6-钢框架风荷载及其内力计算
框架结构计算简图及荷载
活载分析
活载是指使用过程中可能作用在结构上的临时性荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷 载等。
活载数值相对较小，但作用位置不固定，需要考虑其在不同位置和不同方向上的组 合情况。
活载分析需要考虑各种可能的活载情况，包括人员、家具、设备、积雪等，以确保 结构在使用过程中的安全性。
地震作用分析
01
地震作用是指地震对结构产生的动态作用力，是一种特殊类型 的荷载。
02
地震作用分析需要考虑地震的强度、持续时间、频谱特性等因
素，以及结构的动力特性。
地震作用分析的目的是确定结构在地震作用下的反应，包括侧
03
移、剪切力、扭矩等，以确保结构在地震中的安全性能。
05
框架结构的内力计算
内力计算方法
静力平衡法
根据静力平衡原理，通过建立平衡方 程来求解框架结构的内力。
弹性力学法
灵敏度分析
分析结构参数变化对可靠性的影响程度，找出关键参数，为优化 设计提供依据。
07
结论与展望
研究成果总结
框架结构计算简图
本研究通过实地测量和有限元分析，成功建立了框架结构的计算简 图，为后续的结构分析和设计提供了基础。
荷载分析
对框架结构在不同工况下的荷载进行了详细分析，包括恒载、活载、 风载和地震荷载等，为结构的承载能力和稳定性评估提供了依据。
荷载
荷载是指作用在结构上的外力，包括恒载、活载、风载、雪载等。荷载的计算 和分析是结构设计中的重要环节，直接关系到结构的安全性和稳定性。
目的和意义
目的
框架结构计算简图及荷载的研究目的是为了提供一种简便、准确的方法来描述和分析框架结构的受力情况，从而 为结构设计提供依据，确保结构的安全性和稳定性。
钢框架结构设计
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
1.2、钢框架结构体ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的适用高度 及建筑高宽比
1.2.1、“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
1.2.2、“抗震规范”（GB 50011－ 2001）的规定
6～8度时
120 235 f ay
9度时
100 235 f ay
5.3.2、梁的板件宽厚比限制
不超过12层钢框架的梁板件的宽厚比限值 7度 11 36 8度 10 32 9度 9 30
抗震设防烈度 工字形截面和箱形 截面翼缘外伸部分 箱形截面翼缘在两 腹板间的部分
工字形截面和箱形 截面腹板
My Mx N f An xWnx yWny
强轴平面内稳定：
ty M y mx M x N f x A W (1 0.8 N ) byW1 y x 1x ' N Ex
弱轴平面内稳定：
N y A
tx M x f N W1 x bx yW1 y (1 0.8 ' )
一般在不超过30层时比较经济。
1.2、钢框架结构的特点
优点：
一榀框架计算-内力计算
第8章 一榀框架计算8.7框架内力计算框架结构承受的荷载主要有恒载、活载、风荷载、地震作用。
其中恒载、活载为竖向荷载,风荷载和地震为水平作用。
手算多层多跨框架结构的内力和侧移时，采用近似方法。
求竖向荷载作用下的内力采用分层法，求水平荷载作用下的内力采用反弯点法、D 值法。
在计算各项荷载作用下的效应时,一般按标准值进行计算，然后进行荷载效应组合。
8.7.2框架内力计算1。
恒载作用下的框架内力 (1）计算简图将图8-12（a ）中梁上梯形荷载折算为均布荷载。
其中a=1。
8m ，l=6.9m ，=1800/69000.26a α==,顶层梯形荷载折算为均布荷载值:232312+=120.26+0.2621.31=18.8kN m q αα-⨯-⨯⨯（）（），顶层总均布荷载为18.8+4.74=23.54kN m 。
其他层计算方法同顶层，计算值为21.63kN m 。
中间跨只作用有均布荷载,不需折算。
由于该框架为对称结构,取框架的一半进行简化计算,计算简图见8-19。
（2）弯矩分配系数节点A 1:101044 1.18 4.72A A A A S i ==⨯=111144 1.33 5.32A B A B S i ==⨯=12120.940.94 1.61 5.796A A A A S i =⨯=⨯⨯=()0.622 1.3330.84415.836AS =++=∑1010 4.720.29815.836A A A A AS S μ===∑图8-19 恒载作用下计算简图（括号内数值为梁柱相对线刚度）1111 5.320.33615.836A B A B AS S μ===∑1212 5.7960.36615.836A A A A AS S μ===∑ 节点B 1:11112 1.12 2.24B D B D S i ==⨯=18.076BS =∑1111 5.320.29418.076B A B A BS S μ===∑1010 4.720.32118.076B B B B BS S μ===∑ 1212 5.7960.32118.076B B B B BS S μ===∑1111 2.240.12418.076B D B D BS S μ===∑节点A 2:()210.94 1.610.4170.94 1.610.776 1.33A A μ⨯⨯==⨯⨯++230.940.7760.20113.91A A μ⨯⨯==224 1.330.38213.91A B μ⨯==节点B 2:224 1.330.3294 1.330.94 1.61+0.940.7762 1.12B A μ⨯==⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯210.94 1.610.35916.15B B μ⨯⨯==212 1.120.13916.15B C μ⨯==230.940.7760.17316.15B B μ⨯⨯==节点A 3 、A 4、A 5与A 2相同B 3、B 4、B 5与B 2相同。
钢结构载荷计算及相关
