钢框架支撑结构设计实例(书稿例题)
钢框架设计示例
钢框架设计示例一、设计资料工程名称：某多层图书馆二楼框架书库工程资料：结构采用横向框架承重，楼面活荷载标准值72kN mm ，楼面板为150mm厚单向实心钢筋混凝土板，荷载传力途径为：楼面板－次梁－主梁－柱－基础。
设计中仅考虑竖向荷载和活载作用,框架梁按连续梁计算。
框架平面布置图和柱截面图如图1和图2。
工程要求：（1）设计次梁截面CL-1。
（2）设计框架主梁截面KL-1。
（3）设计框架主梁短梁段与框架柱连接节点，要求采用焊缝连接，短梁段长度一般为0.9～1.2m 。
（4）设计框架主梁短梁段与梁体工地拼接节点，要求采用高强螺栓连接。
（5）绘制主梁与柱连接节点详图，短梁段及梁体连接节点详图，短梁段与梁体制作详图(1#图纸一张)，KL-1钢材用量表，设计说明。
（6）计算说明书，包括构件截面尺寸估算、荷载计算、内力组合、主次梁截面设计、主次梁强度、刚度、整体稳定、局部稳定验算。
二、设计参数混凝土自重： 325/kN m 厚度：150mm 粉刷层： 317/kN m 厚度：15mm 找平层： 320/kN m 厚度：20mm 楼面活荷载的标准值： 26/kN m水磨石楼面： 20.65/kN m 钢材（Q235）强度设计值： 2215/d f N mm钢材（Q235）抗剪强度设计值：2125/v f N mm = 钢材（Q235）的弹性模量： 522.0610/E N mm =⨯三、设计次梁截面CL-1 1.设计荷载（1）恒载—标准层楼面（标准值）水磨石面层楼面 粉刷层 找平层结构层：150mm 单向钢筋混凝土楼板 23/75.3/2515.0m KN m KN m =⨯ 合计： 5.055KN/m 2（2）活载楼面活载标准值 2/7m KN（3）竖向荷载下框架受荷总图荷载由板到梁传递示意图如下图3所示：a. 荷载标准值 楼面板传恒载=m KN m m KN /7475.2225.4/055.5212=⨯⨯⨯ 1.305KN/m 2楼面传递活载=m KN m m KN /5.3125.4/7212=⨯⨯⨯ b. 荷载设计值m KN q q q /397.714.12.1=+=活恒 c. 最大弯矩与剪力设计值次梁架于主梁之上，相当于简支结构，计算简图如下图4：KNm ql M 895.7229397.71818122max =⨯⨯==71.32721max ==ql V 2.确定次梁的截面尺寸由于设计初钢梁自重未知（考虑安全因素），故取：KNm M M 353.737895.72202.102.1max =⨯== 次梁所需的截面抵抗矩：3610430.3215353.737mm f MW d x ⨯===计次梁选用工字形截面，则：（1）确定腹板尺寸梁的经济高度： mm W h x e 67.75530073=-= 取： )(760e h h mm h >=腹板厚度: mm h t e w 89.75.3==取： mm t w 12= 若翼缘的厚度取：20mm t = 则 mm t h h w 7202=-= （2）确定翼缘尺寸：次梁计算简图4每个翼缘所需的截面面积： 249.30066mm ht h W A w x f =-=翼缘板的宽度： 232.150mm tA b f f ==暂取： 300fb mm =（3）次梁截面尺寸特征（如图5-1）： 4933100164.21272028812760300mm I x⨯=⨯-⨯=36910306.52760100164.22mm h Ix Wx ⨯=⨯==3299760037020300236012360mm S x =⨯⨯+⨯⨯= 43390103680212300201212720mm I y =⨯⨯+⨯=22064012720203002mm A =⨯+⨯⨯=mm AI i y y 07.662064090103680===22.13607.669000===y y i l λ 793.076030020900013.069.0=⨯⨯⨯+=b β2y b b b2y y 43202351 4.4x t Ah W h f λϕβηλ⎡⎤⎛⎫⎢⎥=++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦235235]0])7604.42022.136(1[10306.57602064022.1364320793.0262⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯⨯= 704.0= 由于b 0.6ϕ>，则：669.0704.0282.007.1'=-=b ϕ （4）确定焊缝尺寸KN V V mm N f wf 71.327',/160max 2===31216000036020300mm S =⨯⨯=截面特征图5-1mm I VS f h xwff 58.74.111=∙≥m i n m a x1.5 1.520 6.71f h tm m ≥== mm t h f 242min max =≤故取8fh mm =，钢结构在焊接时焊条采用E43列，焊接方法为手工焊。
钢框架案例—ETABs
钢框架案例—ETABs
案例二、钢框架
一、建立轴网：数量间距（m）
X 4 6.0
Y 46.0
Z 4 3.3
二、修改轴网：Z向间距修改为3.6（首层）
三、定义材料：钢Q345
四、定义框架截面（选用中国规范型钢库）：
a；钢框柱截面：HW350—HW500
钢梁截面：HN350---HN600
b:创建自动截面列表：
AUTOCOL:HW350---HW500
AUTOBEAM:HN400---HN600
AUTOCBM:HN350---HN500
五、定义面截面：膜单元：F120（网格分隔）
备注：使用膜单元时如何处理，其对自重的影响，且为何不能进行网格的剖分？
