刚架结构设计论文范文第1篇

关键词：门式刚架； 优化设计； 柱距 ；跨度 ；计算长度

中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：

1 概述

在轻型房屋钢结构体系中，门式刚架以其施工快、造价低、扩建灵活、维护费用低等优点广泛应用于各类建筑房屋。本文就门钢结构耗钢量的影响因素进行论述，总结归纳出其常用数据和有用结论，为实际工程设计提供有益指导。

2 柱距

柱距对用钢量的影响表现为：柱距越小，刚架数量越多，刚架的用钢量相应增多，反之刚架用钢量偏少，但是次结构如檩条，系杆等的用钢量相应增加。当柱距大到一定程度，主刚架的用钢量减少趋于平坦，次结构的用钢量增加会完全抵消甚至超过主刚架用钢量，使得总用钢量呈偏高趋势。

王元清等[1]结合18m和24m跨的两个带有吊车的双连跨门钢厂房工程实例，通过大量设计方案的研究分析，发现其用钢量的最优柱距为6～8m，而同等荷载条件下的不设吊车的最优柱距为8～9m，且用钢量大大减少。

任兴平[2]通过大量实际工程总结出了常规荷载条件下6米高门式刚架的经济间距，见表1。

表1 相同条件下各种跨度对应的最优刚架间距

柳锋等[3]等通过对210个门式刚架的设计分析发现：常用刚架的经济柱距为7～9m, 当无吊车或吊车吨位较小时, 经济柱距为8～9m； 当吊车吨位较大时, 经济柱距为7 m 左右, 用钢量比常规6m 柱距可节省3%～12%, 总造价可节省2% ～6%, 经济效益非常可观。

牛保有[4]借助3D3S软件对6m、12m、18m三种檐口高度的不同柱距刚架进行分析，得出结论：无吊车轻钢房屋的经济柱距为7～8m之间，当柱距需要大于8m时，将柱距定为9～9.5m左右会较为经济。有吊车轻钢房屋轨顶标高6～9m，经济柱距为7～8m，轨顶标高12m时，经济柱距向上移动至9m左右。随着轨顶标高的增加，经济柱距向变大，相同的轨顶标高，最优柱距与吊车起重量关系不大。

2．跨度

实际工程表明荷载是经济跨度的主要因素，荷载越大时，总用钢量对跨度越敏感。荷载越大则需要的柱截面也大，若此时跨度小，其单位用钢量必然上升。若跨度大，梁截面又显著增大，也会导致单位用钢量的上升[5]。

文献[4] 通过对6m、12m、18m三种檐口高度的不同跨度刚架进行分析比较，得出结论：对于无吊车厂房，刚架的经济跨度与檐口高度密切相关，经济跨度随着檐口的增加而增加；对于有吊车厂房，经济跨度随着吊车吨位的增加向高位攀升。

实际工程表明门式刚架的经济跨度一般在18～36m，吊车吨位较大时，经济跨度在24～36m，无吊车或吊车吨位较小时，经济跨度在18～24m，采用合理经济跨度可以节省钢材5%～15%，降低总造价2%～7%。

3．采用变截面和最优腹板高度

门式刚架屋面梁为受弯构件，柱为压弯构件，通常也是弯矩大于轴力。根据刚架的弯矩包络图的特点采用变截面的结构形式进行设计可以有效节省材料。

针对门式刚架截面腹板高度，杨娜等[6] 应用编制的结构分析设计程序，通过大量的算例分析发现：等截面轻型门式刚架结构梁的最优腹板高度范围L/30~L/38，柱的最优腹板高度范围H/12~H/19；变截面的柱端最优腹板高度范围L/35~L/40，梁跨中的最优腹板高度范围L/40~L/50。

4．屋面梁的平面外计算长度

工程实践表明：在特定荷载条件下，门钢梁的强度条件容易满足，其破坏甚至倒塌往往是由受压翼缘屈曲引起的。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102:2002规定：实腹式刚架斜梁平面内可按压弯构件验算强度，平面外应按压弯构件验算稳定，见式1：

(1)

根据式1，对于给定的荷载条件的按材料弹性状态设计，N、M均为常量，稳定系数φy和φyb是主要影响因素，稳定系数与计算长度的大小密切相关，因此设计合理的屋面支撑体系，减少屋面梁的平面外计算长度是优化设计的关键。

《门规》CECS 102:2002规定：实腹式刚架斜梁的出平面计算长度，应取侧向支撑点间的距离；当斜梁两翼缘侧向支撑点的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点的距离；当实腹式刚架斜梁的下翼缘受压时，必须在受压翼缘侧面布置隅撑作为斜梁的侧向支撑，隅撑的另一端连接在檩条上。