钢结构载荷计算及相关目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 建筑设计 (1)1.1 建筑平面设计 (1)1.2 建筑立面设计 (4)1.3 建筑平面设计 (6)2 结构方案设计说明 (7)2.1 构件截面尺寸及材料选择 (7)2.2 结构体系抗震防火要求 (7)3.荷载统计 (9)3.1恒荷载统计 (9)3.2活荷载统计 (9)3.3整个厂房部分作用的荷载 (12)4.各种荷载作用下的内力分析 (16)4.1手算内力标准值 (16)4.2电算内力标准值 (21)5.门式刚架计算和选型 (24)5.1 截面选型 (24)5.2 刚架梁验算 (27)5.3 刚架柱验算 (28)5.4 位移验算 (32)6.檩条设计和计算 (35)6.1设计说明 (35)6.2荷载计算 (35)6.3内力计算 (36)6.4截面选型及计算 (37)7.墙梁设计和计算 (41)7.1 荷载计算 (41)7.2内力分析 (42)7.3 截面选型和验算 (42)7.4 拉条计算 (49)8 支撑设计 (50)8.1屋面横向水平支撑设计 (50)8.2 柱间支撑设计 (53)9 屋面板设计和计算 (58)9.1内力及截面验算 (58)9.2 强度验算 (61)9.3 刚度验算 (61)10 吊车梁的设计 (63)10.1 吊车梁的设计 (63)11 节点设计 (71)11.1 柱脚设计 (71)11.2 梁柱节点设计 (73)11.3 牛腿 (79)11.4 抗风柱的计算 (81)12 基础设计计算 (84)12.1 基础设计资料 (84)12.2 基础底面尺寸设计 (84)13 全文总结 (91)14 参考文献..................................... 错误!未定义书签。
15 致谢 (95)附录：内力组合计算表 (96)1 建筑设计本建筑依据其功能要求设计成单层的单坡双跨刚架承重厂房，适用于《门式刚架轻m。
结构计算书
结构计算书要求：设计南昌市七星机械厂办公楼工程概况：本建筑为南昌七星机械厂办公楼，位于南昌市，六层刚框架结构，总建筑面积5930.56m2，底层高4.2m，其他层高3.0m，室内外高差0.45m。
满足防火要求，设俩个双跑楼梯和一个双分平行楼梯，墙体采用双层聚氨酯嘉芯墙板，屋面为不上人屋面，采用改进沥青防水，夹板保温。
结构形式为钢框架结构，设计基准期50年，雪荷载0.40kN/m^2，基本风压0.45kN/m^2，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.15g一、（1）结构布置：采用焊接工字形截面的框架梁和箱型柱，楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构。
（2）工程地质条件：拟建场地地形平坦，地下水位距天然地面-1.8m处，土质分布具体情况见表1，II类场地，地震设防烈度为6度。
建筑地层一览表表1：（3）施工条件：材料为：Q235钢、16Mn钢（Q345）、钢筋：HPB235-HRB400，水泥32.5-42.5级普通硅酸盐水泥。
二、截面初选：主梁截面高度500mm,腹板宽度20mm，厚度均为20mm；次梁截面高度450mm,腹板宽度16mm，厚度均为16mm；柱截面为焊接箱形柱截面，规格为500mmX500mm，厚度为20mm。
梁柱截面图：截面特性见下表：注：t为梁翼缘厚度、箱形柱厚度。
三、结构方案概述1、设计依据本设计依据以下现行国家规范及规程设计《建筑结构荷载规范》GB 5009-2001《钢结构设计规范》GB 50017-2003《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010《建筑地基基础设计规范》GB 50007-20022、结构形式及布置采用钢框架结构，框架梁采用焊接工字型截面，框架柱采用焊接箱型截面，楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构，楼梯为现浇混凝土楼梯，基础采用柱下独立基础，结构布置如下图所示：3、材料选用所有构件及零件均采用Q235B，组合楼板混凝土强度等级C20，基础混凝土强度等级C25，钢筋为HRB335级及HPB235。
钢结构设计计算公式及计算用表
钢结构设计计算公式及计算用表为保证承重结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特征、结构形式、应力状态、连接方法、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合适的钢材牌号和材性。
承重结构的钢材宜釆用Q235钢、Q345钢、Q390钢和Q420钢，其质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T 1591的规定。
当釆用其他牌号的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。
对Q235钢宜选用镇静钢或半镇静钢。
承重结构的钢材应具有抗拉强度、伸长率、屈服强度和硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳含量的合格保证。
焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构的钢材还应具有冷弯试验的合格保证。
对于需要验算疲劳的焊接结构的钢材，应具有常温冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度等于或低于0°C但高于-20°C时，Q233钢和Q345钢应具有O°CC冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20°C冲击韧性的合格保证。
当结构工作温度等于或低于-20€时，对Q235钢和Q345钢应具有-20°C冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-40°C冲击韧性的合格保证。
对于需要验算疲劳的非焊接结构的钢材亦应具有常温冲击韧性的合格保证，当结构工作温度等于或低于-20°C时，对Q235钢和Q345钢应具有0°C 冲击韧性的合格保证；对Q390钢和Q420钢应具有-20°C冲击韧性的合格保证。
当焊接承重结构为防止钢材的层状撕裂而釆用Z向钢时，其材质应符合现行国家标准《厚度方向性能钢板》GB/T 5313的规定。
钢材的强度设计值（材料强度的标准值除以抗力分项系数），应根据钢材卑度或直径按表1采用。
钢铸件的强度设计值应按表2采用。
连接的强度设计值应按表3〜5采用。
注：表中厚度系指计算点的钢材厚度，对轴心受力构件系指截面中较尽板件的厚度。
框架结构的内力和位移计算(精)
假定： （1）平面结构假定； （2）忽略柱的轴向变形； （3）D值法考虑了结点转角， 假定同层结点转角相等
