16.1 引言 306 16.2连续吊车梁的应用条件 306 16.3有限元法两跨连续吊车梁内力分析. 307 16.4两跨连续吊车梁的弹性稳定分析 .308 16.4.1方法简述 308 16.4.2直接采用有限元方法进行临界弯矩计算的方法 308 16.4.3程序的实施和实现 16.4.4吊车梁的水平隅撑 ·312 16.51 验算内容介绍 312 16.6 两跨连续吊车梁经济性分析 313 16.7 采用连续吊车梁时门式刚架设计要点 313 16.8基础沉降对吊车梁和框架柱影响的定量分析 ：314 16.8.1对吊车梁的影响分析及其设计要求 ：314 16.8.2对柱的影响分析及其设计要求 315 16.9节点和加劲肋设计（仅作参考） ·315 7章 钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝土剪力墙的设计 ·317 17.1 引言 317 17.2 竖缝剪力墙肢的设计分析 318 17.3 竖缝剪力墙承受竖向荷载的问题. 323 17. 4 竖缝剪力墙和钢梁的连接件的设计要求 323 17.5 梁腹板受挤压屈曲计算 17.6 竖缝墙内预埋钢板设计要求 ：326 17.7 内力计算模型：壁式框架模型和等效剪切板模型 326 17.8 构造要求 329 170 m胜A

16.3有限元法两跨连续吊车梁内力分

16.4.1方法简述 16.4.2直接采用有限元方法进行临界弯矩计算的方法 16.4.3程序的实施和实现 16.4.4吊车梁的水平隅撑

农业标准第17章钢框架内嵌带竖缝钢筋混凝士剪力墙的

第一篇钢结构设计方法总论

第1章钢结构设计方法总计

本章的题目很大，因此只能提纲挚领地介绍和讲述。 所谓的设计方法，由三个层次的设计规定、公式和程序构成： （1）第一层次是指安全度的考虑，包括荷载组合； （2）第二层次的方法是内力分析方法，是结构力学的内容： （3）第三层次的方法是指具体钢构件、连接等的设计，是专业课需要讲解的内容 例如： ·截面和连接的强度设计计算； .·构件的设计（稳定性设计计算）； ·挠度的控制； ·侧移的验算； ·疲劳验算； ·钢筋混凝土的裂缝宽度验算； ·构造要求。 下面逐步地展开讲解各个层次的设计方法

[1. 1.1可靠度问题

1.1 第1层次的设计方法：安全度的考虑

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1.2.1各种分析方法简介

1.2第二层次的分析方法：内力分析方法

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荷载规范GB50009—2001的活荷载折减系数

.5机构控制设计法（能力设

CapacityDesignTechnique，即机构控制设计法（或称为能力设计法），属于非常先 进的保证结构发生延性破坏的设计方法，可以用于地震区和非地震区的超静定结构设计， 目前主要用于抗震结构设计。下列概念来自于这种方法： （1）框架结构中的强柱弱梁的设计要求； （2）钢结构的强节点弱杆件设计要求； （3）钢筋混凝土剪力墙的强剪弱弯的设计要求； （4）偏心支撑框架（EccentricallyBracedFrames，EBF）的设计； （5）弱剪型支撑强框架（放大支撑内力的设计方法将导致柱的无侧移屈曲，危险性比 不放大支撑内力的设计方法危险性更大）； （6）强钢梁，弱八（人）字支撑的设计思想。

