顶层为门式刚架的错层框架钢结构的分析与设计.PDF

中国月期刊咨询网 顶层为门式刚架的错层框架钢结构的分析与设计 摘要：本文以一个多层钢结构厂房为例，分析了顶层为门式刚架的错层钢结构框架房屋的结构布置、构造措施，对主 要节点的设计进行了讨论。 关键词：门式刚架;多层框架钢结构;错层 一、引言 随着钢结构在国内建筑行业中的应用越来越广泛，一种顶层为轻型屋面的刚架，以下楼层为多层钢框架结构的房屋形 式使用越来越多。根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002(以下简称《门刚规程》)中1.0.2条的条 文说明，“当多层建筑的顶层为门式刚架轻型房屋钢结构时，其设计、制作和安装可按本规程执行”【1】，即顶层 的门式刚架可按照《门刚规程》设计，其下的多层钢框架结构设计应按照《钢结构设计规范》GB50017-2003【2】执 行。它们之间的作用关系须充分考虑，故应整体建模来进行分析和计算。 在这种结构形式中，下层钢框架常出现夹层楼面开洞和局部楼面错层的情况。夹层楼面有大面积开洞时，须根据《建 则特征进行相应结构设计。而错层结构则较为复杂，根据文献【4】，“所谓错层，就是楼板标高大于600mm以上， 且超过梁高”，“错层的面积必须大于等于整个楼层面积的30%”，错层结构属于平面不规则，竖向也不规则的结构 。错层结构不利因素有两方面：首先楼板相互错置，楼板协调结构整体受力的能力被大大削弱，楼板的相对错位会在 构件中产生很大的变形内力;其次，一些部位由于楼板错层形成竖向短构件，其可能在同向受力中由于错层构件刚度 大，而产生内力集中，不利抗震。【3】现以某多层钢结构厂房为例，进行分析。 二、工程概述及结构方案 第3组，设计基本加速度值是0.10g，建筑场地类别III类，抗震设防类别是丙类，根据《抗震规范》8.1.3条，抗震等级 为四级。 根据工艺要求，夹层楼面上有很多大开口，供设备安装与使用，故按图1进行框架结构平面布置，其中图(a)为11.5米 标高平面，图(b)为8米标高平面。设备荷载不作用在框架构件上。11.5米标高和8米标高夹层平面按照两个标准层分别 建模。夹层以上的结构主要承担轻型屋面荷载，荷载轻，故顶层钢柱与钢梁分别定义为门式刚架柱和门式刚架梁，采 用支撑体系来保证结构整体刚度。支撑体系中的屋面水平支撑、系杆、柱间支撑等重要传力构件须在模型中表现出来 。 中国月期刊咨询网 图1. 夹层平面布置图 三、结构计算及分析 运用PKPM2010版软件的钢结构框架模块进行三维整体建模，采用SATWE进行模型的分析与计算。主屋面所在的标准 层须根据建筑坡度设置钢梁和其它构件斜度。夹层楼面为框架结构，主框架梁与钢柱双向刚接，次梁与框架梁铰接连 接，楼面开洞须按实际情况布置“全房间洞”，并考虑楼梯的影响。屋面为压型钢板，故屋面标准层楼板厚度应取0( 主结构设计中不宜考虑压型钢板的应力蒙皮效应，将屋面所有节点视为弹性节点)。 在模型中将顶层门式刚架的钢柱与钢梁分别定义为门式刚架柱和门式刚架梁后，它们将按照《门刚规程》设计，其计 算长度须相应修改。门式刚架梁的平面外计算长度取屋面隅撑间距，一般为两个檩距，取3米，门式刚架柱的平面外 计算长度同样可取墙面隅撑间距，若墙面檩条上未设置隅撑，则其平面外计算长度不可调整。顶层门式刚架柱的平面 内计算长度系数也须手工修改，首先应根据实际情况，在PKPM2010版软件的“钢结构”“门式刚架”模块中，建立 刚架的二维模型，分别进行计算，得出的顶层门式刚架柱的计算长度系数，即可替换三维框架模型中相应钢柱的计算 长度系数代入。由于这种二维模型最大限度的模拟了顶层门式刚架在各种荷载作用下的变形和受力，故其可作为框架 模型中顶层结构分析的重要依据。 顶层门式刚架平面外应力是通过屋面水平支撑和柱间支撑来传递，根据《门刚规程》屋面水平支撑和柱间支撑均可采 用圆钢构件，按照单拉杆进行设计，长细比没有限值要求，而软件在框架模型中支撑杆件均是默认按照压杆设计，计 算结果中其长细比显示超出压杆限值，故须对水平支撑和柱间支撑另外进行补充验算。顶层的面荷载须修改为单边受 力，作用在门式刚架梁上。 整体框架模型按不规则结构进行计算，考虑双向地震作用，整体分析采用总刚分析方法。需要注意的是，在计算构件 内力、地震作用时，不能选择楼板刚性假定，而在计算楼层的最大水平位移和层间位移时则要强制楼板刚性假定，此 时的位移限值再与规范进行比较，即需要对框架模型进行两次运算和分析，分别强制楼板刚性和不强制楼板刚性。