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D 值法
计算方法 1、D值——修正抗侧刚度的计算 水平荷载作用下，框架不仅有侧移， 且各结点有转角，设杆端有相对位 移 ，转角 、 ，转角 1 2 位移方程为：
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反弯点法
2、剪力的计算 根据假定1：
V1 j d1 j j
Vij d ij j
Vij , d ij
——第j层第I根柱的剪力及其抗侧刚度
第j层总剪力
V pj
Vpj V1 j V2 j Vmj
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反弯点法
V1 j
第j层各柱剪力为
M ( z) N B
M(z)——上部水平荷载对坐标Z力矩总和 B——两边柱轴线间的距离
N
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柱轴向变形产生的侧移
N j
任意水平荷载下柱轴向变形产生的第j层处侧移 把框架连续化，根据单位荷载法：
2 ( NN / EA)dz
N j 0
Hj
N ( H j z) / B
框架结构的内力和位移计算荷载和设计要求51计算简图计算简图计算简图计算简图计算简图52竖向荷载作用下的近似计算方法分层法分层法分层法分层法力学知识回顾分层法计算过程构件弯矩图53水平荷载作用下内力近似计算方法反弯点法反弯点法弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法反弯点法54水平荷载作用下内力近似计算方法d55水平荷载作用下侧移的近似计算梁柱刚度比k中柱
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计算简图
二、结构构件的截面抗弯刚度 考虑楼板的影响，框架梁的截面抗弯刚度应适当提高 现浇钢筋混凝土楼盖： 中框架：I＝2I0 边框架：I＝1.5I0 装配整体式钢筋混凝土楼盖： 截面形式选取： 框架梁跨中截面： 中框架：I＝1.5 I0 T型截面 边框架：I＝1.2 I0 框架梁支座截面： 装配式钢筋混凝土楼盖： 矩形截面 中框架：I＝I0 边框架：I＝I0 注：I0为矩形截面框架梁的截面惯性矩
(整理)风荷载作用下框架内力计算
风荷载作用下框架内力计算：框架在风荷载作用下的内力计算采用D 值法。
计算时首先将框架各楼层的层间总剪力Vj ，按各柱的侧移刚度值（D 值）在该层总侧移刚度所占比例分配到各柱，即可求得第j 层第i 柱的层间剪力Vij ；根据求得的各柱层间剪力Vij 和修正后的反弯点位置Y ，即可确定柱端弯矩Mc 上和Mc 下；由节点平衡条件，梁端弯矩之和等于柱端弯矩之和，将节点左右梁端弯矩之和按线刚度比例分配，可求出各梁端弯矩；进而由梁的平衡条件求出梁端剪力；最后，第j 层第i 柱的轴力即为其上各层节点左右梁端剪力代数和。
（1）一榀框架上风荷载的作用计算：前面已经算出风荷载作用下的一榀框架下每层楼的剪力，但是还要计算出一品框架下每根柱子分得的剪力Vi DijDijVij sj ∑==1,具体的计算结果见下表:（2）风荷载作用下反弯点高度的计算:反弯点高度比即: V=V0+V1+V2+V3式中:V0 ——标准层反弯点高度比；注：本框架风荷载采用分段式均布荷载，故可查《高层建筑结构设计》表5.8a。
V1 ——因上、下层梁刚度比变化的修正值，查《高层建筑结构设计》表5.9；V2 ——因上层层高变化的修正值，查《高层建筑结构设计》表5.10；V3 ——因下层层高变化的修正值，查《高层建筑结构设计》表5.10。
具体计算结果见下表：（3）计算各柱端、梁端弯矩:①柱端弯矩计算：柱上下端弯矩按式：M u = V (1 - y)h，M d = Vyh计算；②梁端弯矩计算：梁端弯矩按式M = i b / ∑ i b ⨯ (M u + M d )具体结果如下：（4）计算各梁端剪力:计算方法：以梁为隔离体根据力矩平衡可得到梁端剪力。
具体计算结果如下表：注：单位为KN（5）计算各柱轴力:计算方法：已知梁的剪力，由上到下利用节点的竖向力平衡条件，即可得到柱的轴力，计算方法同恒。
（6）风荷载作用下的内力图绘制:风载作用下的梁端、柱端弯矩，梁端柱端剪力，柱的轴力计算完毕，恒载作用下的标准值如下几图所示：手算风荷载作用下柱端弯矩图手算风荷载作用下两端弯矩图与电算内力图的比较：电算风荷载作用下柱端弯矩图电算风荷载作用下两端弯矩图误差分析：风荷载作用下梁柱剪力图的绘制与误差分析：手算风荷载作用下的梁柱剪力图电算风荷载作用下的梁柱剪力图误差分析：风荷载作用下柱轴力图的绘制与误差分析：手算风荷载作用下的柱轴力图电算风荷载作用下的柱轴力图误差分析：水平地震作用下框架内力计算：框架在水平地震荷载作用下的内力计算采用D值法。
框架结构内力与位移计算
《高层建筑结构与抗震》辅导材料四框架结构内力与位移计算学习目标1、熟悉框架结构在竖向荷载和水平荷载作用下的弯矩图形、剪力图形和轴力图形；2、熟悉框架结构内力与位移计算的简化假定及计算简图的确定；3、掌握竖向荷载作用下框架内力的计算方法——分层法；4、掌握水平荷载作用下框架内力的计算方法——反弯点法和D值法，掌握框架结构的侧移计算方法。
学习重点1、竖向荷载作用下框架结构的内力计算；2、水平荷载作用下框架结构的内力及侧移计算。
框架在结构力学中称为刚架，刚架的内力和位移计算方法很多，可分为精确算法和近似算法。
精确法是采用较少的计算假定，较为接近实际情况地考虑建筑结构的内力、位移和外荷载的关系，一般需建立大型的代数方程组，并用电子计算机求解；近似算法对建筑结构引入较多的假定，进行简化计算。
由于近似计算简单、易于掌握，又能反映刚架受力和变形的基本特点，因此近似的计算方法仍为工程师们所常用。
本章内容主要介绍框架结构在荷载作用下内力与位移的近似计算方法。
其中分层法用于框架结构在竖向荷载作用下的内力计算，反弯点法和D值法用于框架结构在水平荷载作用下的内力计算。
既然是近似计算，就需要熟悉框架结构的计算简图和各种计算方法的简化假定。
一、框架结构计算简图的确定一般情况下，框架结构是一个空间受力体系，可以按照第四章所述的平面结构假定的简化原则，忽略结构纵向和横向之间的空间联系，忽略各构件的抗扭作用，将框架结构简化为沿横方向和纵方向的平面框架，承受竖向荷载和水平荷载，进行内力和位移计算。
结构设计时一般取中间有代表性的一榀横向框架进行分析，若作用于纵向框架上的荷载各不相同，则必要时应分别进行计算。
