时间：2022-12-20 02:04:02
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【关键词】公路 铁路 房建行业 钢结构设计
我国建筑行业的快速发展，对建设施工标准提出了更高的要求。在我国的建筑领域，关于钢结构设计和钢材料的规范设计方面有许多规定，明确指出了钢材料型号、尺寸、计算、施工技术及检验标准等要求。为了使建筑施工及管理人员更好的掌握钢结构的设计原则与标准，本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析，希望对相关研究领域提供帮助。
1 建筑施工中钢材型号选择
根据公路建设施工条件要求，公路钢桥主体结构通常采用Q345钢，无论哪种型号的钢材，都要满足公路桥梁设计施工标准。由于普通碳素结构钢也比较适用于桥梁结构设计，因而也可以在建设施工中采用该型号的钢材;《铁桥钢规》中明确指出，铁路钢桥的主体结构中应该使用质量等级是D、E级的Q345q、Q370q、Q420q 钢，在铁路桥梁的辅助结构或者是在桥梁的连接处，则需要使用Q235―B或Q（z）345c钢;而房建行业对于钢材型号的选择则具有不同要求，在房屋建设中使用刚才的型号通常为Q235、Q390、Q420 等，房屋建设中钢结构的质量标准要根据《低合钢》、《碳钢》中的要求来确定。从我国当前建筑行业的运行与发展情况来看，公路桥梁和铁路钢桥基本都是按照100年使用期限来进行设计与施工，而大部分的房屋建设则是按照50年的使用标准来设计，桥梁承受的重量多为动力载荷或者是冲击载荷。由此可以看出，公路和铁路设计施工中，钢材的性能要明显高于房屋建设中使用的钢材性能，其主体结构需要应用高强度的钢材。
2 钢结构设计方法
目前，容许应力法与极限状态法是工程建设领域中经常使用的结构设计方法。容许应力法从使用初期一直沿用至今，该方法主要是把建设材料看成是一种理想状态的弹性体，构件中任何部位的应力都不能超出材料本身的容许应力。在20世纪50年代，我国公路桥梁设计施工中，主要借鉴国外先进的施工经验，在施工中主要采用容许应力法。而且直到现在，我国铁路建设施工中，还依然采用容许应力法进行设计。
发展到80年代以后，我国在建筑施工中开始逐渐使用极限状态法，并且在钢结构房屋建设中得到了广泛应用，该计算方法把结构可靠度理论和概率理论作为了基础，而且设计标准进行了多次修改，逐步得到完善。尽管容许应力法具有操作简便、实用性较高等特点，但是也存在一定缺陷，该方法不能正确反映出材料的特性、构件抗力变异以及载荷效应，不能对材料的继续承载力进行准确分析，因而导致结构设计过于保守。而极限状态法则能够有效弥补容许应力法的缺陷，通过对可靠度指标的详细分析，使构件可靠度相互协调，并依托塑性理论，使材料的最大性能得到了发挥。当前，极限状态法已经成为了国际钢结构设计的主要方式，更好的满足了现代化大规模钢桥建设与发展的需要。
3 载荷设计
公路桥梁、铁路桥梁设计中的荷载要选用荷载的标准值，而在房屋钢结构的设计中，往往使用极限状态法，在应用该方法时，设计荷载是由荷载标准值与荷载分项系数、结构重要性系数以及可变荷载组合系数的一个组合值。在房屋钢结设计中，设计使用年限主要是由γ0（结构重要性系数）来反映，如果设计使用年限超过100年，或者安全等级是1级的钢结构构件，通常γ0值都会≥1.1，而其他结构构件的γ0值可以小于1.1。一般情况下，公路、铁路建设的使用设计年限都不小于100年，而房屋钢结构设计的安全等级也都为1级，因而γ0值都不能小于1.1。表1主要对房屋、公路和铁路钢结构设计中的强度和稳定性计算方法进行对比。
通过对房屋、公路和铁路钢结构强度、整体稳定性计算方法进行分析，可以发现，房屋建设设计规范虽然与公路、铁路设计之间存在差异，但是差异较小，计算公式基本相同。在房屋建设设计中，需要应用极限状态的计算方法，因而对主平面内的受弯正应力强度进行计算时，需要认真分析塑性的发展系数γx与γy。而在公路和铁路桥梁设计中，会使用容许应力法来进行设计，在对构件内力进行计算时，仅仅需要对材料弹性受力阶段的性质进行分析，并可以发现，在计算公式中并没有能够反映出材料塑性的相关参数。在《钢规》中，需要利用净截面面积和毛截面面积分别对结构强度和稳定性进行验算。《钢规》把钢结构的稳定性分成了整体稳定性与局部稳定性两种类型，整体稳定系数φ都小于1.0，并通过其来对整体结构的承载能力进行判断，通过对构件的高（宽） 厚比进行验算，并设置加劲肋，从而避免局部出现不稳定的现象。而《公桥钢规》《铁桥钢规》钢构件的稳定性主要凭借容许应力折减系数的方法来进行控制，在计算局部稳定性时，采用的方法与《钢规》中规定的方法相近，但是高（宽） 厚比却存在一定差异。
4 结语
本文主要对公路、铁路与房建行业的钢结构设计规范进行了比较分析，明确公路、铁路和房屋钢结构之间存在的差异，从而使建设施工人员能够更好的掌握钢结构的设计标准，同时为相关部门的管理者提供参考依据，从而提高工程项目的施工质量，促进我国建筑行业的发展。
参考文献：
[1]原华，吴卫华，李临庆.公路、铁路与房建行业钢结构设计规范比较研究[J].高等建筑教育，2014，08（15）：12-13.
