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美国房屋钢结构工程设计实例介绍 曹力 （上海协力咨询有限公司 “ “ ） ［提要］ 为帮助国内的工程设计人员了解美国房屋钢结构的设计技术现状， 吸收国外工程设计经验， 介绍了 二个美国多层钢结构办公楼设计实例。第一个是非组合截面梁楼盖结构和斜撑框架抗侧力结构， 第二个是组 合截面梁楼盖结构和延性框架抗侧力结构。这两种结构形式是美国常见的多层房屋结构体系， 具有代表性。 ［关键词］ 钢结构多层框架斜撑框架延性框架构造 一、 设计安全度与荷载组合 容许应力设计法 长期以来， 美国钢结构设计一直采用容许应力设 计方法 （简称 2 / - , ; / 4， ） 。美国钢结构协会从 A年出版第一版钢结构设计手册 （B 1 4 6 1 73 0’ 2 , , 7 * 3 4 ; 2 5 6 - 2 / 3 4） 至 年的第九版， 是容许应力法在工 程设计中应用近 “年的基本设计准则， 可以说相当成 熟。容许应力设计法 （ /） 。 结构内力计算时需考虑以下两种荷载组合 永久 荷载G可变荷载； “ C EH（永久荷载G可变荷载G风荷 载或地震荷载） ， 其中按强度计算的地震荷载需除以系 数 D。 极限状态设计法 从 年开始， 美国钢结构协会推出 房屋结构 极限 状 态 设 计 规 范 （简 称I J K ） （’ , - / 0 / - 1 2 / 3 40 3 5 ’ 2 5 6 - 2 6 5 1 7’ 2 , , 78 6 / 7 9 / 4 ;I 3 1 91 4 9 K , ; / ; 2 1 4 - ,J 1 - 2 3 5 , ; / 4， 年第一版， A年第二版） 。按照极限状 态设计法， 荷载的组合与钢构件的承载力需满足下述 设计条件 64 式中 为结构构件承载力折减系数， 对受拉、 受剪和 受弯构件为“ ， 对受压构件为“ E； 4为结构构件 的极限承载力； 6为按下述荷载组合进行结构分析需 得到的结构内力值， 结构内力计算需考虑以下不同的 荷载组合 H永久荷载G H可变荷载； H可变荷载G“ EH可变荷载G AH风荷载； H可变荷载G“ EH可变荷载G地震荷载。 其中， 地震荷载已包含了荷载系数 D。 时， 结构最大弹 塑性层间变形角需小于 E O； 当结构自振周期大于 “ C ;时， 上述限值为 O。 C年N 8 *规范中给出的 地震反应谱与中国抗震规范L 8 M 中的反应谱有 点相似， 即均考虑场地的特征周期与远震和近震的影 响。美国N 8 *地震反应谱是弹性结构在地面地震加速 度作用下结构振动的加速度， 并且包含地震荷载系数 D； 对于结构弹塑性变形对地震作用的影响， 则采用结 构延性系数， 根据结构类型对计算地震荷载折减， 这与 中国过去的结构抗震规范P M C 有点类似。图为 E 第A 卷 第期建筑结构 “ “ 年月 下面的二个工程实例所采用的地震反应谱。 图美国规范“ ） ， 肋 高* 1 （, 0） ， 面积质量为 1 , * 7 ／ 5 6） 。根据钢桁架的承 载力， 其间距确定为 ’ （2 . / 0） 。主梁的跨距为 ’ 1 ） ， 肋高为2 - （/ ／, 0） ， 面积质量为 ’ , 7 ／ , （, 9 3 5） 。屋顶除安装 空调装备的区域外， 次梁均采用标准钢桁架， 间距为 * , （* . /1 0） 。在楼面与屋面结构中， 宽翼缘钢梁主 要用于结构不规则区域和支撑围护墙， 钢梁侧向计算 长度等于标准桁架间距或连续支撑两种情况。承重柱 采用, * 1 （ 1 0） ， , 1 2 （- 0） 和 * , （ 0） 三种冷轧 空心方管钢柱， 承重柱计算考虑轴向力及因轴向力偏 心引起的附加弯矩。图,为二层结构平面布置图。 , 抗侧力结构设计 该建筑的抗侧力结构采用形斜撑框架， 由宽翼 缘柱 ’A 1 ， 宽翼缘梁 -A *和, * 1 （ 1 0） 宽 的方钢管斜撑组成。横向斜撑框架布置在轴“／/ ，“／/ 5 ） 地震中发现， 许多延性钢框架在梁柱节点处有脆断现 象， 因此， 设计采用减小框架梁在近框架节点处的截面， 以避免节点在地震荷载下发生脆断。框架梁塑性抵抗 矩在减小截面处约折减 （ ） 百分比 （9） 压型钢模板 , 0, ／7 1 左右。因而， 与钢筋混凝土结构相比， 钢结构在工程应 用上有其独特的优越性。 “标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载