框架结构的节点一般总是三向受力的，但当按平面框架进行结构分析时，则节点也相应地简化。
在常见的现浇钢筋混凝土结构中，梁和柱内的纵向受力钢筋都将穿过节点或锚入节点区，这时节点应简化为刚接节点；对于现浇钢筋混凝土柱与基础的连接形式，一般也设计成固定支座，即为刚性连接。
框架结构内力计算-竖向弯矩二次分配,水平D值法
0.351 0.351 0.298
D
114.04
40.03 40.03 33.98
架横梁相应的位置上。
第一次分配： 放松节点，把各节点 不平衡弯矩“同时” 进行分配。
0.351 0.351 0.298
C
114.04
40.03 40.03 33.98
0.379 0.300 0.321
B
114.04
0.274 0.274 0.220
H
33.72
22.08 22.01 17.67
0.246
114.04 19.76
0.290 0.230 0.234
G
33.72
23.39 18.47 18.80
A
F
（４）弯矩分配与传递 上柱 第一次分配
下柱 右梁
0.541 E
66.03 20.02
弯矩二次分配法
对六层以下无侧移的框架，此法较为方便。具体步骤： （1）首先计算框架各杆件的线刚度及分配系数； （2）计算框架各层梁端在竖向荷载作用下的固定端弯矩； （3）计算框架各节点处的不平衡弯矩，并将每一节点处的
不平衡弯矩同时进行分配并向远端传递，传递系数为1/2； （4）进行两次分配后结束（仅传递一次，但分配两次）。
Mb
M
u c
ibl ibr
M
r b
M
d c
6、梁端剪力、柱轴力
0.459
122.05 56.02 14.12 2.17 82.86
第二次分配： 放松节点，把各节 点不平衡弯矩“同 时”进行分配。
0.351 0.351 0.298
D
114.04
40.03 40.03 33.98
毕业设计指导书(框架结构设计)-内力计算及组合
计算杆件固端弯矩时应带符号，杆端弯矩一律以顺时针方向为正，如图3-6。
图 3-6 杆端及节点弯矩正方向
1）横梁固端弯矩：
（1）顶层横梁
自重作用：
板传来的恒载作用：
（2）二～四层横梁
自重作用：
板传来的恒载作用：
2）纵梁引起柱端附加弯矩：（本例中边框架纵梁偏向外侧，中框架纵梁偏向内侧）
顶层外纵梁
相交于同一点的多个杆件中的某一杆件，其在该节点的弯矩分配系数的计算过程为：
（1）确定各杆件在该节点的转动刚度
杆件的转动刚度与杆件远端的约束形式有关，如图3-1：
（a）杆件在节点A处的转动刚度
（b）某节点各杆件弯矩分配系数
图 3-1 A节点弯矩分配系数（图中 ）
（2）计算弯矩分配系数μ
（3）相交于一点杆件间的弯矩分配
（3）求某柱柱顶左侧及柱底右侧受拉最大弯矩——该柱右侧跨的上、下邻层横梁布置活荷载，然后隔跨布置，其它层按同跨隔层布置（图3-4c）；
当活荷载作用相对较小时，常先按满布活荷载计算内力，然后对计算内力进行调整的近似简化法，调整系数：跨中弯矩1.1～1.2，支座弯矩1.0。
（a）（b） （c）
图 3-4 竖向活荷载最不利布置
∑Mik/l
V1/A=gl/2+u-∑Mik/l
M=gl/2*l/4+u*1.05-MAB-V1/A*l/2
4
21.9
4.08
2.25
6
12.24
41.06
-30.54
2.55
50.75
-60.24
3
16.61
4.08
2.25
6
12.24
31.14
钢筋混凝土框架结构设计计算书完整版
摘要本设计是武汉地区一大学宿舍楼。
该工程占地40002m，共六层，层高均为3m;结构形式为钢筋混凝土框架结构；抗震要求为六度设防。
本结构设计只选取一榀有代表性的框架（8号轴对应的框架）进行计算。
本设计包括以下内容：一、开题报告，即设计任务，目的要求；二、荷载计算，包括恒荷载，活载，风荷载；三、内力计算和内力组合；四、框架梁柱配筋计算；五、现浇板，楼梯和基础计算；六、参考文献，结束语和致谢。
该设计具有以下特点：一、在考虑建筑结构要求的同时考虑了施工要求及可行性；二、针对不同荷载特点采用多种不同计算方法，对所学知识进行了全面系统的复习；三、框架计算中即运用了理论公式计算又运用了当前工程设计中常用的近似计算方法。
AbstractThis article is to explain a design of a 6-storey-living building in Wuhan. The building is to use frame structure with steel and concrete with the seismic requirements for the minimum security 7.The structural design only selected the framework on the 7th axis for calculation. Throughout the design, it mainly used some basic concept such as the structural system selection, the structure of planar and vertical layout, columns and beams section to determine, load statistics, combination of internal forces, together with the methods of construction and structure.On the preliminary design stage, in order to determine or estimate the structure of layout elements cross-section size, it requires the use of some simple approximate calculation methods, in order to solve the problem quickly and provincially. Therefore, in the designing, the use of a framework structure similar to hand-counting methods, including the role of vertical load under the hierarchical method, the level of seismic shear and D value method to master the basic methods of