六、绘制结构模型、设定底部约束
备注：梁柱的分隔、插入点的使用
七、定义荷载模式：活荷载3、附加恒载（SDEAD）3、附加线荷载（Cladding）9\3、风荷载（Windx）（第二种通过围覆面进行风荷载的施加）、
地面粗糙度B类，体型系数Us为0.8，
周期折减0.7、地震烈度8度0.2g、场地类别三类、设计地震分组：一组、抗震等级二级
备注：体型系数的正负烦人判断及其对风向的影响？
八、定义质量源：1.0恒+0.5活（中国规范）
备注：自重乘数对质量源计算的影响及两种质量源定义的方式
九、定义反应谱函数（中国规范）
十、定义荷载工况：反应谱Rpy工况
十一、定义荷载组合
十二、运行分析及查看结果
十三、钢框架的迭代计算
备注：自动选择截面列表的定义作用，及其实现迭代计算的方法。
钢框架-支撑结构设计实例(书稿例题)
钢框架-支撑结构设计实例4.10.1 工程设计概况本建筑为某公司办公楼，位于沈阳市区，共七层。
总建筑面积约59002m ，总高度30.6m ，室内外高差0.600m ；底层层高4.5m ，顶层层高4.5m ，其余层均为4.2m 。
设两部楼梯和两部电梯。
墙体采用聚氨酯PU 夹芯墙板。
屋面为不上人屋面。
结构形式为钢框架—支撑体系。
设计基准期50年，雪荷载0.502m kN ，基本风压：0.552m kN 。
抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1g ，结构抗震等级四级。
结构设计基准期50年。
地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m 以下，冰冻深度-1.20m ，地质条件见表4-24，Ⅱ类场地。
4.10.2 方案设计1.建筑方案概述 1）设计依据《民用建筑设计通则》GB50352-2005 《办公建筑设计规范》JGJ67-2006 《建筑设计防火规范》GB50016-2006 2）设计说明（1）屋面（不上人屋面）防水层：SBS 改性沥青卷材(带保护层)； 40mm 厚1:3水泥沙浆找平层； 70mm 厚挤塑板保温层；1:6水泥炉渣找坡（最薄处30mm,坡度2%）；压型钢板混凝土组合板（结构层折算厚度100mm ）； 轻钢龙骨吊顶。
（2）楼面：20mm 厚大理石面层；20mm 厚1：3干硬性水泥沙浆找平层；压型钢板混凝土组合（结构层折算厚度100mm ）； 轻钢龙骨吊顶。
（3）门窗本工程采用实木门和塑钢玻璃窗。
（4）墙体外墙为双层聚氨酯PU 夹芯墙板300mm （内塞岩棉）；内墙为双层聚氨酯PU 夹芯墙板180mm 厚聚氨酯PU 夹芯墙板； 2. 结构方案概述 1）设计依据本设计主要依据以下现行国家规范及规程设计： 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版） 《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003） 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002） 《钢-混凝土组合结构设计规程》（DLT5085-99） 2）结构形式及布置采用钢框架-支撑结构。
钢结构 7章 单层厂房结构例题
选l0y用=l2=└39306×.47c，mA 24.6cm2，ix 2.78cm,iy 4.07cm。
x
l0 x ix
269.1 96.8 150
2.78
y
l0 y iy
336.4 4.07
82.7 150
因为 b 9 12.86 0.58 l0y 0.58 336.4 21.7
设计
第七章 单层厂房结构例题
翼缘焊缝，（采用 hf 12）mm N 翼＝30016 215＝1032kN
钢结构
设计
lw
1032 103 2 0.712160
384mm
第七章 单层厂房结构例题
水平盖板长：
L 2384 10 219.5 412 856 870mm
腹板焊缝（采用 hf 12）mm
屋面离地面高度约为20m,雪荷载为0.20kN/m2。钢材采用
Q235-B,焊条采用E43型。
2．屋架尺寸，支撑布置
屋架计算跨度L0＝L-300＝29700mm，端部及中部高度均
取作2000mm。屋架扦件几何长度见图7.42，支撑布置见图
7.43。
3．荷载、内力计算及内力组合
钢结构
设计
(1)永久荷载(水平投影面)
设计
第七章 单层厂房结构例题
迎风面：1 1.4 0.61.25 0.50 0.525 kN m2 背风面：2 1.4 0.51.25 0.50 0.4375 kN m2
和1 垂2直于水平面的分力未超过荷载分项系数取1.0时
的永久荷载，故将拉杆的长细比控制在350以内。 (4)上弦节点集中荷载的设计值由式(1.29)的组合为：
x
y
l0 x iy
293.9 2.20
钢框架—支撑结构化工装置常见设计问题浅析
钢框架—支撑结构化工装置常见设计问题浅析1. 引言1.1 钢框架支撑结构的概念钢框架支撑结构是一种采用钢材作为主要材料的支撑结构，主要用于工业装置、建筑物和桥梁等工程中。
其设计原则是通过合理的结构布局和施工工艺，实现对设备或建筑物的支撑和稳定作用，确保其安全可靠运行。
钢框架支撑结构具有结构强度高、抗震性好、施工方便等特点，被广泛应用于不同类型的工程中。
在钢框架支撑结构的设计中，需要考虑荷载、抗震、施工等多方面因素，并根据实际需求进行合理的设计方案选择。
通过科学的计算和分析，可以确保钢框架支撑结构的安全性和稳定性，提高其使用寿命和性能。
对钢框架支撑结构的概念及其设计原理进行深入了解，对于工程设计和施工具有重要意义。
在日常工程实践中，设计师和施工人员需要不断总结经验，提高设计水平，以应对复杂多变的工程环境。