《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018－2002规定：实腹式刚架梁和柱在刚架平面外的计算长度，应取侧向支撑点间的距离，侧向支撑点间可取设置隅撑处及柱间支撑连接点。当梁（或柱）两翼缘的侧向支撑点间的距离不等时，应取最大受压翼缘侧向支撑点的距离。根据其条文说明：刚架梁的平面外的计算长度应当取侧向支撑点的距离，对于墙皮板材与檩条、墙梁有可靠连接的情况，可以考虑檩条、墙梁作为侧向支撑，但是并未对可靠连接极其相应的构造措施进行说明，这给设计带来不便。文献[7]把梁的平面外计算长度的常见方式归纳如下：

1)上翼缘计算长度

1.1) 取上翼缘横向支撑的节距

1.2) 取隅撑间距

隅撑通过檩条连接于有弹性侧移的下翼缘上，故其不能作为上翼缘受压时的侧向支点。在某些情况下可将其作为下翼缘受压时的侧向支点。

1.3) 取3m

3m是基于两个檩距考虑的，当屋面刚度大，与檩条的连接可靠时，考虑屋面实际存在的蒙皮作用，取2个檩距3m，这按规程的精神在实践中也是可行的。

2)下翼缘的计算长度

2.1) 设置隅撑

不分情况取隅撑间距。另一种观点取与上翼缘横向支撑节点处檩条相连的隅撑间距，亦即横向支撑的节距。文献[7]认为以取后者为妥。

2.2) 不设隅撑，取Ly=0.4L

取Ly=0.4L前提与弯矩图形有关。正常情况下，梁端为负弯矩，跨中为正弯矩，考虑柱面风荷载使梁反弯点内移，故偏安全地取反弯点距梁端为L/5，借用格构式刚架平面外长度的计算公式进行计算，得到Ly=0.4L。

由此可见，将刚性系杆视为梁的侧向支撑是合乎结构受力特征的。对于能否将隅撑－－檩条体系作为梁的侧向支撑还存在争议。为此，国内学者也进行相应的研究。文献[8]提出将檩条作为刚性系杆时，通常采用两个檩条的组合截面以满足弱轴刚度，而且檩条与钢梁必须用高强螺栓连接，可靠的传递轴力。付占明[9]为研究梁的平面外计算长度能否取2倍檩距，分析比较了多根隅撑支撑的的简支梁和两倍檩距简支梁的临界弯矩，认为屋面横向支撑的相应位置都应该设置系杆，不宜用檩条兼做系杆，那样可能造成檩条的连接节点破坏。陈友泉等[10]引用隅撑－－檩条体系下纯弯构件稳定弹性临界弯矩计算公式，发现：当主梁尺寸较小, 受压翼缘截面面积A300mm×12mm 时，隅撑－－冷弯薄壁型钢檩条体系难以构成主梁的侧向支撑条件，需另行考虑主梁的稳定设计或按大于2 倍的隅撑间距取为主梁平面外计算长度考虑。

综上所述，对于门式刚架设计过程中隅撑－檩条体系的侧向支撑作用和梁的平面外计算长度问题可以按如下考虑：

Ⅰ 对于一般门式刚架梁的平面外计算长度取侧向支撑距离，侧向支撑距离即为刚性系杆的距离，由于目前还没有与计算模型相适应的成熟的构造措施，尽量避免使用隅撑－－檩条体系作为侧向支撑，可仅将隅撑作为安全储备考虑。

Ⅱ 对于不需考虑冰雪荷载地区的轻钢屋面建筑可以有选择的利用隅撑的作用，此时与隅撑相连檩条、钢梁应当采用高强螺栓。当屋面梁高度小于500mm，受压翼缘截面A

5．小结

本文结合门式刚架的特点，针对门式刚架优化设计的技术措施，从柱距、跨度、变截面和截面高度、刚架梁平面外计算长度四方面进行了论述，归纳总结了从这四方面进行优化设计的可用结论和应该注意的问题。实际设计过程中可选的优化措施是灵活多样的，如选用高强度钢材、利用摇摆柱减少刚架梁平面内的计算长度、设置刚结柱脚增加刚架的抗侧刚度等等，设计者可根据实际情况选用可操作的方法进行优化设计。