structural analysis to establish the structure of mechanical behavior of the basic concepts; in the design of the foundation, foundation bearing capacity of soil is an important basis for the design. Bearing capacity of foundation soil is not only related to the nature of soil, but also based on the form and size of upper part. I selected the reinforced concrete foundation which has a better shear capacity and bending capacityKeywords: frame structure, load statistics, combination of internal forces, shear method, carrying capacity1 绪论我所学的专业是土木工程，偏向建筑结构方向，专业的主要课程是力学和结构两大类，注重培养学生侧重于力学理论在结构工程中的应用；可以熟练地对建筑结构进行计算并应用所学的力学理论对计算结果进行分析。
轻钢结构支撑体系内力计算及设计问题的探讨
轻钢结构支撑体系内力计算及设计问题的探讨摘要：根据相关的规定，现阶段，轻钢结构的支撑受力模式采用自编程序精确计算了轻钢结构支撑体系的内力，以此简化计算的结果所产生的误差，提高工作的有效性。
国外有少数先进的钢构企业所编制的设计软件能直接计算支撑。
这类软件专业性太强，通用性不够，对于复杂的建筑，设计计算反而有不便之处，本文就将对我国轻钢结构支撑体系内力计算及设计问题进行分析探讨。
关键词：轻钢结构；支撑体系；内力计算；设计1、轻钢结构与普钢结构的区别在轻钢结构的具体工作中，最早的轻钢结构主要指的是在普钢设计中不允许采用的材料，比如圆钢、小角钢等做成的结构。
现阶段，随着我国科技的进步发展，其轻钢结构的概念已经得到了一定的充实，同时也创新了更好的相关结构形式，进一步拓展了轻钢结构初始的应用领域。
在轻钢结构的具体工作中的轻钢结构是采用区别于普钢结构使用的传统型材，比如热轧H型钢、T型钢以及薄壁焊接型材等。
在轻钢结构的具体工作中，所采用的轻钢结构区别于普钢结构的设计理论方法，比如考虑屈曲后的强度以及计入蒙皮效应等。
所以，在轻钢结构的具体工作中，不同的设计规范有不同的体系，同时有着相应不同的规定。
根据相关的规定可以看出：轻钢结构与普钢结构的区别主要在于：轻钢结构与普钢结构的荷载取值不同，尤其是风荷载以及屋面活荷载等；轻钢结构与普钢结构的分析方法不同，特别是其计算长度确定以及相应的局部稳定计算等；轻钢结构与普钢结构的限制条件不同，比如其变形以及长细的比控制的等等。
2、刚度及稳定设计2.1、刚度设计在轻钢结构的具体工作中，有重级及多层框架的工作厂房的变形监控，相关的规定中有其具体的要求。
比如对于在轻钢结构的具体工作中，相关制度对普通单层结构做出了明确的规定。
在轻钢结构的具体工作中适用性问题是结构变形所涵盖的问题，在轻钢结构的具体工作中结构变形所涵盖的问题相对于轻钢结构安全性其考虑的并不深。
而在轻钢结构的具体工作中对于单层钢结构厂房的变形在设计是可以放宽标准，在变形控制的建筑中，可以相应的放宽变形的容许条件，以此来降低相关经济成本。
风荷载作用下的内力和位移计算
第7章 风荷载作用下的内力和位移计算由设计任务资料知，该建筑为五层钢筋混凝土框架结构体系，室内外高差为基本风压20m /4.0KN =ω，地面粗糙度为C 类，结构总高度+=（基础顶面至室内地面1m ）。
计算主要承重结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下式计算，即o z s z k w w μμβ=1、因结构高度H=<30m,高宽比÷=＜,故可取0.1z =β；2、s μ为风荷载体型系数，本设计按《建筑结构荷载规范》（GB50009--2012）中规定，迎风面取，背风面取，合计s μ=。
3、z μ为风压高度变化系数，本设计的地面粗糙度类别为C 类，按下表选取风压高度变化系数。
横向框架在风荷载作用下的计算简图6轴线框架的负荷宽度B=（+）/2=。
各层楼面处集中风荷载标准值计算如表：表根据表，画出6轴框架在风荷载作用下的计算简图，如图所示：图 框架在风荷载作用下的计算简图位移计算框架梁柱线刚度计算考虑现浇楼板对梁刚度的加强作用，故对6轴线框架（中框架梁）的惯性矩乘以，框架梁的线刚度计算： 跨度为的梁（b ×h=250mm ×600mm ）：)(109126.0250.0212bh 24333m I -⨯=⨯⨯=⨯= m KN L I E c b /105.33.7109108.2i 437b ⨯=⨯⨯⨯==- 跨度为的梁 (b ×h=200mm ×400mm ）：）（43-33m 101.2124.02.0212bh 2⨯=⨯⨯=⨯=I m KN L I E c b /109.13.31013.2108.2i 437b ⨯=⨯⨯⨯==- 框架柱的线刚度 1、底层柱： A 、D 轴柱：)(1021.512500500433c m I -⨯=⨯=m KN h I E c c c /100.32.51021.5100.3i 437⨯=⨯⨯⨯==- B 、C 轴柱：)(1021.512500500433c m I -⨯=⨯=m KN h I E c c c /100.32.51021.5100.3i 437⨯=⨯⨯⨯==- 2、上层柱： A 、D 轴柱：)(1021.512500500433c m I -⨯=⨯=m KN h I E c c c /100.49.31021.5100.3i 437⨯=⨯⨯⨯==- B 、C 轴柱：)(1021.512500500433c m I -⨯=⨯=m KN h I E c c c /100.49.31021.5100.3i 437⨯=⨯⨯⨯==- 侧移刚度D 计算框架柱刚度修正系数计算公式见表: 表表 各层柱侧向刚度计算风荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算，即有：∑=∆ijjj DV u式中 jV ------第j 层的总剪力标准；∑ijD --------第j 层所有柱的抗侧刚度之和；ju ∆--------第j 层的层间侧移。