1.2 研究背景及意义钢框架支撑结构是一种常见的工装置结构，广泛应用于工业、建筑等领域。
随着工装置需求的增加，钢框架支撑结构设计问题也日益凸显。
研究背景及意义主要体现在以下几个方面：钢框架支撑结构设计问题直接关系到工装置的安全性和稳定性。
工装置作为承载设备，需要具备良好的结构设计才能保证其正常运行和使用安全。
钢框架支撑结构设计问题的解决不仅能提高工装置的性能，还可以降低工装置的维护成本和运营成本。
合理的设计能够保证工装置的长期稳定运行，延长其使用寿命。
钢框架支撑结构设计问题的研究对于提高我国工装置制造水平和技术创新起着重要作用。
通过深入研究设计问题，可以推动相关领域的技术发展，提高我国工装置制造业的竞争力。
钢框架支撑结构设计问题的研究具有重要的现实意义和理论价值。
通过对设计问题的深入分析和探讨，可以为工装置的设计与制造提供更好的技术支持和指导。
1.3 研究现状目前，钢框架支撑结构在化工装置中得到了广泛的应用。
随着化工装置的发展和进步，对支撑结构的要求也越来越高。
目前的研究现状主要表现在以下几个方面：钢框架支撑结构的设计和施工技术不断得到提升。
钢结构支撑框架结构体系在锅炉主厂房设计中应用
钢结构支撑框架结构体系在锅炉主厂房设计中应用摘要：简要介绍某项目锅炉及发电装置（110MW、7度、二类场地）主厂房采用钢筋混凝土框排架结构及布置，并重点介绍钢结构支撑框架结构体系锅炉主厂房设计中应用优势和发展方向关键词：钢筋混凝土主厂房；钢结构主厂房；钢结构支撑框架结构体系1 锅炉主厂房布置及结构体系该装置锅炉主厂房为传统三跨布置（包括汽机厂房和煤仓间），柱距均为8m，其中煤仓间跨度均为9m两跨，汽机厂房的跨度为24m。
剖面图见图1、2。
汽机厂房中间层平台标高4.500m，运转层楼面标高为9.000m，吊车（50t）轨顶标高19.000m，厂房柱顶标高为23.500m。
煤仓间给煤机层楼面标高19.500m，运煤皮带层楼面标高为38.000m，屋面标高为42.500m。
此传统布置的特点：层高大；楼面开洞面积大；框架、框排架两种体系并存；钢筋混凝土框排架主厂房混凝土量大、施工难度大、施工周期长、预埋件数量大。
2 支撑框架结构体系介绍2.1 支撑框架体系的基本概念支撑框架主要分为偏心支撑框架和中心支撑框架。
中心支撑框架是由竖向桁架组成的结构抗侧体系，构件连接采用铰接，构件的工作线均汇交于节点处；实际上这种结构体系我们已经在许多工程中使用过，抗震性能不佳，支撑屈服后，抗侧刚度急剧下降，从而造成结构体系破坏。
偏心支撑框架是通过梁的一小部分剪力和弯矩将支撑中的轴力传递到柱子和其它支撑结构体系；偏心支撑在平时风载及小震下，作用类似中心支撑，能够提供较好的抗侧刚度；在大震时，由于耗能梁段先屈服支撑不屈服；而设计好的耗能梁段，能较好的吸收地震能量，从而使结构具有较好的延性，滞回曲线饱满。
这里所采用的支撑框架便是采用的以偏心支撑和中心支撑相结合的支撑框架体系2.2支撑框架结构设计要点支撑框架体系的抗震性能是通过概念设计和一系列的措施来实现的．1）结构布置，应使结构刚度均匀，传力路径明确，垂直支撑的数量足够且连续，并有冗余．2）严格控制构件和连接的破坏模式，并按分等级次序安排破坏模式．3）除了进行弹性设计外，弹塑性阶段的计算不可缺少．4）严格的构造措施规定．3 支撑框架结构体系在锅炉主厂房中的应用方向3.1垂直支撑布置1）垂直支撑形式支撑框架体系采用的垂直支撑包括单斜撑、交叉撑、V形撑或人字形撑，设计中除了拉链式体系未采用，其余几种体系均有采用．支撑框架体系不宜采用K形撑．所有支撑均按既能受拉也能受压进行设计．2）垂直支撑布置位置因为火力发电厂主厂房为满足工艺布置的要求，导致有些位置仅能设置单斜撑，甚至根本就不可能布置上支撑。
钢结构设计原理例题共16页word资料
钢结构设计原理例题3-1.图3－71所示两板件，宽200mm ，厚10mm,承受轴拉力静载设计值N=550kN ，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，试设计：（1） 用对接焊缝（直缝或斜缝）连接，采用引弧施焊。
（2） 用双盖板拼接，采用角焊缝三面围焊（要求确定拼接板尺寸及焊角尺寸）。
解：（1）.设焊缝质量为三级，则查表1－4得ƒw t=185N/mm 2,当采用直缝时L W =300mm.焊缝正应力22318533.1831030010550mm Nmm N t L N W <=⨯⨯==σ 故强度满足要求可行。
（2）.为保证施焊需要，取盖板宽b =B-2X 20=300-40=260 mm. 按盖板与构件等强度原则，计算盖板厚度为 按构造要求确定焊角高h f 为h fmin =1.5t =1.5⨯10=4.74mm mm t h fmsx 77.51==,取h f =6mm取盖板截面为260⨯6mm 2,则端缝承载力为 查表1－4得fw t =160 N/mm2则 kN N 8.42631616022.167.026021=⨯⨯⨯⨯⨯=接缝一侧一条焊缝需要长度 取L W =60mm.则盖板全长为：3-3．图3-73所示焊接工形截面梁，在腹板上设置一条工厂对接焊缝，梁拼接处承受内力为m kN M ⋅=2500，钢材为Q235钢，焊条为E43型，手工焊，二级质量标准，试验算拼接焊缝强度。
（提示：剪力V 可假定全部由腹板承担，弯矩按刚度比分配，即M II M ww =） 解：查得2/215mm N f w t =，2/215mm N f w c =，2/125mm N f w v = 计算焊缝截面特征值 验算正应力2246/215/9.202600/10144000109.486mm N mm N W M w w w <=⨯⨯==σ满足验算剪应力2223/125/7.411012010500mm N mm N A V w w <=⨯⨯==τ满足验算折算应力 满足要求3-4．图3-74所示一柱间支撑与柱的连接节点，支撑杆承受轴拉力设计值kN N 300=，用2L80×6角钢做成，钢材均为Q235钢，焊条为E43型，手工焊。
