门式刚架顶层的错层框架设计实例分析

施文龙

【摘要】本文列举了一个多层的钢结构的厂房为例，深入地进行了分析关于顶层是门式刚架的一种错层钢结构的框架房屋的构造措施与结构布置，并且对一些主要的节点设计进行了深入的讨论。

【关键词】多层框架钢的结构；门式刚架；错层

【Abstract】This article lists a multilayer steel plant， for example， in-depth analyzes on the top floor it is structural measures and structural arrangement of a split-level portal frame steel frame houses and some of the major node design in-depth discussion.

【Key words】Multi-frame steel structure；Portal frame；Split

1. 前言

本工程钢结构的厂房区域长是93.5米，宽55米，柱距是11.5米+8.5米X8+7米X2， 跨度18.5米+18米+18.5米， 柱顶标高是16.4米，其中8轴到15轴的区域夹层标高是11.5米，15轴到19轴的区域夹层标高是8米，屋面墙面的围护结构采用的是钢结构的檀条外铺压型的一种钢板，它的基本风压是0.60KN/m2，而地面的粗糙度为B类，同时雪荷载是0.8KN/m2，并且抗震设防烈度为7度，其它的设计地震的分组是第三组，设计的基本加速度的值为0.10g，建筑场地的类别三类，抗震的设防类别为丙类，抗震等级是四级。

2. 结构计算与分析

2.1PKPM2010版的软件钢结构的框架模块来进行对三维整体的建模，运用SATWE做模型的分析和计算。

（1）主屋面的标准层应该根据建筑的坡度来设置它的钢梁以及其他的构件的斜度。夹层面是框架结构，而且主框架梁和钢柱双向刚进行相接，次梁和框架梁进行连接铰接，楼面开洞必须必须按照实际的情况来进行布置的全房间洞，同时也要考虑到楼梯的一些影响。屋面是压型钢板的，所以屋面的标准层楼板的厚度应该是0，在主设结构中不应该考虑压型钢板应力蒙皮的效应，把屋面所有的节点作为弹性节点。

（2）模型中把顶层门式刚架的钢梁和钢柱进行分别定义是门式刚架梁后与门式钢柱架，它们将按照相关的门刚规程进行设计，它的计算长度必须得到一定的修改。門式刚架梁平面外的计算长度应取屋面隅撑的间距，大部分是两个檀距之间取3米，而门式刚架柱平面外的计算长度一样可以取墙面隅撑的间距，如果墙面的檀条上没有设置隅撑，那么它的平面外的计算长度就不能调整。同时顶层门式刚架柱平面内的计算长度的系数也应该进行手工修改，但必须根据实际的情况，在PKPM2010版的软件钢结构与门式刚架的模块中，应该建立起刚架二维模型，进行分别计算，在得出了顶层门式的刚架柱计算长度的系数时，这时就可以替换三维框架模型当中的把相应钢柱的一些计算长度的系数进行代入。因为这种的二维模型在最大的限度上模拟了顶层门式刚架在几种荷载作用下进行的受力与变形，所以可以把他们当做框架模型中的顶层结构进行分析的重要根据。

2.2顶层门式刚架的平面外应力。

（1）一般是通过对屋面的水平支撑与柱间支撑来进行传递的，根据相关规程对屋面的水平支撑与柱间支撑都可以采用圆钢构件的方法，并且按照相应的单位杆做出设计，它的长细比并没有限值的要求，而此软件在对框架模型中的支撑杆件都是默认的按照压杆进行设计的，在计算结果中它的长细比显示超出了压杆的限值，所以需要对柱间支撑与水平支撑进行另外的补充验算。顶层的面荷载需要修改成单边受力，而作用在门式刚架的梁上。

（2）整体框架的模型按照不规则的结构做出计算，并且要考虑到双向地震的作用，整体分析要采用总刚分析的方法，值得注意的是在计算机的构件内力、地震的作用时，不可以选择楼板的刚性假定，而应该在计算楼层最大水平的位移与层间位移时要强制对楼板刚性进行假定，这时的位移限值要再次和规范做出比较，在需要对框架模型做两次的分析与计算，并分别强制楼板的刚性与不强制楼板的刚性。

