华科建筑钢结构第四章多层框架钢结构

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第四章 多层框架钢结构设计
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.2 结构布置 需抗震设防时平面尺寸关系
平面的长宽比
凹凸部分的长宽比
L/B
≤5 2020/12/10
L / Bmax
l/b
l '/ Bmax
≤4
≤1.5
≥1
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大洞口宽度比 B ' / Bmax ≤0.5 13
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第四章 多层框架钢结构设计
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4.3 钢构件设计
框架柱的计算长度（P97）
《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：
➢ 框架柱整体稳定的计算长度
2）平面内计算长度
ⅰ）平面内计算长度取决于框架整体侧移状态及柱两端受
约束程度
ⅱ）计算方法可分为有支撑和无支撑，有支撑又分为强支
荷载的特点：多、高层建筑随着高度的增加， 结构上的控制荷载由竖向荷载变为水平荷载； 地震区的地震作用比风荷载大得多。
内力特点：多、高层建筑，随着高度的增加， 结构上的控制内力，由轴力起控制作用到弯矩 起控制作用；结构的侧移随高度增加而迅速增 加,故结构侧移成为重要的控制因素。
结构特点：随着高度增加，结构的抗侧力体系 应改进和加强。
结构在风荷载作用下，顶点质心位置的侧移不宜超 过建筑高度的1/500，各楼层质心位置的层间侧移 不宜超过楼层高度的1/400。
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.3 框架结构的设计内容和步骤
8．荷载作用下的框架内力分析(可采用任一适用的结构力学方 法)
9．荷载组合和内力组合 横梁内力组合(考虑活荷载的最不利布置)。柱内力组合。
10、构件及连接设计 (1)框架梁、柱设计。 (2)节点设计。 ①铰接柱脚。 ②刚接柱脚。
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.4 框架计算方法
传统分析方法
有限元方法
一般原则：一般按弹性方法分析，符合条 件的框架应该考虑二阶分析；对于不直接 承受动力荷载的由实腹式构件组成的单层 和双层框架结构可采用塑性分析。
140
260
180
100
70
150
70
9
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.1 结构连接类型
铰接：不能承受弯矩 刚接：能承受全部弯矩，无抗弯刚度突变 半刚接：能承受一定弯矩，抗弯刚度会突变
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1 多层框架钢结构体系
4.1.2 结构布置 抗侧力构件布置具体要求
ⅲ）一般用中心支撑，强震区用偏心支撑，但 梁上偏心支撑点要加侧向水平支撑，以防止此 点失稳 ⅳ）中心支撑轴线应交汇于梁柱轴线交点（或 偏离中心不超过支撑杆件宽度 ）。 ⅴ）不宜采用K形支撑 ⅵ）支撑应上下贯通
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正常使用组合采用荷载标准值
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4.3 钢构件设计
4.3.1 梁的设计
4.3.2 柱的设计
截面形式： 1 钢结构框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时又要 考虑强柱弱梁的要求；目前使用的焊接H型钢或I字热轧钢截 面，强弱轴 惯性矩之比3～10，造成材料浪费。但对平面受 力结构，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的 2 对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱， 可采用 双轴等强的截面，如箱形截面，双肢格构截面，钢 管柱或方钢管混凝土柱。 3 方钢管混凝土柱目前缺乏相应的规范、规程，应用还较 少，尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工厂制作和 现场施工
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.3 框架结构的设计内容和步骤
6．荷载计算 (1)恒荷载。(2)活荷载。
(3)风荷载。
(4)地震作用。(5)温度作用。
(6)施工荷载。
注意：对楼层数较多、竖向荷载较大的结构，应 考虑竖向构件在竖向静载作用下发生弹性压缩变形 对结构所产生的不利作用。
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第二章 平台钢结构
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第四章 多层框架钢结构设计
多层框架钢结构体系 多高层框架钢结构上的荷载与作用 钢构件设计 楼盖设计 节点设计 抗震设计
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第四章 多层框架钢结构设计
多层钢框架结构特点
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.3 框架结构的设计内容和步骤
1、准备设计资料 (1)工程性质及建筑物安全等级。 (2)荷载和作用。 ①恒荷载标准值及其分布。 ②活荷载标准值及其分布。 ③基本风压及地面粗糙度类型。 ④地震设防烈度。 ⑤环境温度变化状况。 ⑥基本雪荷载。
N u
0.1 Hh
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.4 框架计算方法
(1)多层和高层建筑钢结构的分析:分弹性设计和塑性设计
弹性设计:结构工作状态仅局限在理想弹性范围内进行内 力和变形分析,用于一般有抗震设防要求的结构.