钢框架-中心支撑结构体系设计浅析
钢框架-中心支撑结构体系设计浅析摘要：通过具体工程实例对钢框架-中心支撑结构体系进行分析，并进一步探讨钢框架-中心支撑结构体系的结构布置、结构分析、特殊构件与节点设计，以供设计参考。
关键词：钢框架-中心支撑；弹性时程分析；支撑与梁柱节点1工程概况某管理中心办公楼，地下1层，地上17层，建筑高度69.3m，标准层层高3.9m，总建筑面积44440m2。
地下一层为车库及设备用房，地上部分主要功能为办公及会议，标准层结构平面布置见图1。
图1标准层结构平面布置图工程抗震设防烈度6度，设计基本地震加速度0.05g，II类场地。
按百年一遇风荷载取值，基本风压0.45kN/m2，地面粗糙度B类。
2结构体系与布置主体结构采用钢框架-中心支撑体系，方(或矩形)钢管混凝土柱、H型钢梁及H型钢支撑。
地下一层钢框架外包混凝土形成钢骨混凝土结构，支撑下部的地下室部分改为钢筋混凝土剪力墙，基础采用独立基础加防水板。
建筑标准层平面长82m，宽28.2m，长宽比约为2.9，长宽比相对较大。
中部为公用区域，左右两边各有一个采光天井，天井外侧仅有3.2m宽楼板相连。
根据建筑平面，最终确定的标准层结构平面布置见图1。
利用中部公用区域布置六榀、组合成两个槽型的支撑框架(位置见图1中的ZC-1、ZC-2)。
考虑到建筑平面两侧楼板透空，仅在端部有部分楼板相连，使得部分框架不能连成整体，以致结构两侧刚度大大降低，扭转效应显著，在③、轴布置两榀混合支撑框架(位置见图1中的ZC-3)，以提高结构两端的刚度。
各榀支撑框架立面见图2。
结合建筑门洞口位置，ZC-1、ZC-2分别采用人字形支撑和V字形支撑。
ZC-3上部为迭层混合空腹桁架；为满足建筑使用功能，支撑在五层向两侧框架进行转换，且转换后采用越层单斜杆支撑。
为实现建筑主入口处门厅大空间要求，⑦、⑧轴框架局部抽柱并采用转换桁架进行托柱转换，⑦、⑧轴框架立面简图见图3。
中部公用区域在、轴和、轴之间因设备管线布置及建筑净高要求，除个别楼层外无法设置钢梁(见图1、3)，为更好地协调各部分框架协同受力，增加结构整体性，楼板厚度设计为140mm，并采用双层双向配筋，同时在建筑端部透空楼板外的相连部分板中设斜向抗剪钢筋以增强其受力性能。
钢结构设计实例
设计资料北京地区某金工车间。
采用无檩屋盖体系，梯形钢屋架。
车间跨度21m，长度144m，柱距6m，厂房高度15.7m。
车间内设有两台150/520kN中级工作制吊车。
设计温度高于-20℃。
采用三毡四油，上铺小石子防水屋面，水泥砂浆找平层，8cm厚泡沫混凝土保温层，1.5m×6.0m预应力混凝土大型屋面板。
屋面积灰荷载0.6kN/m2，屋面活荷载0.35 kN/m2，雪荷载为0.45kN/m2，风荷载为0.5kN/m2。
屋架铰支在钢筋混凝土柱上，上柱截面为400mm ×400mm，混凝土标号为C20。
一、选择钢材和焊条根据北京地区的计算温度和荷载性质及连接方法，钢材选用Q235-B。
焊条采用E43型，手工焊。
二、屋架形式及尺寸无檩屋盖，i＝1/10，采用平坡梯形屋架。
＝L-300＝20700mm，屋架计算跨度为L＝1990mm，端部高度取H中部高度取H＝H+1/2iL＝1990+0.1×2100/2＝3040mm，屋架杆件几何长度见附图1所示，屋架跨中起拱42mm（按L/500考虑）。
为使屋架上弦承受节点荷载，配合屋面板1.5m的宽度，腹杆体系大部分采用下弦间长为3.0m的人字式，仅在跨中考虑到腹杆的适宜倾角，采用再分式。
屋架杆件几何长度（单位：mm）三、屋盖支撑布置根据车间长度、屋架跨度和荷载情况，设置四道上、下弦横向水平支撑。
因柱网采用封闭结合，为统一支撑规格，厂房两端的横向水平支撑设在第二柱间。
在第一柱间的上弦平面设置刚性系杆保证安装时上弦杆的稳定，第一柱间下弦平面也设置刚性系杆以传递山墙风荷载。
在设置横向水平支撑的柱间，于屋架跨中和两端共设四道垂直支撑。
在屋脊节点及支座节点处沿厂房纵向设置通长的刚性系杆，下弦跨中节点处设置一道纵向通长的柔性系杆，支撑布置见附图2。
图中与横向水平支撑连接的屋架编号为GWJ-2，山墙的端屋架编号为GWJ-3，其他屋架编号均为GWJ-1。
钢结构课程设计任务书实例
钢结构课程设计例题－、设计资料某一单层单跨工业长房。
厂房总长度为120m，柱距6m，跨度为27m。
车间内设有两台中级工作制桥式吊车。
该地区冬季最低温度为－20℃。
屋面采用1.5m×6.0m预应力大型屋面板，屋面坡度为i=1:10。
上铺120mm 厚泡沫混凝土保温层和三毡四油防水层等。
屋面活荷载标准值为0.6kN/㎡，雪荷载标准值为0.75kN/㎡，积灰荷载标准值为0.5kN/㎡。
屋架采用梯形钢屋架，其两端铰支于钢劲混凝土柱上。
柱头截面为400mm ×400mm，所用混凝土强度等级为C20。
根据该地区的温度及荷载性质，钢材采用Q235―A―F，其设计强度f=215kN/㎡,焊条采用E43型，手工焊接。
构件采用钢板及热轧钢劲，构件与支撑的连接用M20普通螺栓。
屋架的计算跨度：Lo=27000－2×150=26700mm，端部高度：h=2000mm（轴线处），h=2015mm（计算跨度处）。
二、结构形式与布置屋架形式及几何尺寸见图1所示。
图1 屋架形式及几何尺寸屋架支撑布置见图2所示。
符号说明：GWJ-（钢屋架）；SC-（上弦支撑）：XC-（下弦支撑）；CC-（垂直支撑）；GG-（刚性系杆）；LG-（柔性系杆）图2 屋架支撑布置图三、荷载与内力计算1.荷载计算荷载与雪荷载不会同时出现，故取两者较大的活荷载计算。