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1.7关于塑性设计方法和弯矩调幅法

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1.8钢结构采用弯矩调幅法

弯矩调幅法在我国钢结构设计的有关规范中还没有具体规定，但是，弯矩调幅法应该 同样可以在钢结构中得到应用，条件是梁的稳定性要通过构造得到保证（限制侧向无支撑 的长度，或其他措施如梁腹板两侧的上下翼缘之间填混凝土，或箱形截面，或在上部有楼 板的情况下，设置横向加劲肋阻止下翼缘的侧向屈曲）或通过计算得到保证。通过计算得 到保证的方法必须注意：最大弯矩必须是截面的塑性弯矩或考虑截面塑性开展系数 1.05后的弯矩1.05My，考虑弯矩沿长度的变化，求得受弯承载力。 （1）弯矩调幅法只能应用于水平力不参与或不控制设计的结构构件设计。 （2）只对竖向荷载作用下产生的弯矩进行调幅，水平力产生的弯矩不能进行调幅。 （3）梁端弯矩调幅后，梁跨中的弯矩必须同时放大。 （4）如果有水平力参与组合，则用调幅后的弯矩与水平力的弯矩进行组合。对应多 层、低层房屋，理论上讲的组合是：

(1.2D+1.4L）×调幅系数+0.6×1.4W 1.2D+0.7×1.4L)X调幅系数+1.4W 1.2(D+0.5L)×调幅系数+1.3E （5）对于框架结构，弯矩调幅后，柱的弯矩不调幅，除非柱的轴力很小，例如柱的轴 压比小于0.15，

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会在一定程度上体现出强扶弱的特性， 设计出来的截面较小，整体安全度下降。为了不下 降安全度，也为了考虑实际的初始缺陷和变形的影响，必须引入假想水平力。

如何看待屈曲分析得到的弹性收

压杆的失稳是最基本的稳定问题，弹性压杆的临界荷载（欧拉公式）也是众所周知：

但是我们注意到，这个著名的公式并没有被我们直接地用于设计，我们采用的是以下 公式：

2EIEA记EE h2A h2A hz 22

第1章钢结构设计方法总论

对长细比入除以临界应力等于屈服强度时的长细比入，二元/E/f，得到通用长细比，对三 种应力状态分别写出这个通用长细比（高厚比），即

就得到了规范给出的通用高厚比。 从上面两个例子可以看出，弹性屈曲临界荷载，并不能直接地看做是承载力，与构件 的内力进行比较，而是为我们提供长细比，通过长细比，计算出稳定系数，这个稳定系数 才能够作为构件极限承载力的一个度量，出现在设计验算公式中。 之所以这样是因为：（1）钢材要屈服；（2）结构有各种缺陷。 弹性屈曲临界荷载为我们提供长细比。这个概念或方法也被其他的屈曲形式所应用 例如单轴对称截面的弯扭曲，临界荷载Pcr为

式中Wx是受压最大边缘的截面抵抗矩（或称呼为截面模量），乙px是截面的塑性截面模 量。从上式得到长细比，然后查类似于柱曲线的梁稳定系数曲线，得到稳定系数9，然 后代人下式验算稳定性

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还有一个例子是本书第2章中框架按照整层计算屈曲的一个例子。为了计算框架整层 的弹塑性有侧移屈曲承载力，先计算整层的弹性届曲荷载，将其转换成层的长细比，由层 长细比查层稳定系数表，从而得到整层的弹塑性承载力。 总结：弹性屈曲分析得到的临界荷载（或临界荷载因子）并不能直接用于稳定承载力 的计算，它提供的是一个长细比，是稳定性计算的一个中间量，通过长细比这个中间量 获得稳定系数，然后才能较准确地获得结构或构件的稳定承载力。

1.11如何看待假想荷载法？

随着计算技术和计算机运算速度的迅猛发展，以更为精确的二阶分析作为设计工具的 想法也随之产生。作为最简单的二阶分析方法，假想荷载法（NotionalLoadApproach） 被引人各个国家的钢结构设计规范，包括我国的GB50017一2003。 假想荷载法的三个要点分别是： (1) 引人假想荷载 Hai,