参考文献

[1] 王元清, 王春光. 门式刚架轻型钢结构工业厂房最优柱距研究. 工业建筑, 1999

[2] 任兴平. 门式刚架轻钢房屋结构的优化设计. 钢结构, 2000

[3] 柳锋, 郭兵, 陈长兵, 杜刚. 门式刚架的经济尺寸与优化初设计. 钢结构, 2003

[4] 牛保有. 轻型门式刚架钢结构的优化设计分析:[西安建筑科技大学硕士学位论文]. 西安: 西安建筑科技大学, 2007

[5] 陆赐麟. 轻钢结构的重量应该更轻. 建筑结构, 2003, 133(10): 15~21

[6] 杨娜, 王娜, 吴知丰. 轻型门式刚架结构及其最优腹板高度的研究. 哈尔滨建筑大学学报, 2001

[7] 钢结构设计手册（第三册）. 北京: 中国建筑工业出版社, 2004

[8] 李永国. 轻型钢结构门式刚架设计探讨. 钢结构, 2005

刚架结构设计论文范文第2篇

关键词：框架一核心筒；超限高层；设计

现代城市用地的紧张加快了高层建筑的应用与推广。在现代城市改建、扩建过程中，高层建筑已经成为我国城市建筑设计中首选技术方式。在高层建筑的设计过程中，框架一核心筒结构是较为常用的结构形式。通过框架一核心筒结构的应用提高高层建筑的设计高度，实现高层建筑结构稳定性、安全性、抗震性等性能目标。为了更好的发挥框架一核心筒结构优势、促进我国城市用地使用率的提高，笔者从自身的设计经验出发，以相关文献的收集、整理与分析为重点，分析和论述了框架一核心筒结构在高层建筑的应用要点等问题。

一、框架一核心筒结构技术特点分析

框架一核心筒结构是利用楼梯建筑内的电梯井道、通风井、公共卫生间等构建中央核心筒，同时采用框架形成框架核心简结构。这一结构形式有利于结构的受力、以此提高了楼体结构的抗震性。框架一核心筒结构是目前国际超高层建筑中采用的主流结构形式，而且该结构还能够提高楼体内部的空间、提高空间利用率。框架一核心筒结构的应用利用了核心筒的抗侧向刚度以提高楼体的抗震性能。框架结构更多的承担竖向荷载与少部分水平荷载。框架一核心筒的结构优势在现代超限高层设计中有着重要的应用，这一结构能够利用自身优势在楼层增加的过程中减少框架水平荷载的承担比重，实现建筑使用面积的增加，提高城市土地利用率、提高建筑工程建设投资效益。框架一核心筒结构的优势使得其在现代超限高层建筑中有着极为重要的应用，是目前超高层建筑设计的主流结构形式。

二、框架一核心筒结构在超限高层设计中的应用

1针对现代超限高层设计抗震性能的框架一核心筒结构设计

超限高层框架一核心筒结构中的核心筒结构承担着水平测力抵抗的功能，框架结构承担着竖向荷载与少量水平荷载。在进行超限高层设计过程中，需要考虑核心筒结构与框架结构的不同功能。通过注重铰接节点使核心筒与框架结构间的抗侧力刚度比得到合理分配。避免受力分配不均影响整地抗侧向刚度，提高楼体的抗震性能。在这一设计过程中需要特别注意核心筒刚度与框架结构刚度分配的比例，避免核心筒刚度过度增强导致强震情况下混凝土墙体的开裂。通过科学分配刚度以及相关的计算提高超限高层设计的抗震性能。

在国际上框架一核心筒结构应用中，有一部分国家认为这一结构不适于地震区的高层建筑应用。在对相关资料的收集与整理中可以看出，地震中倒塌建筑多是过度强化核心筒强度，造成框架结构与核心筒结构间刚度分配不合理而造成框架结构裂缝，进而导致框架结构稳定性与抗震能力的降低，导致倒塌事件的发生。而日本本土这一结构应用中，采取了严格的审批制度。其也是针对框架一核心筒结构强震抵抗能力而出台的政策。在我国强震地带的超限高层设计中应谨慎使用这一结构。针对建筑物所在地的地质结构进行框架一核心筒结构的应用，保障建筑物的使用安全。

在我国的抗震设计中，多数地区强制提高抗震等级。这就造成了建筑工程投资建设中经济性不高的问题。而框架一核心筒结构的应用能够从自身结构特点出发，提高工程建设的投资经济性。在实际的应用中，框架结构多采用钢架柱密柱方案，以钢筋混凝土核心筒及钢框架密柱筒中筒结构提高建筑物的抗侧向刚度、有效减少混凝土墙地压应力。通过科学的设计以及多种方式的运用实现超限高层建筑的抗震性能强化，保障建筑物的结构稳定性与抗震性。同时利用框架一核心筒结构优势提高工程建设投资经济性，促进我国建筑行业的健康发展。

2超限高层设计中风荷载与结构设计的分析

超限高层建筑的设计中还要针对建筑物的风荷载水平作用进行分析、计算与论证。利用框架一核心筒混凝土剪力墙结构使结构整体能够在风荷载作用下有效控制建筑物在风荷载下的受力，减少层间位移。针对超限高层风荷载需求进行框架一核心筒结构应力计算，以此保障超限高层建筑物的稳定性。针对超限高层在风荷载作用下的侧向变形、振动等分析风压、风压高度变化系数、风荷载题型系数与风振系数。针对框架一核心筒的结构进行计算，以此实现超限高层抗侧向变形能力的提高。在这一计算过程中还要考虑抗侧向形变与抗震性能需求间的平衡，科学分配框架与核心筒的刚度、应力，以此实现科学的超限高层设计。

