頂層為門式剛架的錯層框架鋼結構的分析與設計論文

　　摘 要：本文以一個多層鋼結構廠房為例，分析了頂層為門式剛架的錯層鋼結構框架房屋的結構布置、構造措施，對主要節(jié)點的設計進行了討論。

　　關鍵詞：門式剛架；多層框架鋼結構；錯層

　　一、引言

　　隨著鋼結構在國內建筑行業(yè)中的`應用越來越廣泛，一種頂層為輕型屋面的剛架，以下樓層為多層鋼框架結構的房屋形式使用越來越多。根據《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程》CECS102：2002（以下簡稱《門剛規(guī)程》）中1.0.2條的條文說明，“當多層建筑的頂層為門式剛架輕型房屋鋼結構時，其設計、制作和安裝可按本規(guī)程執(zhí)行”【1】，即頂層的門式剛架可按照《門剛規(guī)程》設計，其下的多層鋼框架結構設計應按照《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003【2】執(zhí)行。它們之間的作用關系須充分考慮，故應整體建模來進行分析和計算。

　　在這種結構形式中，下層鋼框架常出現夾層樓面開洞和局部樓面錯層的情況。夾層樓面有大面積開洞時，須根據《建筑抗震設計規(guī)范》（GB50011-2010）【3】（以下簡稱《抗震規(guī)范》）3.4.3條進行建筑結構不規(guī)則特征判定，并依據其不規(guī)則特征進行相應結構設計。而錯層結構則較為復雜，根據文獻【4】，“所謂錯層，就是樓板標高大于600mm以上，且超過梁高”，“錯層的面積必須大于等于整個樓層面積的30%”，錯層結構屬于平面不規(guī)則，豎向也不規(guī)則的結構。錯層結構不利因素有兩方面：首先樓板相互錯置，樓板協調結構整體受力的能力被大大削弱，樓板的相對錯位會在構件中產生很大的變形內力；其次，一些部位由于樓板錯層形成豎向短構件，其可能在同向受力中由于錯層構件剛度大，而產生內力集中，不利抗震。【3】現以某多層鋼結構廠房為例，進行分析。

　　二、工程概述及結構方案

　　本工程鋼結構廠房區(qū)域長93.5m（8軸~19軸），寬55 m，柱距11.5 m +8.5 m X8+7 m X2，跨度18.5 m +18 m +18.5 m，柱頂標高16.4m，其中8軸~15軸區(qū)域夾層標高11.5m，15軸~19軸區(qū)域夾層標高8m，屋面墻面圍護結構采用鋼結構檁條外鋪壓型鋼板。基本風壓為0.60 kN/m2，地面粗糙度是 B 類，雪荷載為0.8 kN/m2，抗震設防烈度是7度，設計地震分組是第3組，設計基本加速度值是0.10g，建筑場地類別III類，抗震設防類別是丙類，根據《抗震規(guī)范》8.1.3條，抗震等級為四級。

　　根據工藝要求，夾層樓面上有很多大開口，供設備安裝與使用，故按圖1進行框架結構平面布置，其中圖（a）為11.5米標高平面，圖（b）為8米標高平面。設備荷載不作用在框架構件上。11.5米標高和8米標高夾層平面按照兩個標準層分別建模。夾層以上的結構主要承擔輕型屋面荷載，荷載輕，故頂層鋼柱與鋼梁分別定義為門式剛架柱和門式剛架梁，采用支撐體系來保證結構整體剛度。支撐體系中的屋面水平支撐、系桿、柱間支撐等重要傳力構件須在模型中表現出來。

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