永久荷载标准值放水层（三毡四油上铺小石子）0.35kN/㎡找平层（20mm厚水泥砂浆）0.02×20=0.40kN/㎡保温层（120mm厚泡沫混凝土）0.12*6=0.70kN/㎡预应力混凝土大型屋面板 1.40kN/㎡钢屋架和支撑自重0.12+0.011×27=0.417kN/㎡管道设备自重0.10 kN/㎡总计 3.387kN/㎡可变荷载标准值雪荷载0.75kN/㎡积灰荷载0.50kN/㎡总计 1.25kN/㎡永久荷载设计值 1.2×3.387=4.0644 kN/㎡（由可变荷载控制）可变荷载设计值 1.4×1.25=1.75kN/㎡2.荷载组合设计屋架时，应考虑以下三种组合：组合一全跨永久荷载+全跨可变荷载屋架上弦节点荷载P=(4.0644+1.75) ×1.5×6=52.3296 kN组合二全跨永久荷载+半跨可变荷载P=4.0644×1.5×6=36.59 kN屋架上弦节点荷载1P=1.75×1.5×6=15.75 kN2组合三全跨屋架及支撑自重+半跨大型屋面板重+半跨屋面活荷载屋架上弦节点荷载P=0.417×1.2×1.5×6=4.5 kN3P=(1.4×1.2+0.75×1.4) ×1.5×6=24.57 kN43.内力计算本设计采用程序计算杆件在单位节点力作用下各杆件的内力系数，见表1。
高层框架—支撑体系钢结构建筑优化设计案例
山 西建筑SHANXI ARCHIDECTURE第47卷第11期・60・2 0 2 1年6月Vot. 27 N o . 11Juu. 2021DOI ：1. 1371/j. cnei. 10094025.2021. 11.022高层框架一支撑体系钢结构建筑优化设计案例汤嘉虹1宋鹤2（1.太原市晋源区建筑工程质量服务站，山西太原030000； 2.山西四建集团有限公司，山西太原030000 ）摘 要:某高层建筑，结构形式为钢框架（钢管混凝土柱）—支撑体系，通过荷载的精细化取值、梁规格的合理选型及计算参数的调整等方面，对原结构设计进行了优化，并对优化前后结构的规则性、侧移、自振周期及振型等整体指标进行了比较分析。
结果表明，通过本次优化,用钢量降低了 12% ,同时并未降低原结构的安全储备。
结合实际工程，对优化及抗震设计过程中的要点进行了分析，期望能够为高层建筑钢结构的优化设计提供有益的参考。
关键词:高层钢结构建筑,优化设计,结构形式中图分类号:TU31 文献标识码:A 文章编号:1009 4025（ 2021）l1-4062-431概述近年来，装配式建筑得到了政府的大力推广，其中钢结构工程主要是通过工厂化的形式生产各类结构构件， 实现全生命周期的设计，包括生产、施工和安装等环节， 具有节能环保的社会效益，在装配式建筑中具有明显的 优势。
因此在高层住宅、公寓等建筑中，钢结构作为结构 主体的应用得到了较大规模的普及。
而经济性能是影响其应用的一个关键问题,如何控制工程造价,充分发挥钢 结构建筑技术经济上的综合优势，工程设计是一个非常重要和关键的阶段。
2工程概况23 工程简介本工程地上10层，地下2层，其中地上部分使用功能 为公寓和办公，地下部分为车库。
地上部分总建筑面积为 135 525 m 2,分为A 座、B 座两部分,层高为48. 72 m,每部分通过抗震缝分为四个单体，平面布置如图1所示。
结构 层高见图2。
通过加设钢支撑加固单跨框架结构提高抗震力分析
通过加设钢支撑加固单跨框架结构提高抗震力分析在一些较早的建筑中，有不少建筑是悬挑走廊的单跨框架结构，如中小学框架校舍和一些老式的外廊公寓。
由于单跨框架结构属于单道防线，缺少冗余度，只要有少数局部破坏就会导致整体倒塌。
对现在存在的大量过去建造的单跨框架结构建筑，由于有很大的安全隐患的存在，必须进行抗震加固。
其中体会较深的是：这些单跨框架结构单从构件层次加固达不到令人满意的效果，必须从改变体系层次加固，例如采用加设钢支撑、加设剪力墙、框架柱加设混凝土翼墙、结合改造加开间或楼梯间等体外加固方法改造结构型式。
本工程采用钢支撑加大结构的抗震能力，框架结构的震害主要是由于强度和延性不足引起，一般规律是：柱的震害重于梁，角柱的震害重于一般的柱，柱上端的震害重于下端。
关键词：单跨，框架结构，钢支撑，加固，抗震能力0.引言在一些较早的建筑中，有不少建筑是悬挑走廊的单跨框架结构，如中小学框架校舍和一些老式的外廊公寓。
这些建筑与过去传统习惯对建筑的功能要求有关。
由于单跨框架结构属于单道防线，缺少冗余度，只要有少数局部破坏就会导致整体倒塌。
这类建筑存在着很大的安全隐患。
在国内外历次的地震中都证明这种结构体系对抗震严重不利。
所以在总结经验教训的基础上，抗震鉴定标准（GB50023-2009）已明确了一些建筑（如学校）不应采用单跨框架结构。
1.加固方法对现在存在的大量过去建造的单跨框架结构建筑，由于有很大的安全隐患的存在，必须进行抗震加固。
我公司有专业的建筑加固改造施工队伍，承接并完成了一些需要抗震加固和改造的工程，取得了很好的效果。
其中体会较深的是：这些单跨框架结构单从构件层次加固达不到令人满意的效果，必须从改变体系层次加固，例如采用加设钢支撑、加设剪力墙、框架柱加设混凝土翼墙、结合改造加开间或楼梯间等体外加固方法改造结构型式。
而比较这些加固方法后，用在框架中加设钢支撑是一种更简单有效方便快捷的加固方法，更实用经济。
本文就实际例子，对采用钢支撑进行单跨框架抗震加固的方法及其作用进行研究分析。
钢屋架设计实例
钢屋架设计实例1.设计资料某车间为钢筋混凝土排架结构，横向支柱轴线间距为30m ，房屋长度为60m ，内设2台中级工作制桥式吊车。
间距为6m ，屋面板采用1.5m×6m 大型屋面板，加气混凝土保温层，二毡三油防水层。
屋面活荷载0.3kN/m 2，雪荷载0.7kN/m 2，积灰荷载0.3kN/m 2。
