钢结构设计要点及注意事项

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门式刚架与框架

1 、如何掌握门架适用范围与抗震设计

门架规程规定适用范围为小于36米，但实际上用到了72米，尤其是地震区如何掌握，门架规程只是简单的提出应进行抗震验算，而抗震规程则明确出单层钢结构房屋不包括门式刚架。宏观讲从希腊等国外经验，20年的抗震经验钢屋架均未遭受严重破坏倒塌，因此门架经得起地震考验，主要因为门架是半刚性节点，延性非常好。门架与一般钢结构最大区别是利用屈服后强度，高宽比比较放宽，从国外经验，多数认为在反复动力作用下会使腹板产生呼吸作用引起疲劳，而地震是很少反复作用不会产生呼吸作用，因此地震区可以用屈服后强度。

根据经验，门架抗震原则是

1）属于剪切型为主，采用基底剪力法

2） 7 0不进行抗震计算，构造应采取措施。

3）门架抗震措施主要是构造加强节点，如构件间尽量用螺栓，斜梁下翼缘与柱连接宜加掖板，该处翼缘受压区的宽厚比适当减小，柱间支撑与构件连接处应承以倍设计，地脚螺丝要防止上拔，并防止剪切加强抗剪键

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4）按门架类型进行抗震分析

单层门架----只有高度小于8米地震力才会超过风载（风为—M2）

带吊车的门架---- 牛腿一般固定高度6米，结构周期随高度而减小，质量随高度加大，因此高度变化时对牛腿处侧移影响不大，但高度对地震下柱顶侧移影响大。

局部夹层的门架----比较常用的局部夹层是二层或三层办公室，因此门架按门架，夹层按多层抗震，层间位移为L/400。

四周砖墙的门架----门架与砖墙周期振型差别大，砖墙应加构造柱圈梁与砖墙连接可靠，门架与砖墙留缝隙，缝隙大于侧移，7 0门架也还要加柱间支撑。

2、如何区分门架二种计算长度的概念

门架规程5.2.4侧移计算时长度L

0=2S，而在稳定计算时，L

=S，这是因为规程，计

算长度指侧移时摇摆柱不起作用，即为全跨，如果不是双跨而是四跨L

=4S.规程计算长

度指柱的稳定，摇摆柱能约束梁的弯曲，对柱的稳定有帮助，因此不论二跨还是四跨L

=S.摇摆柱根据经验不宜超过三根，而且不宜用于支托梁因托梁荷载大，摇摆柱侧向刚度对整体稳定不利，摇摆柱计算时要考虑内力增大系数。

3、门架放宽高厚比要不要担心。

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门架利用屈曲后强度放宽高厚比有一个限制是坡度小于60MM/M，这是因为拉力场是近似的，坡度大刚度突变，应力集中尤其三向应力限制塑性变形。门架规程说明“具体设计应根据制造厂的技术条件采用适当高厚比”，这些说明使设计者担心高厚比，有的甚至盲目加纵向加劲肋，增加施工麻烦，实际上屈曲强度拉力场与纵向肋没有关系，而条文说明只是提醒腹板薄于3毫米时，焊接整平技术有一定难度，并不是指一般宽厚比，因此一般宽厚比不用担心。

由于拉力场必须横向加劲助，除在柱腹板与梁连接处及连接板与吊车梁上翼缘连接处外，横向加劲助间距应为hw~2hw，门架加劲肋比钢结构要严格些，主要考虑变截面

当剪应力很小时，可以不加横向加劲，条件如下，

hw/tw 170 160 150 140 130 120 110 100

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4、梁柱的半刚性节点如何计算。

目前研究半刚性节点的文章很多，根据欧洲规范将刚性节点界限为25 EI/L b ，EI/L b 为梁的线刚度系数，L b 为铰接，理论分析与实验都说明绝对刚性的节点是没有的，基本

上都是半刚性，仅是刚度程度不同，由于半刚性的研究尚不成熟，我们计算假定时仍假定节点是刚性，显然是力学模型与构造模型矛盾，说明计算近似性，由于半刚性，门架规程要求翼缘与端板的连接用全透接焊是没有必要的，实验也证明了这一点。节点应保证一定刚度，防止侧移过大，有的提出可取消预拉力是不对的，板厚(d 为螺栓孔直径)，如要消除撬力，板厚应大于2～(d 为螺栓孔直径)，这也不必要。

5、梁柱节点，弯矩由翼缘承受，剪力由腹板承受，算法对不对

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根据资料这样算法明显不合理，事实上腹板承受一部分弯矩，美国规定梁翼缘截面模量小于全截面模量70％时，要求腹板角部用焊接加强，焊缝承载力不小于腹板所受弯矩的20％，日本则要求腹板连接螺栓不小于2--3列，因此我国抗震规范规定翼缘截面模量小于全截面模量70％时，螺栓不小于2列，螺栓数量不小于计算值的倍。 6山形门架的计算长度如何计算

一般门架计算长度不考虑斜梁轴力，如倾角又超过

20％误差很大，因此α>10～200时应考虑轴力及斜梁承

受重力屋脊节点的位移产生P —Δ效应的影响，其计算

长度按下式

柱脚铰接时 μ＝2+ G R =IcL R /I R h

柱脚刚接时 μ＝1+AG R 3/2 A ＝+Ic

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根据分析，斜梁刚度较小时，此法误差比较大，而柱脚铰支不如柱脚嵌固的严重因此柱脚嵌固时，上式计算μ乘以倍。

一般框架属于整体失稳问题，分析得出，斜梁不会先与柱失稳，但设计习惯于逐个构件

计算，梁的计算长度可由下式：2/R C R R C h L μ＝μI

Nc 和N R 分别为柱和斜梁力，μc 是柱的计算长度，斜梁计算长度用μR (L R /2)

7)框架的计算长度

1、框架的计算长度也是计算中要注意的问题，严格地讲，框架的整体稳定就必须采用二阶分析，因为稳定就是要在结构变形以后的位置上建立平衡条件，二阶分析法是基本上不考虑材料非线性的非线性分析，现行规范推荐用一阶计算而对柱子的稳定计算，用计算长度来简化框架整体稳定，这是近似的方法，计算长度法用弹性理论计算。

规范中计算长度基本上用了原规范的表格，分无侧移和有侧移，其基本假定是弹性，柱子只承受作用在节点上的竖向荷载所有柱子假定同时失稳，当柱子失稳时，相交于同一节点的横梁对柱子提供的约束弯矩，按他们的线刚度分配到各柱，无侧移变位时，横梁两端的转角大小相等方向相反，有侧移时，横梁两端的转角大小方向均相同。

新规范考虑工程中有些不完全符合上述假定所以在表格中加梁远端铰接嵌固情况，底层柱与基础铰接，嵌固情况的修正系数及摇摆柱二阶计算是合理的算法，应该包括了P-Δ效应即一阶下荷载作用下引起的一阶弯矩和一阶挠度。P-Δ效应即侧向力产生一阶挠度还有垂直力作用下与水平力引起的侧移位置相互作用引起的弯矩。用计算长度计算是保守的算法，比二阶更安全，二阶计算本就无所谓计算长度问题，只要进行内力分析和强度计算，但目前的二阶计算还是近似的，只考虑了有侧移的P-Δ，而为考虑无侧移的P-Δ，而且初始缺陷无法模拟，所以仍按计算长度L=Lo 来验算稳定。