塑性设计:考虑结构在弹一塑性工作状态时的结构分析。用 于罕遇地震作用下的结构分析。
风载: k z sz0
地震作用：GB50011-2008
多遇地震阻尼0.035，罕遇地震0.05
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4.2 多层框架钢结构上的荷载与作用
4.2.2 荷载效应组合
设计应满足
承载力： 0S R
非抗震： 变形： S C
抗震：
承载力：S R / RE
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.4 框架计算方法
(4)多、高层建筑钢结构计算模型的选择，一般可采用平面 抗侧力结构空间协调计算模型；对筒体结构或无法划分为平 面抗侧力单元的不规则或复杂的结构，应采用空间结构计算 模型。
(5)多、高层建筑钢结构的结构分析的手段，一般应借助电 子计算机完成，在初步设计阶段，可参考有关资料和计算手 册用手算方法进行。这些手算近似计算方法，常用的有分层 法、D值法、空间协调工作分析、等效角柱法和等效截面法等。
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4.1 多层框架钢结构体系
多高层框架钢结构体系介绍
纯框架体系
框架－支撑体系
ⅰ）中心支撑 ：交叉支撑、 单斜杆支撑，人形、V形支撑作 用：提高结构抗侧刚度 ⅱ）偏心支撑作用：提高抗 侧刚度，并增加结构变形中的耗 能，用于8度及以上地区
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结构种类
结构体系
非抗震 设防
抗震设防烈度
6, 7
8
9
框架
110
110
钢结构 框架-支撑（剪力墙板） 260
220
各类筒体
360
300
钢框架-混凝土剪力墙
有混凝土剪力 钢框架-混凝土核心筒 220
180
墙的钢结构
钢框筒-混凝土核心筒 220
180
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90
50
200
撑和弱支撑
ⅲ）无支撑纯框架
a)当采用一阶弹性方法结算结构内力时,按附表E-5-2确定
b)当采用二阶弹性方法结算结构内力且在每层柱顶附加假
想水平力
时,取
。
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4.3 钢构件设计
4.3.2 柱的设计 框架柱的计算长度（P97） 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）规定：
➢ 框架柱整体稳定的计算长度
2）平面内计算长度
ⅳ）有支撑纯框架
a)当支撑结构的侧移刚度(产生单位侧倾角的水平力)
要求时，按无侧移框架计算（表E-5-1）。
（4－14）
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满足下式 28
4.3 钢构件设计
4.3.2 柱的设计 框架柱的计算长度（P97）
2）平面内计算长度
(2)分析方法:一阶理论和二阶理论两种。
一阶理论:结构受力后，考虑内力和外力平衡，忽略结构变 形对几何关系的影响；
二阶理论:将结构变形对其几何关系的影响考虑在力的平衡 方程中。一般应按二阶理论进行结构分析。
(3)楼盖:通常采用钢与混凝土组合楼盖，假定楼盖在自身平 面内为绝对刚性。设计中应采取加设板梁抗剪件，或非刚性 楼面加现浇混凝土叠合层等措施加以保证。
(6)多、高层建筑钢结构的内力和位移分析时，应考虑梁、 柱的弯曲变形、柱的轴向变形和梁柱的剪切变形，梁的轴向 变形随具体情况而定。
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4.2 多层框架钢结构上的荷载与作用
4.2.1 荷载与作用
1、荷载与作用：
竖向荷载 水平荷载
恒载 活载、雪载、积灰荷载
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4.1 多层框架钢结构体系
侧向位移模式
在侧向荷载的作用下
纯框架结构：
剪切变形模式
抗剪结构：