三、以框架一核心筒结构设计要点为指导进行超限高层设计

在现代超限高层框架一核心筒结构设计中，设计人员应针对核心简设计、框架设计、框架梁支撑设计、楼盖设计、框架剪力墙等设计工作规范、要求进行相应的设计工作。在核心筒设计中首先确保核心筒应贯通全高。而且，对于超限高层应确保筒体宽度大于全高的1/12。同时注重剪力墙结构的应用。在设计过程中需要针对核心筒设计要求对相关设计要点、连梁等进行计算与设计，确保超限高层的结构稳定性。在框架结构设计中需要注重控制结构的周期与位移，利用墙加大量等方式增强结构抗侧刚度。针对超限高层结构需求进行框架结构设计。另外，超限高层框架一核心筒设计中还应对框架梁支撑条件进行确定。沿梁轴线方向有墙时刚接。核心筒外墙厚度大于0.4Lae（且内侧楼板不开洞，刚接。梁支撑处有柱，刚接。不满足以上条件的梁，铰接。通过设计工作的针对性确保超限高层结构等稳定性、确保超限高层框架一核心筒结构的安全性。

除注重上述规范、要点与设计过程中遵循的基本原则外，超限高层设计过程中还要针对框架一核心筒结构在超限高层应用中楼盖设计要求进行设计。在楼盖设计中应注重核心筒外缘楼板不能开洞口、核心筒内部楼板，厚度≥120mm，双层双向配筋。楼面梁不宜支承在核心筒的连梁上。通过针对框架一核心筒结构特点以及超限高层需求进行超限高层框架一核心筒结构的设计与应用，促进我国城市土地利用率的提高。另外，为了保障超限高层结构的抗震性能，结构设计过程中还需要针对抗震等级要求进行框架剪力墙结构设计与计算，保障超限高层结构的抗震性能。

刚架结构设计论文范文第3篇

Key words: tall building；structure design；control parameter

摘要：随着我国高层建筑技术的迅速发展，高层建筑已经成为城市空间中不可缺少的元素，成为城市的一道亮丽风景。如何设计出舒适、安全同时又符合人们精神生活要求，且经济实用的建筑现已成为设计师们要首先解决的问题。本现就高层建筑结构设计问题进行一些探讨，希望能对我们以后的工作产生帮助，使设计水准更上一层楼。 关键词：高层建筑结构设计控制参数

中图分类号：[TU208.3] 文献标识码： A文章编号：2095-2104（2012）

1 高层建筑结构设计原理 当前，我国的高层建筑结构设计多以追求建筑形象的新、奇、特为目标，每栋高层都想表现自己，突出自我。而这样的结果只能使整个城市显得纷繁无序、生硬，建筑个体外部体量失衡，缺乏亲近感，拒人于千里之外，造成这种现象的主要原因是缺乏对高层建筑结构尺度的认真仔细推敲。高层建筑结构设计的尺度的确难以把握，因它不同于日常生活用品。其主要原因有：一是高层建筑物的体量巨大，远远超出人的尺度，二是高层建筑物不同于日常用品，在建筑中有很多要素不是单纯根据功能这一方面的因素来决定它们的大小和尺寸的。

2高层建筑结构体系简介

目前，高层建筑基本上都是采用钢筋混凝土结构，其结构体系有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构等，其中在高层住宅建筑中剪力墙结构和框架剪力墙结构使用较多。

2.1 剪力墙结构

剪力墙结构是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱，作为竖向承重和抵抗侧力的结构，这种用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平力的结构称为剪力墙结构。该结构通常采用平面布置形式，由于剪力墙受竖向荷载和水平荷载共同作用，剪力墙应双向或多向布置。由于该结构全部由剪力墙组成，其刚度比框架剪力墙结构更好，常用于 40 层以下的高层住宅建筑等。该结构高宽比不宜大于6，其高度应考虑抗震要求。

2.2 框架剪力墙结构

框架剪力墙结构是由框架和剪力墙组合而成的结构体系。其中剪力墙承受绝大部分水平荷载，框架承受竖向荷载，两者共同受力，合理分工。剪力墙应均匀布置在建筑物的周边、电梯间、平面形状变化较大和竖向荷载较大等部位。由于该结构以框架结构为主，剪力墙为辅助，因此，该结构体系适用于 25 层以下的建筑，最高不宜大于 30 层。

3高层建筑各部位设计要点

3.1梁柱受力主筋位置的设计 在以下两种情况下，框架柱的受力主筋和框架梁的受力主筋位置发生矛盾：（1）框架梁的截面宽度等于框架柱的边长。（2）框架梁的一边和框架柱重合。

3.1.1节点设计原则：框架结构设计的原则是“强剪弱弯、强柱弱梁”，首先保证框架受力主筋的位置。 3.1.2解决方法：（1）框架梁主筋在框架柱内侧通过。（2）为保证框架梁的截面尺寸，在框架梁靠近柱侧四角增加4根钢筋作为架立钢筋。

