鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)是由梁與柱組成的結(jié)構(gòu),沿房屋的縱向和橫向,均采用框架作為承重和抗側(cè)力的主要結(jié)構(gòu),見圖8-1。按梁與柱的連接形式,框架結(jié)構(gòu)可分為半剛接框架和剛接框架。地震區(qū)的建筑宜采用剛接框架。某些情況下,為加大結(jié)構(gòu)的延性,或防止梁與柱連接焊縫的脆斷,也可采取半剛性連接框架,但其外圍框架一般仍采用剛接框架。
水平荷載對框架有兩個(gè)方面的作用:各層結(jié)構(gòu)承受水平剪力、整體結(jié)構(gòu)承受傾覆力矩。因此對應(yīng)的框架側(cè)向位移也由兩部分組成,見圖8-2。對于多層多跨框架結(jié)構(gòu),剪切變形約占80% - 90%,彎曲變形約占10% - 20%,因此多層框架側(cè)移變形呈現(xiàn)剪切型特征。隨著高度的增加,彎曲變形所占比例逐漸增大。
框架結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻,框架結(jié)構(gòu)有較大延性,自振周期較長,因而對地震作用不敏感,抗震性能好。但框架結(jié)構(gòu)的抗但剛度較小,側(cè)向位移大,易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。由于框架在水平荷載作用下容易產(chǎn)生較大的水平位移,會導(dǎo)致豎向荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力,使結(jié)構(gòu)的水平位移進(jìn)一步增加,從而降低結(jié)構(gòu)的承載力和整體穩(wěn)定性,這種現(xiàn)象稱為P-6.效應(yīng)。鋼框架構(gòu)件的翼緣、腹板和加勁肋均較薄,梁柱節(jié)點(diǎn)并非理想的剛性節(jié)點(diǎn),在框架梁柱節(jié)點(diǎn)域?qū)嶋H存在剪切變形,這種剪切變形會使鋼框架產(chǎn)生不容忽視的水平位移計(jì)算時(shí)應(yīng)予以考慮。研究表明,節(jié)點(diǎn)域剪切變形對框架內(nèi)力的影響較小,可以忽略。
鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)的桿件類型少,構(gòu)造簡單,易于標(biāo)準(zhǔn)化和定型化,施工周期短。由于不設(shè)置柱間豎向支撐,因此建筑平面設(shè)計(jì)有較大的靈活性,并且可采用較大的柱距來提供較大的使用空間。采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系,房屋的最大高度和高寬比限值應(yīng)分別符合表8-2和表8-3的規(guī)定。從表中的數(shù)據(jù)上看,非地震區(qū)鋼框架結(jié)構(gòu)最大高度可以達(dá)到110m,因此對于30層以下的辦公樓、旅館及商場等公共建筑,鋼框架結(jié)構(gòu)具有良好的適應(yīng)性,如高121m、29層的美國休斯敦印第安納廣場大廈就采用框架結(jié)構(gòu),其平面尺寸4307m x 4307m,柱距 約706m。但在地震區(qū),(建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范)(GB 50011-2001)規(guī)定“不超過12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋可采用框架結(jié)構(gòu)”。實(shí)際上,在諸多實(shí)際工程中超過12層,甚至有些低于12層的鋼結(jié)構(gòu)并沒有采用框架結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)不是很有效的抗側(cè)力體系,當(dāng)房屋層數(shù)較多、水平荷載較大時(shí),為滿足層間位移的要求,梁和柱的截面尺寸將很大,以至于大到超出了經(jīng)濟(jì)合理的范圍。