钢框架结构计算书
钢框架结构计算书
钢框架结构计算书是指对钢框架结构进行力学计算的文件。
以下是钢框架结构计算书的基本内容和要点：
1. 结构概述：对钢框架结构的主要构件和整体结构进行描述和概述，包括结构形式、构件材料、截面形状等。
2. 荷载计算：根据设计要求和使用场所的荷载标准，计算结构所受的静、动力荷载。
包括自重、风荷载、地震荷载等。
3. 材料参数：列出结构所用材料的参数和性能，如钢材的屈服强度、抗拉强度等。
这些参数是进行力学计算的基础。
4. 结构计算：根据荷载和材料参数进行结构计算，包括各构件的内力计算、应力计算、变形计算等。
计算过程中需要遵循力学原理和结构力学的方法。
5. 构件设计：根据计算结果，对各构件的尺寸进行设计，确保各构件满足强度、刚度和稳定性要求。
涉及到构件的截面尺寸、槽钢的连接等。
6. 抗震设计：针对地震荷载，进行抗震设计和计算，确保结构在地震作用下的安全性和稳定性。
包括设立防震设施、计算结构的抗震性能等。
7. 结果分析和讨论：对计算结果进行分析和讨论，评估结构的安全性、经济性和可行性等。
通过结果分析，可以指导后续的结构设计和施工。
8. 附录和图纸：附上相关的图纸、照片和计算公式等。
图纸要包括整体结构图、构件图、连接节点图等，以便清晰地表达结构形式和设计思路。
钢框架结构计算书是设计、施工过程中非常重要的文件，它提供了结构设计的理论基础和计算依据。
计算书需要由专业人员编制，按照相关的国家标准进行设计和计算。
同时，对于大型和复杂的钢框架结构，可能需要进一步的专业软件支持，以提高计算的准确性和效率。
毕业设计文献综述-框架结构综述
本科生毕业设计文献综述题目框架结构综述姓名学号学院工程学院专业土木工程指导教师2011 年 5 月4 日框架结构综述随着当今社会的不断发展，钢筋混凝土框架结构的建筑物越来越普遍，框架结构是指以钢筋混凝土浇捣成承重梁柱，再用预制的加气混凝土、膨胀珍珠岩、浮石、蛭石、陶烂等轻质板材隔墙分户装配成而。
适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。
经久耐用等优点，并且房间的开间、进深相对较大，空间分割较自由，建筑平面布置灵活。
目前，多层住宅多采用这种结构。
近年来，世界各地的框架结构发展很迅速，应用很广泛。
一般框架结构由梁和柱构成，构件截面较小，因此框架结构的承载力和刚度都比较低。
它的受力特点类似于竖向悬臂剪切梁，随着楼层逐渐变高，水平位移也逐渐变慢。
高层框架在纵向和横向两个方向都承受很大的水平力，此时，现浇楼面也作为梁共同工作，装配整体式楼面的作用则必不考虑，框架结构的墙体是填充墙，起围护和分隔作用，从而，框架结构的特点是能为建筑提供灵活的使用空间，但抗震性能差。
房屋的框架分类可以按很多种定义而来，按跨数分有单跨、多跨；按层数分有单层、多层；按立面构成分有对称、不对称；按所用材料分有钢框架、混凝土框架、胶合木结构框架或钢与钢筋混凝土混合框架等。
其中最常用的是混凝土框架（现浇整体式、装配式、装配整体式，也可根据需要施加预应力，主要是对梁或板）、钢框架。
装配式、装配整体式混凝土框架和钢框架适合大规模工业化施工，效率较高，工程质量较好。
文献《浅谈框架结构设计中的几点经验》1中认为，在合理的高度和层数的情况下，框架结构能够提供较大的建筑空间，其平面布置比较的灵活，可适合多种工艺与使用功能的要求。
多层钢筋混凝土框架结构设计可以分为四个阶段：一是方案设计，二是结构分析，三是构件设计，四是绘施工图。
结构分析和构件设计是结构设计中的计算阶段，在现代，已由电子计算机承担这一工作，常采用PKPM 建模计算。
但是，结构的计算并不能代替结构的设计。
钢结构的风荷载设计
钢结构的风荷载设计钢结构是一种广泛应用于建筑领域的结构形式，其设计过程是一个复杂而重要的环节。
在钢结构设计中，风荷载是必须考虑的关键因素之一。
本文将介绍钢结构的风荷载设计方法和相关的规范标准。
一、设计准则和规范在进行钢结构的风荷载设计时，需要参考相关的设计准则和规范，以确保结构的安全可靠。
目前国内常用的规范有《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)和《钢结构设计规范》(GB 50017-2017)等。
这些规范对于风荷载的计算方法、风荷载分区、风荷载系数等都有详细的规定。
二、风荷载计算方法风荷载计算是钢结构设计过程中最关键的一步。
根据规范的要求，一般可以采用静力法或动力法进行计算。
静力法适用于简单结构和小型建筑，而动力法适用于高层建筑和大型桥梁等复杂结构。
1. 静力法静力法是一种简化的计算方法，其基本原理是将风荷载作为静力荷载来进行计算。
根据规范中的公式和风荷载分区图，可以确定各个部位的风荷载大小。
然后，根据结构的受力情况，进行内力计算和构件设计。
2. 动力法动力法是一种更加精确的计算方法，可以考虑结构的动力响应和风荷载的变化规律。
在动力法中，需要进行风洞试验或数值模拟，获取结构在风场中的响应数据，然后进行计算分析。
动力法适用于高层建筑、桥梁和塔吊等复杂结构，可以更好地反映实际情况。
三、风荷载分区根据规范的要求，建筑结构需要进行风荷载的分区计算。
通常将结构划分为不同的区域，根据风荷载的大小和分布特点，确定各个区域的风荷载系数。
常见的风荷载分区有正压区、负压区、顶部区域和支撑结构区域等。
四、风荷载系数钢结构的风荷载设计中，需要根据规范中的要求，确定相应的风荷载系数。
通常，风荷载系数分为平面方向系数、垂直方向系数和结构特殊性系数等。
1. 平面方向系数平面方向系数描述了风荷载对结构平面产生的影响。
根据规范的要求，根据结构的高度、宽度和长度等参数，确定相应的平面方向系数。
常见的平面方向系数有气候区系数、重要性系数、高度修正系数等。
门式刚架荷载计算及内力组合
（一）荷载分析及受力简图：1、永久荷载永久荷载包括结构构件的自重和悬挂在结构上的非结构构件的重力荷载，如屋面、檩条、支撑、吊顶、墙面构件和刚架自重等。
恒载标准值（对水平投影面）：板及保温层 0.30kN/㎡檩条 0.10kN/㎡悬挂设备 0.10kN/㎡0.50kN/㎡换算为线荷载：7.50.5 3.75 3.8/=⨯=≈q KN m2、可变荷载标准值门式刚架结构设计的主要依据为《钢结构设计规范》（GB50017-2003）和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）。
对于屋面结构，《钢结构设计规范》m，但构件的荷载面积大于602m的可乘折减系数0.6，门规定活荷载为0.5KN/2m。