（3）按照《抗震规范》的相关规定，模型计算振型数要保证振型的参与质量到达总质量的90%，在考虑到楼板刚性的假定时，除了屋面的层外，其它的标准层都是刚性板，并且每个层仅有三个独立平动自由度，其振型数是3N。在地震的作用下，就会出现两层错层的构件的变形不同，从而使错层这个地方的构件的变形是较大的振型，但是这些都是一些高阶的振型，它所产生地震的作用是很小的。参与常规的反映谱计算振型还是以整体的变形振型为主要部分，两个错层平面间的相对变形并不明显，而错层楼板在一般的情况下是不产生一些相对运动的。在此工程中，楼面的荷载较小，重力的代表值相对于混凝土错层剪力墙的结构要小很多，在经过计算以后，在前100个的振型里都没有出现两错层的平面间有相对变形明显的一些振型，在另外的方面，因为在错层的分界处箱型框架柱的高度明显减小，因此，它的刚度就会增大，同时分配到的一些剪力也会同时增大，结构整体的变形或者层间的相对变形在它的上方会产生一些附加的内力，这个工程为了保证结构的安全性，把错层分界处箱型框架柱的应力应该控制在0.5以内，如果这样做的话就会把地震的内力乘以增大的系数，这个地方的构件就会得到满足。

2.3为了进一步真实的检验框架的结构各层和上一层受剪承载力相比，需要把各错层的结构分解开来，进行单独的计算与分析。8轴到15轴之间的区域框架中的11.5米的标准层是第一层，而计算要和上一层受剪承载力的比是1.22，15轴到19轴之间的区域是用单独框做计算的，8米的标准层是第一层，而计算要和上一层的比是1.38，这些都大于规范所规定的0.65。

3. 主要节点的设计与围护结构计算

必须按照计算的模型与规范的规定对构造措施做出节点设计，同时传力要明确、构造要合理、制作要方便，在考虑到环境条件与工艺水平的制约时，要努力提高现场的安装就位的一些便利程度，有些情况下，要甚至考虑到现场可能出现安装的误差、基础沉降以及结构变形等等的一些因素影响，下面对一些主要的节点做出分析。

3.1大多数时候采用外露式的平板的刚接柱脚，它的基础混凝土的短柱上的预埋锚栓，以及现场和钢柱定位的连接，是为了方便控制现场的一些误差，需要在柱地板和基础顶面之间预留50毫米的空隙，然后浇一些微膨胀的细石混凝土将其填充密实，柱底板下可以通过一些小垫块来调整钢柱的竖直度与标高，也可以使用螺母调节。要引起注意的是，钢柱下加设一些抗剪键来进行帮助对抵抗钢柱柱脚一些水平的剪力，这个时候基础混凝土的顶面需要按照抗剪键的一些深度与大小做出预留的抗剪槽。同时柱脚也可以运用像埋入式以及埋入式柱脚，这些都应该来由计算而确定，并且要大于或者等于钢柱截面的高度的2.5倍。

3.2框架柱和框架梁运用栓焊的混合连接的方式，就是用钢柱和梁翼缘来采用一些全熔透的一种对接焊缝的连接，钢柱和梁腹板通过对双面夹板用一种摩擦型的高强螺栓来进行连接。因为箱型柱的內加劲做法的加工不容易，有时就会运用一种贯通板来进行连接，在节点的域处把箱型的构件先断开再进行对接。框架的节点需要依据《抗震规范》中规定的进行墙柱的弱梁的极限承载力来进行验算，同时也要按照其他的条款对抗侧力构件进行连接计算。最好运用狗骨形连接、梁端加盖板以及梁端部扩大形的连接，把塑性的铰自梁端进行外移。

4. 结束语

在顶层运用门式刚架的一种多层框架结构它不仅能够满足对顶层建筑的大开间要求，而且实现了轻型屋面的坡度造型需要，并在其用钢量方面也比普通的框架结构要小。当楼面的开洞比较多以及出现错层的一些工程中，必须要建立起和实际的情况相吻合的模型，依据相关的规范做出不规则的情况下的分析与设计，并且要充分考虑到薄弱构件与应力集中处的节点构造措施与施工工艺等。

参考文献

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[文章编号]1619-2737（2015）04-26-370