Hni =αy 250V W

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则设计时只要进行强度计算就可以了。

Hn: =αy 150 Wi /0. 2+ 0. 8 ns

1.12钢结构设计中的两种刚度验算：长细比与挠度和侧移验算 “拉杆要限制长细比，因为如果拉杆刚度不足，容易在自重作用下弯曲，以及在吊装 和运输过程中弯曲，容易在振动荷载的微小激励下发生振动等”。 “压杆不仅和拉杆一样要限制长细比，而且限值要小。原因是：如果压杆刚度不足而 造成弯曲，其不利影响远比拉杆严重。” 上述都是在《钢结构》的教科书中的论述，这些论述表明，验算长细比就是验算拉压 干的刚度。 另一方面，梁的刚度验算是验算挠度的大小。重级工作制吊车梁的水平刚度验算是验 算吊车梁的制动结构在水平刹车力作用下的水平挠度不要超过跨度的1/2000。 还有框架要验算风荷载作用下的总侧移和层间侧移，这是一种框架水平刚度的验算。 刚度被定义为抵抗变形的能力，刚度验算一般是与变形相联系的，因此验算梁的挠度 是一种刚度验算，层间侧移的验算也是一种刚度验算。 为什么压杆的长细比验算也称为刚度验算呢？ 这要从压杆失稳的本质说起：柱顶承受轴力的悬臂柱，如果没有施加任何的水平力就会 产生很大的弯曲变形，我们说悬臂柱发生了屈曲。注意：刚度是抵抗变形的能力，现在没有 水平力，悬臂柱就产生了水平的侧向的弯曲变形，这说明屈曲时，悬臂柱没有抗侧刚度。 柱原本的抗侧刚度越大，则使柱抗侧刚度消失所需要施加的荷载就越大。因此柱的临 界荷载的大小表示的是柱的某种刚度，在有侧移屈曲时是抗侧刚度，在无侧移屈曲时是抗 屈刚度。 由欧拉公式知道，压杆的临界荷载与长细比有关，因此反向推论两步就是：验算压杆 的长细比就是验算压杆的临界荷载，验算压杆的临界荷载就是验算柱的刚度。 限制长细比不要太大，就是要保证压杆的稳定承载力（即抗侧刚度或抗屈刚度）不要 太小。拉杆也是一样。 鉴于框架发生有侧移失稳是框架抗侧刚度不足的表现，而层间侧移不满足要求也是层

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的抗侧刚度不满足的缘故。框架层间侧移的验算能否代替框架柱的长细比验算？ 回答是不能，因为侧移的大小涉及水平力的大小，而在弹性计算的情况下，有侧移失 稳与水平力无关。

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2.2为什么计算长度系数法能够应用于框架柱的稳定设计

2.2为什么计算长度系数法能够应用于框架柱的稳定设计 元2EI 结构处于弹性阶段，则结构的稳定性与f,没有关系，就像结构的自振频率一样。 在设计人员的脑海中，自振频率是结构的一个特性，与强度并不发生关系，各种程序 都依弹性定计算建筑物的各阶自振频率和振型。而人们将稳定性计算与f,联系起来， 这是为什么？它源于这样的推导：

式中，Oer为临界应力。 而对比钢材的应力应变关系，钢材会屈服，弹性临界荷载就变成了切线模

6KK2+K1+K2 S=β12EI h3 6K.K+4(K+K)+2

既然计算长度系数是一个抗侧刚度系数，而稳定计算是一种刚度验算，计算长尽 就可以应用于稳定性的计算。 但是传统的计算长度系数法遭到的较多的批评，见以下2.4节，

框架的有侧移失稳，代表结构抗侧刚度的消失。是什么使得这个框架层从抗侧刚度 K，>0变为等于0？显然是竖向荷载，竖向荷载仿佛是一种负刚度的因素，抵消了框架的 正刚度。设这一层的竖向荷载为W：，框架的临界荷载是我们容易获得的，我们可以通过