屋架支承于钢筋混凝土柱上，柱截面为400mm×400mm ，混凝土强度等级为C25。
钢材选用Q235B ，焊条选用E43型，手工焊。
2.屋架形式和几何尺寸由于采用大型屋面板和油毡防水屋面，故选用平坡梯形钢屋架，未考虑起拱时的上弦坡度i =1/10，屋架跨度l =24m ，每端支座中线缩进150mm ，未起拱前的屋架如图2-所示。
计算跨度l 0=l -2×150=29700mm 屋架高度：轴线处的端部高度取h 0=1990mm ， 屋架支座反力点处的高度h =2005mm ， 跨中高度H =3490mm 。
起拱按f =l 0/500，取60mm 。
屋架几何尺寸见图2-。
3.支撑布置房屋长度为60m ，且屋架跨度小于30m ，内设两台中级工作制吊车，故在房屋两端开间设置上、下弦横向水平支撑、屋架两端及跨中三处设置垂直支撑、纵向水平支撑。
上、下弦各在两端和中央设三道系杆，其中下弦屋架支座处以及上弦屋脊处共三道为刚性系杆，其他为柔性系杆。
屋架支撑布置见图2-33。
3.荷载计算 （1）永久荷载大型屋面板和灌缝 21.4kN/m图2-33 屋架外形（起拱前）图2-33 屋架外形（起拱后）屋架和支撑自重 20.120.0110.120.01130=0.45kN/m l +=+⨯ 二毡三油上铺小石子 20.34kN/m 20mm 水泥砂浆找平层（20kN/m 3） 20.4kN/m100mm 加气混凝土（6kN/m 3） 20.6k N /m合计 23.19kN/m（2）可变荷载屋面活荷载和雪荷载中的较大值 20.7k N /m积灰荷载 20.3kN/m2.荷载组合考虑三种荷载组合：（1）全跨永久荷载设计值+全跨可变荷载设计值屋架上弦节点荷载：()1.2 3.19 1.40.7 1.40.90.3 1.5645.92kN F =⨯+⨯+⨯⨯⨯⨯= （2）全跨永久荷载设计值+半跨可变荷载设计值 全跨节点永久荷载：1 1.2 3.19 1.5633.7kN F =⨯⨯⨯= 半跨节点可变荷载：()2 1.40.7 1.40.90.3 1.5612.22kN F =⨯+⨯⨯⨯⨯= （3）全跨屋架（包括支撑）+半跨屋面板自重+半跨屋面活荷载全跨节点桁架自重：3 1.20.384 1.56 4.15kN F =⨯⨯⨯=半跨节点屋面板自重及活荷载：()4 1.2 1.4 1.40.7 1.5623.94kN F =⨯+⨯⨯⨯= （1）、（2）为使用阶段荷载情况，（3）为施工阶段荷载情况。
钢框架结构设计范文
钢框架结构设计范文引言一、原理钢框架结构的设计原理是通过将水平杆件和垂直杆件连接在一起以形成网格或三角形结构，从而实现结构的稳定性和刚度。
水平杆件通常称为横梁或梁，它们主要承担水平荷载和框架结构的重量。
垂直杆件称为柱，它们主要承担垂直荷载，并将其传递到地基上。
其他相关杆件如斜杆、斜撑、竖向和横向的连接件等也是钢框架结构设计中重要的组成部分。
二、方法1.结构分析在进行钢框架结构设计之前，需要进行结构分析，以确定所需的强度和刚度。
这可以通过有限元分析、力学计算和结构优化等方法进行。
结构分析可以帮助设计师确定合适的材料、截面尺寸和连接方式等。
2.材料选择选择合适的材料是钢框架结构设计中的重要一步。
钢是最常用的材料，因为它具有较高的强度、刚度和抗腐蚀性。
在选择钢材料时，需要考虑到结构的设计寿命、使用环境和成本等因素。
此外，还需要选择适当的钢材品牌和规格。
3.截面设计钢框架结构的截面设计是指选择适当的截面形状和尺寸。
常用的截面形状有I型、H型、管状和角状等。
其选择需要考虑到横向和纵向受力要求以及结构形式的限制。
截面设计的目标是使截面具有足够的强度、刚度和抗侧向位移能力。
4.连接设计连接设计是钢框架结构设计中的关键一环。
良好的连接设计可以确保结构的整体稳定性和完整性。
常见的连接方式有焊接、螺栓连接和铆接等。
连接设计需要满足结构的强度和刚度要求，同时要考虑到施工工艺和可维护性。
三、注意事项1.安全性在进行钢框架结构设计时，安全性是最重要的考虑因素之一、因此，设计师必须符合安全设计规范和标准，确保结构能够承受规定的荷载和环境要求。
此外，还需要合理设置防火措施、防腐措施和抗震措施等，以提高结构的安全性。
2.结构的经济性3.结构的可持续性结论钢框架结构设计是一项复杂而重要的任务，其设计原理、方法和注意事项需要综合考虑多个因素。
合理的结构设计可以确保结构的强度、刚度和稳定性，同时还要满足安全性、经济性和可持续性要求。
钢结构设计规范学习与例题
钢结构设计规范学习与例题（2010-10-18）一、轴心受拉和拉弯构件的计算与例题受拉和拉弯构件的计算内容包括强度和刚度两个方面。
强度计算是使构件净截面上的平均应力不超过材料的抗拉强度设计值，刚度计算是使构件的长细比不超过容许长细比。
()1、轴心受拉构件：强度计算：①除高强度螺栓摩擦型连接处外的强度，应按下式计算：Nf Anσ=≤ （5.1.1-1） ②高强度螺栓摩擦型连接处的强度，应按下式计算：1(10.5)n Nf n Anσ=-≤ （5.1.1-2） Nf Aσ=≤ （5.1.1-3） 刚度计算：受拉构件长细比参见规范5.3.9表5.3.9例题一：某屋面单角钢受拉交叉水平支撑，间接承受动力荷载，长构件L=8.5m,轴心设计拉力值N=158KN 。
材料采用Q235-B 钢，构件无截面削弱，若截面选用∟75X6，请验算是否满足。
解题：1、强度计算查表A=8.797cm 2按规范3.4.2条，计算强度时f 应乘以折减系数ηR =0.85R Nf Anση=≤ =322215810179.62150.851838.79710N N mm mm ⨯=≤⨯=⨯（满足要求） 2、长细比计算回转半径按规范5.3.9注地2条应取最小回转半径：i v =1.49cm,平面内计算长度按照规范5.3.1条、5.3.2条规定取00.90.5l l =⨯；平面外长细比可不计算。
