多高层钢结构框架结构设计分析

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  【摘要】钢结构现在已经成为建筑工程应用最为广泛的建设方式,多高层钢结构建筑工程无论是在施工速度、工业程度还是建设效果上均具有更大的优势。在对多高层钢结构框架结构进行设计分析时,需要详细了解其具有的特点,并结合以往设计经验对其应用方式进行分析,做好各项影响因素的控制,不断提高结构设计效果,本文就此方面进行了简要的分析。
  【关键词】多高层钢结构;结构设计;框架结构
  钢结构住宅体系现在已经被广泛的应用到建筑工程建设中,并且因为钢结构材质特点,工程建设后具有更高的抗震性能,与其他结构类型相比,具有更大的技术优势。想要进一步提高多高层钢结构框架结构设计效果,就需要从工程建设需求出发,以框架体系为主要研究目标,确定其研究设计要点,做好各项参数的计算,遵循专业设计原则,确保每个细节设计的专业性与合理性,争取在整体上不断提高工程结构设计效果。
  一、多高层钢结构框架结构体系分析
  框架结构体系,钢梁与钢柱连接方式可以根据实际需求,采用刚接、半刚接以及铰接等方式。其中,如果框架结构在纵横方向均采用刚接的方式处理,并且不存在其他形式抗侧力体系时,则此种设计方式为纯框架结构,工程所需承载能力与抗侧能力,均由刚接框架提供,一般适用于柱距较大并且无法设置支承的情况[1]。就多高层钢结构框架结构体系应用效果来看,在设计上灵活性更高,不需要设置承重结构,这样可以更大程度上解放室内空间,空间使用灵活性提高,同时也使得建筑立面设计更为自由。另外,此种结构形式施工时难度低,施工后具有良好的延性,自振周期长,可以提高工程结构抗震性能。但是在对其进行设计时还应注意,框架结构侧向刚度较小,会存在较大的侧向位移,很容易造成非结构构件与整体结构的破坏。因此要重点分析梁柱截面尺寸与连接节点刚度,提高对结构侧向刚度的控制效果。
  二、多高层钢结构框架结构设计原则分析
  对于多高层钢结构框架体系进行设计时,梁柱刚性连接应具有一定强度,应能承受交汇处构件端部所传递的所有最不利内力。一般可以选择用弹性分析法对结构内力进行计算,即将未变形结构简图作为分析对象,忽略荷载作用下结构的变形,对结构内力的分布情况进行分析。高层建筑钢框架结构受侧力影响很容易发生位移,因此在内力分析时要做好对p-△效应的研究。其中,工程钢框结构设计规范中给出需要考虑的二阶效应判定条件为:
  其中,MΠ表示计算二阶效应的杆端弯矩;MIb则表示如框架不存在侧移,按一阶弹性分析求得的各杆件端弯矩;α2i还考虑二阶效应时第i层杆件侧移弯矩的增大系数;MIs表示框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的杆件端弯矩[2]。
  公式(1)证明如果派生力矩在原始倾覆力矩1/10以下时,则变形对结构内力的分布会具有影响,此时△μ容许值为h/400。
  三、多高层钢结构框架结构设计要点分析
  1.荷载效应计算
  多高层钢结构中框架结构设计可以选择用一阶弹性分析,其中,当(1)式成立时,说明对构件长度计算相对保守,就应选择用二阶弹性分析方法。并且,在分析时应对每层柱子柱顶施加虚拟水平力,并考虑几何缺陷对整体P-△效应的影响。其中,对于无支撑纯框架结构,各杆件杆端弯矩M可以利用公式计算。这时对于柱子长度的计算,可以按照层高h来计算柱子构件长细比。
  2.柱子长度计算
  3.梁结构设计
  3.1抗弯强度
  3.2抗剪强度
  结束语:
  对多高层钢结构框架结构体系进行设计时,需要全面了解工程结构特点,做好其影响因素的分析,从不同角度共同进行研究,做好各项设计参数的计算,提高结构受力性能、抗震性能,不断提高工程结构安全性。
  参考文献:
  [1]辛炯明.多高层钢结构住宅抗震性能研究[D].北京交通大学,2009.
  [2]文俊巍.多高层钢结构住宅结构体系分析研究[D].昆明理工大学,2008.
  [3]陈银.多高层轻钢结构住宅的设计与研究应用[D].河北工程大学,2013.
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