由荷载规范查得，大连地区式刚架符合此条件，故活荷载标准值取0.3KN/2雪荷载标准值为0.40kN/㎡。
屋面活荷载取为 0.30kN/㎡雪荷载为 0.40kN/㎡取二者较大值 0.40kN/㎡换算为线荷载：7.50.43/q KN m =⨯=3、风荷载标准值 ：0k z s z ωβμμω=（1） 基本风压值 20kN/m 6825.065.005.1=⨯=ω（2） 高度Z 处的风振系数z β 取1.0（门式刚架高度没有超过30m ，高宽比不大于1.5，不考虑风振系数）（3） 风压高度变化系数z μ由地面粗糙度类别为B 类，查表得：h=10m ，z μ＝1.00；h=15m ，z μ＝1.14 内插：低跨刚架，h=10.5m ，z μ＝ 1.14 1.111.00(10.510)1510-+⨯--＝1.014；高跨刚架，h=15.7m ，z μ＝ 1.25 1.141.14(15.715)2015-+⨯--＝1.155。
（4） 风荷载体型系数s μ-0.5-0.6-0.4-0.4-0.5-0.5-0.2+0.8μsμs1其中，s μ＝0.2010.24.760.032301230arctg -⨯=⨯=+ 1s μ＝12 1.00.6(1)0.6(12)0.36915.710.5h h ⨯-=⨯-=+-各部分风荷载标准值计算：w 1k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.8×1.014×0.6825=4.15 kN/m w 2k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.032×1.014×0.6825=0.17kN/m w 3k =0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.6）×1.014×0.6825=-3.11kN/m w 4k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×0.369×1.014×0.6825=1.91 kN/m w 5k = 0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.2）×1.014×0.6825=-1.04 kN/mw 6k = w 7k ＝w 8k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.5）×1.014×0.6825=-2.60 kN/m w 9k = w 10k ＝0z s z βμμω＝7.5×1.0×（-0.4）×1.014×0. 6825=-2.08 kN/m 用PKPM 计算门式刚架风荷载结果如下：其中，'1k ω＝4.2KN/m ≈1k ω=4.15 kN/m ；'2kω＝0.2KN/m ≈2k ω=0.17 kN/m ； '3k ω＝-3.1N/m ≈1k ω=-3.11 kN/m ；'4kω＝2.2KN/m ≈2k ω=1.91 kN/m ； '5k ω＝-1.2KN/m ≈1k ω=-1.04kN/m ；'6kω＝-3.0KN/m ≈6k ω=-2.60kN/m ； '7kω＝-3.0KN/m ≈7k ω=-2.60kN/m ；'8k ω＝-2.6KN/m ＝8k ω； '9k ω＝-2.1KN/m ≈9k ω=-2.08kN/m ；'10kω＝-2.1KN/m ≈10k ω=-2.08kN/m 。
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层数 5 4 3 2 1
hi /m
3.3 4.2 4.2 4.2 5.2 顶点位移 u
Vi /kN
37.93 62.56 87.93 111.35 136.03
Di /kN/m
31360 47390 47390 47390 38980
ui Vi / Di /mm
Fwi
/kN 37.93 24.63 25.37 23.42 24.68
Vi
/kN 37.93 62.56 87.93 111.35 136.03
单位：kN 图 6-1 横向刚架风荷载分布
6.2 风荷载作用下结构分析 风荷载作用下结构的内力和侧移分析与地震做用下横向框架的内力分析方法相同， 及采用 D 值法。框架各杆件的刚度与地震作用下的完全相同。内力正负号规定如下：节点弯矩以逆时针为 正，杆端弯矩以顺时针为正；杆端剪力以顺时针为正；轴力以压为正。
D 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
DE 跨
表 6-4 续表 D 轴柱
M cu
/kN·m 26.84 26.82 34.51 40.31 47.19
M cb
/kN·m 7.09 18.48 29.16 40.31 72.88
ib
i
0.5 0.5 0.5 0.5
N A Vb
/kN 11.04 33.13 62.41 99.31
风荷载作用下的弯矩见图 6-2 所示。
图 6-2 风荷载作用下的弯矩
风荷载作用下柱子剪力、轴力及梁的剪力见图 6-3 所示。
图 6-3 风荷载作用下柱子剪力、轴力及梁的剪力（括号内表示柱子轴力）
6.3 风荷载作用下的侧移验算 层间剪力除以层间刚度得到层间位移，层间位移累加得到顶点位移。刚架柱的顶点水平位移 不 宜 超 过 H /500 ， 层 见位 移 不 宜 超 过 h /400 。 H 为 从 基 础 顶 面算 起 至柱 顶 的 总 高 度 ， H =3.3+4.2+4.2+4.2+5.2=21.1m； h 为层高。计算过程见表 6-5 所示。
b
Vb /kN
-11.04 -22.08 -29.28 -36.91
N A Vb
/kN -7.34 -23.11 -44.00 -70.35
F 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 4.2 4.2 4.2 4.2
EF 跨
表 6-4 续表 F 轴柱
M cu
/kN·m 25.73 33.13 38.42 44.90
M bl
/kN·m 19.14 22.92 26.50 34.74 43.75
M br
/kN·m 26.84 16.96 26.50 34.74 43.75
b
Vb /kN
-5.68 -5.22 -6.79 -8.91 -11.22
N A Vb
/kN 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
y