0425285.23501.49v l i λ===≤ (满足要求) 08503683502.31x l i λ===≥讨论：若强度不控制计算而单从长细比考虑①00.90.5l l =⨯式中0.9折减是否合适②交叉点是否连接③若承受静力荷载，计算有何不同，在选截面方面应考虑如何布置截面(∟70X6 6.406Kgm， x i =2.90cm ；∟ 90X56X5 5.661Kgm，x i =2.90cm)例题二：某墙面受拉交叉柱间支撑，截面为一热扎普通槽钢［32a ,用10.9级M20高强螺栓与节点板单面摩擦型连接如图所示，钢材Q235-B 。
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钢框架-支撑结构设计实例4.10.1 工程设计概况本建筑为某公司办公楼，位于沈阳市区，共七层。
总建筑面积约59002m ，总高度30.6m ，室内外高差0.600m ；底层层高4.5m ，顶层层高4.5m ，其余层均为4.2m 。
设两部楼梯和两部电梯。
墙体采用聚氨酯PU 夹芯墙板。
屋面为不上人屋面。
结构形式为钢框架—支撑体系。
设计基准期50年，雪荷载0.502m kN ，基本风压：0.552m kN 。
抗震设防烈度为7度，设计基本加速度为0.1g ，结构抗震等级四级。
结构设计基准期50年。
地质条件：拟建场地地形平坦，地下稳定水位距地坪-9.0m 以下，冰冻深度-1.20m ，地质条件见表4-24，Ⅱ类场地。
4.10.2 方案设计1.建筑方案概述 1）设计依据《民用建筑设计通则》GB50352-2005 《办公建筑设计规范》JGJ67-2006 《建筑设计防火规范》GB50016-2006 2）设计说明（1）屋面（不上人屋面）防水层：SBS 改性沥青卷材(带保护层)； 40mm 厚1:3水泥沙浆找平层； 70mm 厚挤塑板保温层；1:6水泥炉渣找坡（最薄处30mm,坡度2%）；压型钢板混凝土组合板（结构层折算厚度100mm ）； 轻钢龙骨吊顶。
（2）楼面：20mm 厚大理石面层；20mm 厚1：3干硬性水泥沙浆找平层；压型钢板混凝土组合（结构层折算厚度100mm ）； 轻钢龙骨吊顶。
（3）门窗本工程采用实木门和塑钢玻璃窗。
（4）墙体外墙为双层聚氨酯PU 夹芯墙板300mm （内塞岩棉）；内墙为双层聚氨酯PU 夹芯墙板180mm 厚聚氨酯PU 夹芯墙板； 2. 结构方案概述 1）设计依据本设计主要依据以下现行国家规范及规程设计： 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版） 《钢结构设计规范》（GBJ50017-2003） 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002） 《钢-混凝土组合结构设计规程》（DLT5085-99） 2）结构形式及布置采用钢框架-支撑结构。
纵向设置十字交叉支撑两道，支撑杆件用H 型钢截面。
框架梁、柱均采用焊接工字形截面。
楼板采用压型钢板钢筋混凝土组合结构；楼梯为钢楼梯；基础采用柱下独立基础，结构布置如下：图4-69 结构布置及计算单元底层计算高度为4.5m+1.5m=6.0m ，其中1.5m 为初估室内地坪至柱脚底板的距离。
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。
4.主要参数及结构计算方法 1）抗震设计该建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度，Ⅱ类场地，设计基本地震加速度为0.1g ，房屋抗震等级为四级。
2）自然条件基本风压0.552m kN ，地面粗糙度类别为C 类（按房屋比较密集的城市市区计）；基本雪压0.502m kN . 3)计算方法采用底部剪力法计算水平地震作用；采用修正反弯点法（D 值法）计算水平地震作用下的框架内力和风荷载作用下的框架内力；采用弯矩二次分配法，计算竖向荷载作用下框架内力。
4.10.3 结构布置及截面初选1. 计算简图及构件截面初选 1）计算单元本设计的结构计算单元如图4-69所示，结构的竖向布置如图4-70所示（基础顶面距室外地坪按0.9m 考虑）。
图4-70 结构竖向布置图2）结构构件截面初选 （1）柱截面初估钢框架－支撑结构按每平米5～82m kN 计算竖向荷载，此处取72m kN ，柱的长细比λ＝（60～120）y f 235。
轴压力设计值=N （3.3+3.3）×6×7×1.3×7＝2522.52kN ，1.3为荷载分项系数平均值。
取长细比y λ＝80 （按较小刚度y 轴考虑），计算长度系数μ=1（设有侧向支撑），按b 类截面查得稳定系数ϕ＝0.688，则所需要面积：A ≥2314.17885205688.01052.2522mm f N =⨯⨯=ϕ 考虑弯矩及倾覆压力作用的影响取：（1.3～1.5）A ＝（1.3～1.5）×17885.14 =23250.7～26827.7 mm 2 所需截面回转半径：i y ＝6000/80＝75mm 。
（2）钢梁截面初估纵向框架梁高l /（15～20）＝6000/15～6000/20＝400mm ～300mm ； 横向框架梁高l /（15～20）=6600/15～6600/20=440mm ～330mm ； （3）压型钢板压型钢板采用YX70－200－600（V200），板厚1mm ，有效截面惯性矩ef I ＝100.64cm 4/m,有效截面抵抗矩ef W ＝27.37cm 3/m ，一个波距宽度内截面面积s A =321.422mm ，自重0.152m kN 。
经试算，柱、梁截面尺寸见表4-25。