3.2墙梁节点钢筋设计

在框架、剪力墙结构中，框架梁或者次梁直接搁置在核心筒体暗梁或过梁上，如果框架梁的截面和暗梁和过梁的截面高度相等，就造成框架梁主筋和核心筒暗梁或过梁主筋位置互相矛盾。

3.2.1节点设计的原则。根据固定端框架梁的弯距形式，框架梁在支座位置上铁受拉，下铁受压；墙体暗梁或过梁受扭，尽量保证暗梁或连梁箍筋的完整性。

3.2.2解决方法：（1）过梁下铁设置不超过六根主筋分为两排布置，框架梁下铁布置在过梁下铁第一排和第二排钢筋之间且框架梁的接头位置全部位于支座附近，接头按照50%的比例错开。（2）框架梁上铁直接搁置在过梁上铁上，保证框架梁主筋的锚固长度满足规范要求。根据GB50204-2000规范中规定，过梁的箍筋尺寸取负误差，框架梁箍筋的尺寸取正误差，从而保证过梁和框架梁保护层厚度。（3）将过梁或暗梁截面降低或减小5cm，框架梁上铁直接锚固在过梁上，保证框架梁及楼板钢筋的保护层的厚度。 3.3主梁论文秘籍网

・ 沥青混凝土路面施工质量控制浅析

・ 混凝土裂缝成因及预防方法

・ 浅谈高层建筑混凝土施工要点

・ 企业论文_高层建筑混凝土工程施工技术探讨

・ 在论文秘籍网搜索混凝土

论文秘籍网

・ 浅析桥梁施工中裂缝出现的原因及控制措施

・ 半刚性基层裂缝成因分析与防治对策

・ 浅析《裂缝》中的诗性智慧

・ 混凝土桥梁裂缝问题的若干思考

・ 在论文秘籍网搜索裂缝

论文秘籍网

・ 框架结构施工常见问题与防治对策

・ 钢筋混凝土框架结构的加固方法初探

・ 高层框架结构施工存在的现实问题及控制措施

・ 浅谈多层框架结构的组成与布置方法

・ 在论文秘籍网搜索框架结构

和次梁节点注意的问题 在框架剪力墙结构中，主梁和次梁的节点非常重要，主次梁钢筋的设计位置就成为我们关注的焦点。根据常规做法，次梁上铁钢筋在主梁钢筋之上，板筋在次梁主筋之上，如果主次梁节点钢筋设计不合理，就会造成板筋或次梁上铁钢筋保护层厚度过小，不利于结构的抗震。 3.4高层建筑结构的防火设计

高层建筑的防火设计，必须遵循“预防为主，防消结合”的消防工作方针，针对高层建筑发生火灾的特点，立足自防自救，采用可靠的防火措施，做到安全适用、技术先进、经济合理。

4高层建筑结构设计的控制参数

高层建筑结构设计中各控制参数的选取直接影响结构的安全性、合理性等。因此。合理的选取各控制参数，有助于提高结构整体控制的效率，也有助于使结构设计更加安全、经济合理。

4.1 轴压比：限制结构的轴压比，以保证结构的延性要求。当不满足规范要求时可以通过增大该墙、柱截面或提高该楼层墙、柱混凝土强度的办法调整。

4.2 剪重比：限制各楼层的最小水平地震剪力，确保周期较长的结构的安全。当偏小且与规范限值相差较大时，可通过增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。 4.3 刚重比：规范上限主要用于确定重力荷载在水平作用位移效应引起的二阶效应是否可以忽略不计。当不满足规范下限要求时，可以通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

4.4 层间位移角：限制结构在正常使用条件下的水平位移，确保高层结构应具备的刚度，避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。当不满足规范要求时，只能通过调整增强竖向构件，加强墙、柱等竖向构件的刚度的办法调整。

4.5 层间位移比：限制结构平面布置的不规则性，以避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。当不满足规范要求时，可以改变结构平面布置，减小结构刚心与质心的偏心距达到规范要求。

4.6 周期比：限制结构的抗扭刚度不能太弱，使结构具有必要的抗扭刚度，减小扭转对结构产生的不利影响。当不满足规范要求时，只能通过调整改变结构布置，提高结构的抗扭刚度。

4.7 刚度比：主要为限制结构竖向布置的不规则性，避免结构刚度沿竖向突变，形成薄弱层。当不满足规范要求时，可以适当加强本层墙、柱和梁的刚度，或适当削弱上部相关楼层墙、柱和梁的刚度以满足要求。

5以框架为例概述设计参数的选择

5.1框架计算简图的处理

5.1.1无地下室的框架结构

为了加强底层的整体性，可以在 0.00m附近设置基础连系梁。由于基础连系梁的设计仅为构造设计，无法平衡底部柱脚的弯矩，更不能够作为上部结构的嵌固部分，底层计算高度 H 显然不能取用基础连系梁顶面到一层楼盖顶面的高度。正确的设计是：柱的 H 值取用基础顶面至连系梁顶面的高度，也就是把基础连系梁以下的部分看作底层，而把实际建筑的底层作为第二层计算，层高取用连系梁顶层至一层楼面的高度。当采用这样确定计算简图时，应注意底层柱的配筋应取用基础连系梁顶面和基础顶面中较大内力设计值进行计算。 5.1.2带有地下室的框架结构

