顶层为门式刚架的错层框架钢结构的分析与设计论文

　　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《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）【3】（以下简称《抗震规范》）3.4.3条进行建筑结构不规则特征判定，并依据其不规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

　　本工程钢结构厂房区域长93.5m（8轴~19轴），宽55 m，柱距11.5 m +8.5 m X8+7 m X2，跨度18.5 m +18 m +18.5 m，柱顶标高16.4m，其中8轴~15轴区域夹层标高11.5m，15轴~19轴区域夹层标高8m，屋面墙面围护结构采用钢结构檩条外铺压型钢板。基本风压为0.60 kN/m2，地面粗糙度是 B 类，雪荷载为0.8 kN/m2，抗震设防烈度是7度，设计地震分组是第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。

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