4.10.4 荷载汇集1. 屋面均布荷载 1）屋面恒载合计5.272mkN2）屋面活载不上人屋面 0.52m kN雪荷载 0.52m kN重力荷载代表值计算时屋面可变荷载取雪荷载。
竖向荷载作用下结构分析时活荷载和雪荷载不同时考虑，取二者较大值。
2. 楼面均布荷载 1）楼面恒荷载合计3.732m kN2）楼面活载楼面活荷载2.02m kN走廊、楼梯的活荷载 2.52m kN为简化计算，本设计偏于安全楼面均布荷载统一取2.52m kN 计算。
3. 构件自重 1）柱（单根）1层 9.19 kN 2～6层 8.58 kN 7层 9.19 kN2）梁（单根）横向框架梁 5.69kN 纵向框架梁 4.72kN 横向次梁 4.04kN纵向次梁 3.67kN3）墙体外墙 0.652m kN内墙 0.502m kN隔墙 0.432m kN4）门窗木门 0.22m kN 塑钢窗 0.32m kN4.10.5 地震作用计算1. 重力荷载代表值计算各楼层重力荷载代表值（组合值系数取0.5），计算结果如下：=7G 5798.30kN=6G 5548.78kN=5G =4G =3G =2G 5518.74kN=1G 5561.20kN房屋总重力荷载代表值：∑=i G G ＝5798.30+5548.78+5518.74×4+5561.20 =38983.24kN7=5798.30kN6=5548.78kN5=5518.74kN4=5518.74kN3=5518.74kN2=5518.74kN1=5561.20kN图4-72 重力荷载分布图2.横向框架水平地震作用下结构分析 1）层间侧移刚度计算 （1）梁线刚度计算钢材的弹性模量310206⨯=E N/mm 2。
框架梁线刚度 表4-26柱的线刚度按式hEI K cc =计算c2）结构自振周期1T将各层重力荷载代表值集中在相应楼层处作为假想水平荷载计算整体框架的顶点位移。
考虑非结构构件的影响取9.0=ψ。
结构自振周期表4-293）水平地震作用计算（1）水平地震作用计算（底部剪力法）设防烈度7度，设计基本加速度值为0.1g （第一组），则08.0max =α；Ⅱ类场地，s T g 35.0=，阻尼比04.0＝ς；g T ＜1T =1.198s ＜5g T ＝5×0.35=1.75。
07.104.06.108.004.005.016.108.005.01919.004.063.004.005.09.063.005.09.02=⨯+-+=+==⨯+-+=+=ζζηζζγ＋－＋－max12αηαγ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=TT g=08.0198.135.007.1919.0⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=0.028（2）结构总水平地震作用eq EK G F α=＝0.028×0.85×38983.24＝915.71 kN1T =1.198s ＞1.4g T =1.4×0.35=0.49s ，需要考虑顶部附加水平地震作用。
n δ=0.081T +0.07=0.08×1.198+0.07=0.1658顶部附加地震作用=⨯==34.95916580.EK n F F δ∆151.85 kN（3）各层水平地震作用标准值及楼层地震剪力()n EK nj jjii i F HG H G F δ-=∑=11i H ——第i 个质点的计算高度。
楼层地震剪力：∑=∆+=nij j eki F F V （1≤i ≤j ≤7）按抗震规范规定：各楼层地震剪力∑=>nij jeki GV λ，剪力系数016.0=λ，具体计算如下表所示：（5）楼层地震剪力作用下横向框架侧移楼层地震剪力作用下横向框架侧移等于层间剪力除以楼层侧移刚度，计算如下表：（6）考虑节点域剪切变形对侧移的修正由于本结构横向框架梁及框架柱截面没有改变，故每层的侧移修正系数相同，计算如下： 由横向框架梁的截面参数可知： 梁的腹板平均高度度：bm h =472mm梁截面的平均惯性矩：bm I =7501474884mm 柱的腹板平均高度度：cm h =456mm柱截面的平均惯性矩：cm I = 1242416352 4mm 节点域腹板平均厚度：m t =14mmG t h h K m bm cm m ==456×472×14×79000=2.3805×510m kN ⋅472103805.27501474881006.2115⨯⨯⨯⨯==bm m bm h K EI ς=1.375＞1，需要修正。
()427.108.15.17cmbm bmcm h I h I ⨯--=ςςη=（17.5×1.375-1.8×1.3752-10.7）×44567501474884721242416352⨯⨯=11.401修正系数：1079.1401.115.0100401.1115.010011=⨯-+=-+=ηηκ从上表计算可知层间位移角ii h ＜][e θ，满足要求。
图4-74 地震作用下的层间剪力4）水平地震作用下框架内力计算（采用D 值法） 取④轴横向框架计算。
（1）框架柱的反弯点高度计算 3210y y y y y +++=i yh y =y —反弯点到柱下端结点的距离，即反弯点高度。
0y —标准反弯点高度比。
1y —上下横粱线刚度比对标准反弯点高度比0y 的修正系数。
2y —上层层高变化修正系数。
3y —下层层高变化修正系数。
0y 根据框架总层数、该柱所在层数和梁柱线刚度比K 查表得。
（2）框架柱端弯矩计算 第i 层第k 根柱所受的剪力：i ikik ik V D D V ∑==i i ik V D D第i 层第k 根柱下端弯矩：yh V M ik c =下第i 层第k 根柱上端弯矩：h y V M ik c )1(-=上 具体计算过程见表4-36和表4-37。