[2]高策，薛吉岗.铁路桥梁结构设计规范由容许应力法转为极限状态法的思[J].铁路标准设计，2012，（04）：41-45.
关键词：美标规范；钢结构；抗弯构件
中图分类号：TU392 文献标识码：A
中美两国规范体系不同，两者在结构设计上也迥然不同。随着我们企业逐渐走出国门，进入广大的国际市场，尤其是在亚非拉众多国家，当地的结构设计往往按照美标设计，或者以美标为基础建立发展自己国家的设计规范，在这些国家承包的工程，其结构设计往往要求必须遵循当地规范或者美标规范，这就要求我们的企业必须掌握美标规范设计。出于这方面考虑，我们对美标规范设计进行了研究，在本文中我们选取构件设计中常见的抗弯构件设计来进行对比分析，并以某钢结构简支梁截面为例进行案例验算分析。
1.受弯构件强度计算流程
1.1 中国标准（GB）计算流程
根据现行钢结构设计规范GB50017-2003，钢结构受弯构件的正应力强度计算、剪应力计算、局部承压强度计算、以及折算应力计算分别如下列公式（1）、（2）、（3）、（4）。
上述公式中有关参数见GB50017第4.1.1～4.1.4条相应条款，上述公式仅适用于主平面内受弯的实腹式构件，不适用于腹板屈曲后强度验算。一般验算主平面内受弯的腹板未屈曲的实腹式构件，均要验算上述式（1）、式（2）。特殊情况还需要根据GB50017按照式（3）、式（4）验算。
1.2 美标规范计算流程
美国钢结构协会AISC提出了两种钢结构设计方法，即LRFD和ASD法。设计人员可自行选定采用何种方法进行结构设计，而选取的依据是设计的经济合理性。
剪应力强度计算公式见式（5）。
kv―腹板稳定系数；对于非加劲截面且h/tw3.0或a/h>[260/（h/tw）]2；横向加劲肋除应满足上述要求，还应满足构造要求，具体详ANSI/AISC 360-10 G3.3节。
2.受弯构件稳定计算流程
2.1 中国标准（GB）计算流程
当不满足钢结构设计规范GB50017-2003第4.2.1条规定时，钢结构受弯构件的整体稳定计算，单向弯矩作用和双向弯矩作用分别如下列公式（9）、（10）。
不满足上述第一种情况的箱形截面简支梁，其截面尺寸满足h/b0≤6，l1/b1≤95（235/fy）时可不计算整体稳定性。有关参数见《钢结构设计规范》第4.2.2～4.2.4条相应条款。
2.2 美标规范计算流程
（1）无需计算整体稳定
ANSI/AISC 360-10中，F2、F3、F4、F5章节所列的截面，当Lb≤Lp时，不用进行侧向扭转屈曲极限状态计算；F6、F7、F8章节所列的截面不用进行侧向扭转屈曲极限状态计算。
3.2 中国标准（GB）验算
强度：由规范得，对于双轴对称工字形截面γx=1.05；
结论
本文介绍了中国标准和美国规范对于钢结构抗弯构件的强度计算及稳定计算的流程，并且选取一实际案例进行对比计算。从上文可以看出美标规范在构件计算上的规定要细、要求更多，计算流程更为烦琐。
通过系统计算，说明设计过程。
关键词临时立柱 临时立柱基础 连系梁截面
中图分类号：TU921 文献标识码：A 文章编号：
1引言
一号桥站是成都地铁3号线一期工程中的一个中间站，无换乘，为地下二层双柱三跨12m岛式车站，本站两侧区间为盾构区间，盾构机从北向南过站。车站位于红星路-府青路与建设北路-星辉东路交叉口，主体沿红星路-府青路布置，附属分布在红星路-府青路两侧，A出入口及1号风道部分处于机动车路面下的围护结构采用盖挖法施工。
A出入口及1号风道长63.6m，宽26.8m,第一道支撑采用钢筋混凝土支撑，混凝土支撑截面采用600mm×800mm，第二道支撑采用钢支撑,钢支撑采用Φ609，t=14mm。沿长度方向设置一排临时立柱。临时立柱上第一道连系梁采用截面为600mm×800mm的钢筋混凝土连系梁，第二道连系梁采用双拼40C槽钢。围护结构平面布置图如下图所示：
2临时立柱和连系梁设计
2.1临时立柱截面设计
临时立柱根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）按轴心受压构件计算，其轴向力设计值：
