和lO．9s两个强度要使用软件进行设计，如：典型结构可通过查力学手册之类的等级。根据受力特点分为承压型和摩擦型。高强度螺栓最小工具书直接获得内力和变形；简单结构通过手算进行分析；复规格为M12，常用Ml6～M