钢框架结构设计
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钢框架结构设计基本理论
第一篇、钢框架的基本概念
第二篇、钢框架的结构布置
第三篇、荷载
第四篇、框架结构的计算
第五篇、钢构件设计
第六篇、钢框架节点设计
第七篇、组合楼盖布置与设计
第一篇
钢框架的基本概念
1.1、框架结构
沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷
载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。
第四篇 框架结Baidu Nhomakorabea的计算
4.1、框架结构的受力特性及内力分布
柱脚轴向力产生的力偶是平衡倾覆力矩的 主要部分
M0V Ni ai Mi
柱脚轴向力产生的平衡力矩 Ni ai 远大于柱 脚弯矩之和 Mi 。 框架梁的刚度越大， Niai 值越大。当框架边 柱之间的距离越大，或建筑物的高宽比越 小，柱脚轴力产生的平衡力矩越大，梁柱 内力也可有所减小。
在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生 较大的剪切变形（图1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在10% 以内（可不计其影响）。
4.2.2、钢框架结构侧移要求
框架结构在水平荷载作用下的变形由总体
剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。
3.2、荷载效应组合
承载力极限状态的荷载效应组合分为
1、无地震作用时的荷载效应组合 2、有地震作用时的荷载效应组合 注：9度设防烈度时，以及建筑高度 H>60m时，应考虑风荷载和地震作用的 组合。 结构侧移验算时的荷载效应组合有 1、风荷载作用时： S=SWk 2、水平地震作用时： S=SWhk
结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面 运动引起的动态作用，属于间接作用，称为“地 震作用” 。 “三水准”设计原则： 小震不坏，中震可修，大震不倒。 “两阶段”设计方法： 第一阶段设计——多遇地震作用下的弹性分析， 主要验算构件的承载力、稳定性及结构的层间位 移 第二阶段设计——罕遇地震作用下的弹塑性变 形验算，主要验算结构的屈服机构、层间位移和 层间位移延性比。
1、适用高度 高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度 应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地的钢结构，其高度应适当降低。
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
《抗震规范》：
多高层钢框架的弹性层间位移角限值：
（第一阶段抗震设计）
1/300
《高钢规》： 在风荷载作用下，顶层质心位置的侧 移不宜超过建筑高度的1/500，质心层 间侧移不宜超过楼层高度的1/400。
4.3、框架结构近似计算
框架结构计算简图
将框架结构的空间形式,简化成平面形式,如图
框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点
4.2、框架结构的水平侧移
4.2.1、水平位移是由三方面原因产生的
水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小
对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层 间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由 梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构 成的水平变形曲线属剪切型。 由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大， 最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部 较小。
梁柱内力自上而下逐层增加
框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的轴 向压力自上而下逐层增加外，而框架梁和框 架柱的剪力及弯矩自上而下基本上无显著变 化。在水平荷载作用下，框架柱和框架梁的 内力M、V、N的分布，不仅对柱是自上而 下逐层增加，对框架梁也是如此，上小下大， 而且第二层边跨的框架梁梁端内力常为最大。 上述框架结构的内力分布规律，可作为构件 截面估算参考，也可作为下部建筑有效层高 有否影响的估计。
风荷载 地震作用
3.1.1、风荷载
W Z s ZW0
v W0 1600
2
——基本风压，由空旷平坦地面，离 地 10m 统计的重现期为 50 年 ( 或 100 年）
的10分钟平均最大风速计算所得。
Z
——Z高度处的风振系数
s
风荷载体形系数
Z 风压高度变化系数
3.1.2、地震作用
1.2、钢框架结构体系的适用高度 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
表示；杆件长度用节点之间的距离表示； 计算跨度取框架之间轴线距离； 柱的计算高度可以取层高，底层柱一般取 到基础顶面的距离； 跨度相差不超过10%时，按等跨计算内力; 屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算。
框架体系的主要特点
5、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部 分刚度较均匀，构造简单，易于施工； 6、侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应 不可忽视；由于地震时侧向位移较大，引 起非结构性构件的破坏。
1.1、钢框架结构的特点
存在的问题：
1、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及 作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。 2、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于 地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免 节点的开裂、支撑的压曲等震害。