关键是合理确定上部结构的嵌固位置。而《建筑抗震设计规范》和《混凝土结构设计规范》都没有明确提出具置，需要我们根据工程的实际情况来分析。采用箱型基础或者能够满足《建筑抗震设计规范》的地下室结构时，可以将地下室顶作为框架上部结构的嵌固位置。在利用 PKPM进行设计时，楼层总数仅输入地下室以上的实际层数，底层的实际层高就是层高H。这样设计的地震作用和实际情况较为接近，但是竖向荷载的计算仅计算到底层的柱底处。当地下结构是采用的筏板基础，嵌固位置最好取在基础顶面。在利用电算时，总层数应为实际的楼层数加上地下室的层数。如当建筑地上 6 层时，地下 2 层时，总层数取 8层。按此确定的计算简图经整体计算后，地震作用相对保守，结构设计比较安全。

5.2结构计算参数的选取

5.2.1 地震力的振型组合数 地震力的振型组合数，对高层建筑，当不考虑扭转耦联计算时，至少应取 3，当振型系数多于 3 时，宜取 3 的倍数，但不应多于房屋的层数《建筑抗震设计规范》指出，合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的 90%所需的振型数。SATWE 已有这种功能，可以很方便地输出这种参与质量的比值。此外，由于耦合计算的地震剪力通常小于非耦合计算，仅结构存在明显扭转时才采用耦合计算，但在必要时应补充非耦合计算。 5.2.2 框架结构活荷载的最不利布置、组合

当活荷载较大时，是否进行活荷载的最不利布置、组合对计算结果的影响非常大。使程序给定的梁设计弯矩放大系数，也不一定能反映出工程实际应力分布的情况，有可能造成结构不安全或保守。应注意的是 PKPM中无法区分荷载规范，因此很难实现“荷载规范”区分荷载种类和楼面荷载折减系数的要求，程序中不区分不同的楼面活荷载类型，一般均按楼面活荷载类型考虑并取相应的折减系数，PKPM计算程序对楼面活荷载的折减是不全面的，使用 PKPM计算时，应考虑区分不同构件进行分步计算，并在荷载输入时将楼面活荷载折减。风荷载体型系数的选取应注意，当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出。

6结束语

刚架结构设计论文范文第4篇

【关键词】门式刚架；时域分析；AR模型法；竖向风振；风振系数；

1.引言

风荷载是柔性结构的重要设计荷载，它可造成工程结构损伤和破坏，可给人民生命财产带来重大的损失。据统计，受2011年第9号热带气旋“梅花”影响，8月4日以来，辽宁、上海、江苏、浙江、山东部分地区遭受大风和强降雨袭击，导致5省（直辖市）29市183个县（区、市）360余万人不同程度受灾，截至8月8日16时，364.98万人受灾，135.3万人紧急转移安置，房屋倒塌600余间，损坏4800余间，直接经济损失31.28亿元。因而风灾是给人类生命财产带来巨大损失的自然灾害。

门式刚架轻钢结构厂房因其用钢量省、施工方便快捷、结构自重轻、抗震性能好，近些年被广泛应用。但其安全性和可靠性也备受关注。门式刚架轻钢结构厂房跨度越来越大，高度越来越高，导致结构的柔性很大，自振周期较长。这类结构对于风荷载这种卓越周期较长的荷载就十分敏感。而我国现行的《GB50009-2001建筑结构荷载规范》规定：对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周期大于0.25的各种高耸结构以及大跨度屋盖结构，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，对于门式刚架轻钢结构厂房而言，只考虑平均风作用。由于近些年风灾较为频繁，门式刚架轻钢结构厂房破坏十分严重，本文采用时域分析法对此类结构进行脉动风分析，并且与平均风荷载作用相比较，得出其风振系数。

2.脉动风荷载的时域分析法

2.1 脉动风分析方法概述

结构的风振响应分析一般在时域和频域两方面进行，基于线性叠加的频域法相对概念清晰，计算简便，在风振研究中应用较为广泛。

随着随机振动理论和计算机技术的发展，用时程分析法对结构进行随机振动分析已成为可能，时程分析也称为瞬态分析，通过时程分析确定结构随时间变化的位移、速度、加速度、变形等，可以较为直接的观察结构的动力响应。

2.2 AR法模拟风荷载时程曲线

作用在结构上的风荷载主要分为平均风和脉动风，而风荷载的模拟主要是对脉动风进行模拟。应用AR模型模拟风速时程，时间取200s，时间间隔为1s，高度取距地面高10m。得到脉动风速时程曲线以及风荷载曲线。