0.209 0.332 0.346 0.408 0.432 0.404 0.439 0.458 0.482 0.454 0.49 0.50 0.50 0.50 0.693 0.607 0.55 0.617
M cu
M cb
/kN·m /kN·m 26.84 7.09 38.27 19.02 18.14 9.60 26.82 18.48 31.78 24.17 25.73 17.44 21.87 17.12 34.51 29.16 40.73 37.90 33.13 27.55 25.18 24.19 40.31 40.31 49.79 49.79 38.42 38.42 29.32 66.17 47.19 72.88 60.49 73.93 44.90 72.34
D
/× 10 N/mm 3.136
D4
2~4
4.739
1
3.898
2.计算风荷载下柱剪力、弯矩 柱子剪力按抗侧刚度进行分配，柱端弯矩由反弯点高度和柱剪力求得。计算过程见表 6-3 所 示。
表 6-3 柱剪力、弯矩计算
楼层 5
hi /m
3.3
轴线位置 B，D C A B，C，D E F A B，C，D E F A B，C，D E F A B，C，D E F
1. 计算柱子修正抗侧刚度 横向框架柱子修正抗侧刚度的计算见表 6-2 所示。
楼 层 5
柱子类别 中框 架 中框 架 中柱(1) 边柱(2) 中柱(3) 边柱 A(1) 中柱 E(1) 边柱 F(1) 中柱(3) 中框 架 边柱 A(1) 中柱 E(1) 边柱 F(1)
h /mm
3300 3300 4200 4200 4200 4200 5200 5200 5200 5200
F
w
0.30
，单元宽度 B
=7.8m， h 为上下楼层高度的平均值，底层应从室外标高算起，顶层应考虑高出屋面部分。基本 风压 w0 =0.55kN/m2，地面粗糙度为 B 类，计算结果见下表 6-1，风荷载分布见图 6-1 所示。
表 6-1 风荷载计算
楼层 5 4 3 2 1
z
1.0 1.0 1.0 1.0 1.0
s
1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
z /m
23.70 17.25 13.05 8.85 4.65
z
1.3 1.18 1.08 1.00 1.00
wk
/kN/m 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55
2
B /m
7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
h /m
3.6+3.3/2=5.25 (4.2+3.3)/2=3.75 (4.2+4.2)/2=4.2 (4.2+4.2)/2=4.2 (4.65+4.2)/2=4.425
M cb
/kN·m 17.44 27.55 38.42 72.43
ibl
i
1.0 1.0 1.0 1.0
M bl
/kN·m 20.66 42.19 57.00 71.68
M br
/kN·m 25.73 50.57 65.97 83.32
b
Vb /kN
-11.04 -22.08 -29.28 -36.91
Vi /kN
37.93 37.93 62.56 62.56 62.56 62.56 87.93 87.93 87.93 87.93 111.35 111.35 111.35 111.35 136.03 136.03 136.03 136.03
Vik /kN
10.28 17.36 6.60 10.79 13.32 10.28 9.28 15.16 18.72 14.45 11.76 19.20 23.71 18.30 18.36 23.09 25.85 22.55
K /× 104 E /× 10 E (N·mm) (N·mm) 0.907 36.768 40.54 0.453 18.384 40.54
36.768 18.384 52.53 34.14 18.384 9.192 26.263 17.071 31.86 31.86 31.86 31.86 12.87 12.87 12.87 12.87 1.155 0.577 1.649 1.072 1.428 0.714 2.041 1.326
M bl
/kN·m 16.96 26.50 34.74 43.75
M br
/kN·m 11.12 22.72 30.69 38.60
b
Vb /kN
-3.71 -6.31 -8.39 -10.56
N A Vb
/kN 5.68 7.19 7.67 8.19 8.85
E 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 4.2 4.2 4.2 4.2
/kN -4.61 -12.04 -21.92 -34.39
A 轴柱
B 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
BC 跨
表 6-4 续表 B 轴柱
M cu
/kN·m 26.84 26.82 34.51 40.31 47.19
M cb
/kN·m 7.09 18.48 29.16 40.31 72.88
第六章 水平风荷载作用计算
6.1 风荷载计算 将刚架结构的水平风荷载简化为作用在楼层位置的集中荷载。 风荷载标准值的计算公式为： wk z s z w0 各楼层位置的集中荷载为： Fw Bhwk 层间剪力为： Vi
由于结构高度小于 50m，可取 z =1.0， s =0.8+0.5=1.3， z 1.0000 z /10
4i
表 6-2 柱子修正抗侧刚度
b
ic
c
0.312 0.185 0.366 0.224 0.452 0.349 0.562 0.447 0.629 0.549
/× 104 N/mm 1.436 0.850 0.817 0.500 1.009 0.779 0.662 0.526 0.740 0.646
3. 风荷载下梁端弯矩、剪力及柱子轴力计算 计算方法同地震作用计算方法。计算过程见表 6-4。
表 6-4 框架梁端弯矩、剪力及框架柱轴力计算 A 轴柱 AB 跨 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8
M cu
/kN·m 18.14 21.87 25.18 29.32
M cb
C 轴柱 楼层 5 4 3 2 1 梁跨度 7.8 7.8 7.8 7.8 7.8
CD 跨
表 6-4 续表 C 轴柱
M cu
/kN·m 38.27 26.82 34.51 40.31 47.19