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：
1、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削 弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震 的变形能力； 2、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖 向荷载和地震作用； 3、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可 增加建筑使用面积2～4％； 4、施工周期短，建造速度快；
用的基本柱网，其柱距宜采用6～9m。 当柱网确定后，梁格即可自然地按柱网分 格来布置。框架的主梁应按框架方向布置 于框架柱间并与柱刚接。 一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁， 其间距可为3～4m。
柱网一般布置
第三篇 荷载
3.1、荷载分类： 竖向荷载
按《建筑构件荷载规范》(GB50009-2001)有 关条文取值。
第一篇、钢框架的基本概念
第二篇、钢框架的结构布置
第三篇、荷载
第四篇、框架结构的计算
第五篇、钢构件设计
第六篇、钢框架节点设计
第七篇、组合楼盖布置与设计
第一篇
钢框架的基本概念
1.1、框架结构
沿纵横方向由多榀框架构成及承担水平荷
载的抗侧力结构，梁柱连接常采用刚接。
第四篇 框架结Baidu Nhomakorabea的计算
4.1、框架结构的受力特性及内力分布
柱脚轴向力产生的力偶是平衡倾覆力矩的 主要部分
M0V Ni ai Mi
柱脚轴向力产生的平衡力矩 Ni ai 远大于柱 脚弯矩之和 Mi 。 框架梁的刚度越大， Niai 值越大。当框架边 柱之间的距离越大，或建筑物的高宽比越 小，柱脚轴力产生的平衡力矩越大，梁柱 内力也可有所减小。
在水平荷载作用下，框架节点因腹板较薄，节点域将产生 较大的剪切变形（图1-17），从而使框架侧移增大10%至20% （“高钢规程”规定，应计入其影响）；对内力的影响在10% 以内（可不计其影响）。
4.2.2、钢框架结构侧移要求
框架结构在水平荷载作用下的变形由总体
剪切变形和总体弯曲变形两部分组成。
3.2、荷载效应组合
承载力极限状态的荷载效应组合分为
1、无地震作用时的荷载效应组合 2、有地震作用时的荷载效应组合 注：9度设防烈度时，以及建筑高度 H>60m时，应考虑风荷载和地震作用的 组合。 结构侧移验算时的荷载效应组合有 1、风荷载作用时： S=SWk 2、水平地震作用时： S=SWhk
结构所承受的“地震力”实际上是由于地震地面 运动引起的动态作用，属于间接作用，称为“地 震作用” 。 “三水准”设计原则： 小震不坏，中震可修，大震不倒。 “两阶段”设计方法： 第一阶段设计——多遇地震作用下的弹性分析， 主要验算构件的承载力、稳定性及结构的层间位 移 第二阶段设计——罕遇地震作用下的弹塑性变 形验算，主要验算结构的屈服机构、层间位移和 层间位移延性比。
1、适用高度 高层民用建筑钢结构各种类型的最大适用高度 应符合规范规定。对平面和竖向不规则或建造 于Ⅳ类场地的钢结构，其高度应适当降低。
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
《抗震规范》：
多高层钢框架的弹性层间位移角限值：
（第一阶段抗震设计）
1/300
《高钢规》： 在风荷载作用下，顶层质心位置的侧 移不宜超过建筑高度的1/500，质心层 间侧移不宜超过楼层高度的1/400。
4.3、框架结构近似计算
框架结构计算简图
将框架结构的空间形式,简化成平面形式,如图
框架杆件用其轴线表示；杆件之间用节点
4.2、框架结构的水平侧移
4.2.1、水平位移是由三方面原因产生的
水平位移曲线属剪切型，层间位移下大上小
对于多层框架结构可忽略柱轴向变形产生的层 间位移。对高层框架虽不能忽略此变形，但由 梁柱构件变形产生的层间位移是主要的，它构 成的水平变形曲线属剪切型。 由于柱脚处无水平位移，且底部作用剪力最大， 最大的层间位移常位于底层或下部几层，顶部 较小。
梁柱内力自上而下逐层增加
框架结构在竖向荷载作用下，除框架柱的轴 向压力自上而下逐层增加外，而框架梁和框 架柱的剪力及弯矩自上而下基本上无显著变 化。在水平荷载作用下，框架柱和框架梁的 内力M、V、N的分布，不仅对柱是自上而 下逐层增加，对框架梁也是如此，上小下大， 而且第二层边跨的框架梁梁端内力常为最大。 上述框架结构的内力分布规律，可作为构件 截面估算参考，也可作为下部建筑有效层高 有否影响的估计。
风荷载 地震作用
3.1.1、风荷载
W Z s ZW0
v W0 1600
2
——基本风压，由空旷平坦地面，离 地 10m 统计的重现期为 50 年 ( 或 100 年）
的10分钟平均最大风速计算所得。
Z
——Z高度处的风振系数
s
风荷载体形系数
Z 风压高度变化系数
3.1.2、地震作用
1.2、钢框架结构体系的适用高度 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
表示；杆件长度用节点之间的距离表示； 计算跨度取框架之间轴线距离； 柱的计算高度可以取层高，底层柱一般取 到基础顶面的距离； 跨度相差不超过10%时，按等跨计算内力; 屋面斜梁坡度不超过1/8时,按水平梁计算。
框架体系的主要特点
5、形成较大空间，平面布置灵活，结构各部 分刚度较均匀，构造简单，易于施工； 6、侧向刚度小，在水平荷载作用下二阶效应 不可忽视；由于地震时侧向位移较大，引 起非结构性构件的破坏。
1.1、钢框架结构的特点
存在的问题：
1、耐火性能差：钢结构中的梁、柱、支撑及 作承重用的压型钢板等要求用喷涂防火涂料。 2、吸取震害经验教训完善钢结构设计：由于 地震的随机性和实际工程的复杂性，很难避免 节点的开裂、支撑的压曲等震害。
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：
1、抗震性能良好：由于钢材延性好，既能削 弱地震反应，又使得钢结构具有抵抗强烈地震 的变形能力； 2、自重轻：可以显著减轻结构传至基础的竖 向荷载和地震作用； 3、充分利用建筑空间：由于柱截面较小，可 增加建筑使用面积2～4％； 4、施工周期短，建造速度快；
用的基本柱网，其柱距宜采用6～9m。 当柱网确定后，梁格即可自然地按柱网分 格来布置。框架的主梁应按框架方向布置 于框架柱间并与柱刚接。 一般需在主梁间按楼板受载要求设置次梁， 其间距可为3～4m。
柱网一般布置
第三篇 荷载
3.1、荷载分类： 竖向荷载
按《建筑构件荷载规范》(GB50009-2001)有 关条文取值。