3.算例分析

3.1 有限元分析模型

本工程结构形式为柱脚铰接的单跨变截面双坡门式刚架单层工业厂房结构。地貌类别为B类，地面粗糙度系数K为0.00215，恒荷载0.3KN/㎡，活荷载0.5KN/㎡，风荷载0.5KN/㎡。柱距为6米，跨度为30米，檐口高9米，屋面坡度为1：10。弹性模量E=2.06×105Mpa，泊松比为0.3，梁柱单元采用beam189，质量单元采用Mass21。屋面板、檩条及围护结构的质量简化后施加在相应的节点，刚架自重由程序自动计算。数据分析以门式刚架梁的轴线所在方向为X轴，以刚架梁中间节点为坐标原点，以指向刚架柱背风面一侧为X轴正方向。

3.2 结构受脉动风作用的时程分析

利用有限元软件中的完全full法对结构进行瞬态分析，把脉动风加载到有限元结构模型上，得出只考虑结构受平均风作用时和考虑脉动风作用时其竖向位移响应云图如下：

4.结论

（1）利用时域法分析结构的风振响应过程能够直接清楚的观察结构的某一节点在一段时间内的风振响应，通过观察节点的位移响应时程曲线可以看出，由于脉动风的影响，个别时刻节点的位移响应明显增加，但都在峰值因子2.2之内，风振系数基本在1.22左右。

（2）按照我国现行荷载规范和门式刚架轻型房屋钢结构规程，不考虑风的动力响应对门式刚架的影响是偏于不安全的，因此，在设计此类结构房屋时，可考虑对风荷载乘以适当的放大系数，本文建议竖向风荷载风振系数取1.2较为合理。

参考文献：

[1]张相庭.工程结构风荷载理论和抗风计算手册[M].上海：同济大学出版社，1985.

[2]彭刚.时域分析法风载时程模拟[D].广东工业大学，2010.

[3]梁德志，宋小娟.水平风振对门式刚架轻钢厂房的影响[J].防灾减灾工程学报，2010，9，30：89-92.

刚架结构设计论文范文第5篇

【关键词】框架填充墙，抗震设计，思考

中图分类号：TU973文献标识码： A

一、前言

我国对框架填充墙在解决我国房屋抗震问题中起到了很大的作用，只有在框架填充墙结构抗震设计中加强思考，分析其出现的问题并制定解决措施，才能够使框架填充墙结构抗震设计的作用得到更大的发挥。

二、框架填充墙结构概述

框架结构是由梁和柱两大部分组成，并通过刚接或者铰接的方式构成承重体系。即由梁和柱组成框架共同抵抗适用过程中出现的水平荷载和竖向荷载，因其具有平面布置灵活、室内空间大等优点而成为建筑工程中使用最为广泛的结构体系之一。框架结构一般使用填充墙进行房间分割。目前，我国广泛使用的填充墙为轻质混凝土砌块和空心砖砌体。无论是轻质混凝土砌块填充墙还是空心砖砌体填充墙的加入，框架结构的受力性能都会发生改变。整个框架房屋的质量、刚度、自振周期以及整体变形和位移较纯框架结构都会有较大的不同，而许多设计人员在设计中往往都没有考虑这些变化，只是把填充墙作为一种均布荷载输入到结构计算软件中，使得计算所用的力学模型与实际有较大的出入。

三、填充墙可能带来的不利影响

目前，许多设计人员有一种错误的理解，认为在框架结构中添加填充墙会提高结构总体抵抗地震作用的能力，这实际上是一个误区。美国作了许多关于框架填充墙方面的试验，但实验结果都显示出，填充墙的存在不能提高框架结构的抗震能力。

1、框架填充墙层间刚度的突变

在临街商住楼的结构设计中，在填充层内，由于造价的因素，设计人员多采用底部框架抗震墙结构，上部抗震墙体材料一般采用砖砌体或混凝土空心小砌块。但是当业主需要建设超高层建筑时，设计人员一般会采用框架填充墙的结构形式。在底部框架抗震墙结构中，现行抗震规范明确指出了房屋侧移刚度比的限值，而在框架填充墙结构中，侧移刚度比一般未引起设计人员足够的重视。

2、框架柱形成短柱

在框架填充墙结构中，梁上由于有填充墙的作用，会形成强梁弱柱，在地震作用下梁的塑性铰很可能出现在柱子产生塑性铰之后。当框架填充墙结构在两柱间开通窗时，柱子极易形成短柱，在地震作用下短柱两端很容易形成塑性铰，柱子受到的剪力也会明显增大，而在一般的结构设计中，很可能会忽略这一点。建议在设计时，对柱子易形成短柱的部位（填充墙顶部到框架梁底部部分）直接按短柱的处理方法进行设计，防止形成的短柱过早出现塑性铰。