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稳定理论的讲解方式，作者已经在框架稳定理论的阐述中表明（文献［6]）：初始缺陷和 弯矩对于判断弹性结构稳定性的条件没有影响，因为总势能的二阶导数的正负是判断稳定 性的依据，而实际框架的小变形稳定理论的总势能的二阶导数中，并不会出现初始弯曲和 弯矩项。这说明弯矩和初始倾斜对于框架的弹性稳定没有影响。 对于第（1）个问题，虽然采用了理想化的假定，但是这样得到的计算长度系数却有 明确的物理意义。因此我们应该从另外的角度来理解这些理想化假定的含义：理想化假定 是为了明确地隔离其他柱对于被研究柱的影响。可以通过多跨框架的算例验证，利用每 个柱的传统的计算长度系数，可以用下式计算框架抗侧刚度

第2章框架稳定设计方法的发展

由于对其他柱提供了支持，计算长度很大，如果根据这个计算长度算出的长细比查柱稳定 系数表格，稳定系数将很小（有可能查不到！实际工程中多次出现过这种情况）。这并不 表明它的承载力已经消耗掉，但是如果按照常规方法计算，就会出现异常现象。 对于前面第（4）个问题，区分两种情况：框架梁先届服，则对柱的约束下降，柱计 算长度系数在理论上会增加；如果柱截面先部分届服，则梁的约束相对增强，柱计算长度 系数将减小。美国规范允许考虑后一种情况，但是全世界仅美国这样做。笔者认为，这样 做的理论依据不是很充分，因为，与压杆的切线模量法一样，一端固定一端自由的柱进入 弹塑性阶段，其计算长度系数仍然取2。W.F.Chen的研究表明，有缺陷的弹塑性柱，通 过非线性分析得到的极限承载力反算计算长度系数，随长细比变化不大，表明计算长度系 数可以按照弹性取值

有些著作，批评了传统的计算长度系数法，转而求助于对框架进行整体的屈曲分析。 整体屈曲分析是这样进行的： （1）对给定的荷载组合，采用线性分析方法对框架结构进行分析，得到所有框架柱的 轴力； （2）以这一荷载工况的组合轴力P;作为标准，乘以荷载因子X； （3）形成有限元分析的刚度矩阵，进行特征值分析，得到临界荷载因子Xcr； （4）求得的第i个柱的临界荷载为XcrP；，从下式求得计算长度系数

第2章框架稳定设计方法的发展

式中X是荷载分布参数，Pcr是按照传统的计算长度系数计算的临界荷载。对这个模型进 行届曲分析，得到的中间层的计算长度系数是考虑了层与层和柱与柱相互作用的。 作者提出了一种初等代数方法来求这种模型的计算长度系数，见文献［6]。 对每一层，应用上述模型；对于底层和顶层是两层模型，就可以得到每一层的考虑了 层与层和柱与柱相互作用的计算长度系数。 但是这样的分析确实有点麻烦，其必要性不大，因为层与层的相互作用影响不大，

考虑同层各柱相互作用的修正计算长度系数法存在着2.4节中指出的第（2）和第 （3）点困难水库标准规范范本，有必要提出新的考虑整层侧移失稳的框架柱稳定性计算方法。下面提出一个 修改方案。 考虑同层各柱相互作用后第i个柱的临界荷载为：

元2EL; ?El; KP: Pi = KP; Z Pi αi i=1, 2, ... (μjh)2 h? PEiO i h h i

n为柱所在层的柱总数，包括摇摆柱；m为非摇摆柱总数。对摇摆柱α;=1.0，非摇摆柱 αj=1.2。假设柱长细比较大，在弹性范围内失稳，稳定系数为9:二PEi/A;fy，且先不忙 引人抗力分项系数，则有：

工程规范Pi Pi :A, (Pe:/A.f)A, PEJ

Pi =(a;P;/Kh)fy = ns fy PiA; i=1 Zα;P; / Kh Ist = （P；以压力为正

如果结构处在弹塑性阶段工作，对K还宜作弹塑性调整。参照压杆弹塑性稳定的切 线模量法以及随后发展出来的压杆稳定系数，可以对框架的切线抗侧刚度进行研究并提出 框架按照整层失稳的层稳定系数。定义层通用长细比为：