弯曲变形模式
二者组合（框剪结构）：
显著减少了纯框架结构的侧向位移
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4.1 多层框架钢结构体系
钢结构和有混凝土剪力墙的 钢结构高层建筑的适用高度（m）
变 形：
罕遇：P CP 多遇： e Ce
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4.2 多层框架钢结构上的荷载与作用
4.2.2 荷载效应组合
承载力组合采用荷载设计值
①组合1：恒载控制：1.35×恒载效应+1.4×0.7×活载效应 ②组合2：活载控制：1.2×恒载效应+1.4×活载效应 ③组合3：左风组合：1.2×恒载效应+1.4×活载效应 +1.4×0.6×左风载效应 ④组合4：右风组合：1.2×恒载效应+1.4×活载效应 +1.4×0.6×右风载效应 ⑤组合5：左震组合：1.2×重力荷载效应+1.3×左震作用效应 ⑥组合6：右震组合：1.2×重力荷载效应+1.3×右震作用效应 ⑦组合7：左震组合：1.0×重力荷载效应+1.3×左震作用效应 ⑧组合8：右震组合：1.0×重力荷载效应+1.3×右震作用效应
ⅴ）梁、柱线刚度比的计算（查表E-5-1,E-5-2时用）
a)上、下端点梁与柱线刚度之比
注：对梁包括该点左右梁，
对柱包括该点上下柱
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4.3 钢构件设计
4.3.2 柱的设计
初选截面： 1：经验法： 可按吊车吨位，工作制，柱截面情况查表，并凭经验定 2：估算法： 将竖向荷载放大20％作为轴力，按轴压构件估算柱截面
构造规定： 1：柱端部应设横隔，间距不大于9倍柱最大截面宽度和 8m 2：柱高厚比大于20时，应设横向加劲肋，间距不大于 3h0
第四章 多层框架钢结构设计
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4.1 多层框架钢结构体系
框架体系： 未必所有的梁柱都刚性连接 斜撑体系：
少数柱之间设斜撑
（梁柱连接可做成铰接）
少数柱参与抗侧力体系；
❖ 梁柱刚性连接构造复杂，应
该尽量少用；
❖ 抗侧力体系也可混合使用。
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4.1 多层框架钢结构体系
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4.1 多层框架钢结构体系
4.1.3 框架结构的设计内容和步骤
(3)地质条件。 2．确定结构平面布置 3．确定支撑体系的布置 4．确定框架梁、柱截面形式并初估截面尺寸 (1)框架梁的截面尺寸估算梁的截面高度应考虑建筑高度、 刚度条件和经济条件。确定梁的翼缘、腹板尺寸应考虑局 部稳定、经济条件和连接构造等因素。 (2)框架柱的截面尺寸柱的截面尺寸可由一根柱所承受的 轴力乘以1.2倍，按轴心受压估算所需柱截面尺寸。 5．框架梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度的确定
4.1.2 结构布置
主导思想（P88）
ⅰ） 尽可能避免结构平面不规则，包括扭转不规则、凹 凸不规则和楼板局部不连续
ⅱ）尽可能避免结构竖向不规则，包括侧向刚度不规则、 竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变
抗侧力构件布置具体要求
ⅰ）支撑布置在多层框架的纵横双向，基本与结构主轴 方向对称 ⅱ） 在长方形平面中，长边方向支撑可少于短边方向 支撑
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4.1 多层框架钢结构体系
多高层框架钢结构体系介绍
框架-剪力墙体系：框架结构上设置适当剪力墙 剪力墙： 钢筋混凝土结构:需采取构造措施 钢板结构
(8～9mm厚钢板) 研究表 明，在侧向刚度相同时， 钢板剪力墙的框剪结构 比框架结构用钢量少。
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