3、整个框架填充墙结构产生扭转

框架结构因为填充墙的加入有可能产生较大的扭转。一个本来均匀规整的框架结构由于加入了填充墙，造成结构的刚度中心偏移，从而使结构在地震作用下发生偏移。还有一点需要指出的是，在框架结构整体刚度计算方面，由于有关规范没有考虑填充墙的作用，设计人员计算所得的结构的刚度中心与实际刚度中心可能会有较大的偏差，因而可能会使结构在地震作用下产生的扭转被忽视，而导致结构在地震中因扭转而破坏。建议在结构设计时高度重视填充墙带来的扭转效应，在填充墙较少的部分尽量采用钢筋混凝土抗震墙和满灌芯的配筋砌块砌体抗震墙以加强薄弱区的刚度，减小结构的扭转作用。并且增加的抗震墙尽量布置一些在结构平面的周边，使结构整体的抗扭刚度得到较大增强。

四、框架填充墙结构抗震设计的方法和展望

从近年来填充墙框架理论与试验研究成果可知，填充墙框架由于框架与填充墙之间的协同工作，其受力性能与空框架存在明显差异。填充墙框架的刚度、承载能力、耗能能力均比空框架有显著提高，同时由于刚度大且填充墙开裂较早，因而在地震时填充墙的震害较容易出现。鉴于填充墙对框架影响的优缺点并存，现阶段的理论与试验研究虽取得一定的成果，但仍不够完善，在设计中全面考虑其影响仍有困难，设计理论的进步和墙体材料的改革也迫切需要开展进一步的研究工作。

1、新型砌体材料

在全国范围的墙改政策的推动下，以前在框架结构和框架-剪力墙结构中普遍使用的实心黏土砖填充墙材料正逐步被一些新型砌体材料(包括混凝土空心砌块、粉煤灰砌块、加气混凝土砌块等)所取代。但由于缺少新型砌体填充墙框架结构抗震性能的相关研究，目前设计中仍主要沿用基于黏土砖填充墙的规定，使得新型墙体材料的性能优势得不到充分发挥，在一定程度上阻碍新型砌体填充墙的推广应用。因此，开展新型砌体填充墙框架抗震性能和设计方法研究，既可为今后新型填充墙框架结构的抗震设计提供依据，同时也有助于墙改、节能政策以及新型材料的推广和应用。

2、试验和理论研究工作

建筑物的性能水平是结构性能水平和非结构构件性能水平的综合体现。填充墙作为框架结构中最重要且易遭受地震损坏的非结构构件，其在不同水平的设计地震作用下的性能，特别是不同性能目标下的变形容许值的研究就显得至关重要。考虑到以往填充墙框架的研究工作并不在基于性能的抗震设计理念背景下开展，且一般是以黏土砖填充墙为研究对象，因此，很有必要针对基于性能的抗震设计理论的需要，开展关于新型砌体填充墙RC框架结构的试验和理论研究工作，特别是不同性能水平的损伤状态描述和变形容许值的研究。

3、开展多层多跨填充墙框架结构试验

由于试验条件的限制，以前大多数的试验研究都是以单层单跨填充墙框架基本结构单元作为研究对象。大量基于基本填充墙框架单元的研究成果均表明填充墙框架的刚度、承载能力乃至耗能能力均比空框架有明显提高。这种认识造成工程界对于填充墙框架的抗震设计方法过于简化。除了在地震作用计算时采用周期折减系数以考虑填充墙对整体刚度的影响，其它设计计算均不考虑填充墙对强度、刚度和剪力分配的影响，且往往认为这种简化设计方法是偏于安全的。实际震害却揭示了砌体填充墙的刚度效应和约束效应所造成的短柱破坏、扭转破坏和软弱层破坏是框架结构地震倒塌的主要影响因素。因此，很有必要针对填充墙框架的上述震害特点，开展多层多跨填充墙框架结构试验，以研究填充墙沿跨间和层间的不均匀布置对填充墙框架抗震性能的影响。

4、填充墙与框架的连接方式

目前关于填充墙连接方式和填充墙开洞情况对结构受力性能影响的研究成果尚少见报道。填充墙与框架的连接方式不仅影响填充墙平面内在受荷载后的承载能力发挥和平面外性能，同时对框架结构的受力性能也有影响。填充墙开洞的位置与大小不仅影响其自身的受力性能和破坏形态，而且和框架结构破坏模式有一定关系。故应对这两方面开展进一步研究，以寻求可靠实用的连接方式和完善填充墙框架的承载能力计算。

5、框架与填充墙的剪力分配

框架与填充墙的剪力分配随填充墙与框架刚度比和填充墙所处性能状态的不同而变化。由于填充墙的刚度和强度在地震作用过程中处于动态变化过程，填充墙框架中填充墙与框架各自不利地震内力的确定尚有待进一步试验和理论研究。

五、结束语

框架填充墙结构抗震设计是一项全面系统复杂的综合设计，尤其要加强对设计中常见问题的认识与研究，提高抗震设计的意识，结合实际情况进行设计，加强框架填充墙结构抗震设计水平的提高。

参考文献

[1]建设部.建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2008.