（Nzl—水平支撑及柱自重产生的轴力设计值；Ni—第i层支撑轴力设计值；n—支撑层数）
临时立柱采用格构柱截面采用4根等边角钢L125X125X14,四块缀板300X300X10间距是600mm， (临时立柱高7.4m)，一边高度方向约为9块缀板，查型钢表角钢的线密度:26.2kg/m.缀板的线密度=0.3*0.1*7.85*1000=233.5kg/m.
因此格构柱自重：
联系横梁采用槽40C,重：
混凝土撑作用在立柱上自重：
钢支撑作用在立柱上自重：（支撑共1道）直径609mm壁厚14mm其线密度为：205.429kg/m，
故：
根据里正深基坑的计算结果：第一道混凝土支撑的最大轴力标准值N=328.73kN，第二道钢支撑的最大轴力标准值N=512.02 kN,
军便梁上传递的荷载：
总共作用在立柱上的荷载值：
立柱长度：L=7.4m
立柱两端铰接，钢支撑长度系数：；
立柱计算长度：
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的规定：
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)5.1.3条查型钢表L125X125x14如下图所示的截面特性：
， ,,
根据材料力学知识计算该组合截面的惯性矩：(格构柱截面400x400)
《根据钢结构设计规范》(GB50017-2003)分肢对最小刚度轴的长细比，其计算长度取为：焊接时为相邻两缀板的净距离l=600mm。
则换算长细比：（根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)5.1.3-3式）
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)表5.1.2对于格构柱的截面分类对X,Y轴均为b类。
采用Q235B级钢，查《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附表C-2
轴心受压构件的稳定性系数：
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)5.1.2式）计算稳定性：
(稳定性满足要求)
根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)5.1.1式）计算强度：
（强度满足要求）
结论：临时立柱采用直径截面为400x400mm，四角采用L125x125x10的角钢，缀板采用300x300X16,缀板净距600mm的格构柱满足要求。
2.2临时立柱基础设计
根据《建筑桩基规范》(JGJ94-2008)（5.3.6式）单桩承载力标准值：（立柱桩径为1200mm，根据≤建筑桩基规范≥(JGJ94-2008)属于大直径桩）
根据≤建筑桩基规范≥(JGJ94-2008)表5.3.6-2（碎石类土层），大直径桩侧阻，端阻尺寸效应系数分别为：
桩周长：
根据《成都地铁3号线详细勘察阶段一号桥站岩土工程勘察设计参数建议值表》：桩的极限侧阻力和端阻力的标准值分别为：，立柱轴向力设计值为：1725.102kN。
=3.14x0.87358x120x3.5+0.87358x2500x1.1304
=1152.08+2468.74=3620.82kN
承载力特征值：
R=Quk/2=1810.4>1725.102
故承载力满足要求。
2.3连系梁的设计
第一道临时联系横梁采用两道槽40C钢。
联系梁跨度取L=5.0m
联系梁自重:
联系梁上作用混凝土撑（截面600X800）传来集中力（取联系梁段第二道钢支撑480.5kN）：
（取支撑自重+轴力的10%作用在连梁上）
假定钢支撑集中力作用在跨中(按最不利位置考虑)，则
支座处最大弯矩：
两道槽40c钢抗弯截面系数：
第二道临时联系横梁采用两道槽40C钢。
联系梁跨度取L=5.0m
联系梁自重:
联系梁上作用钢支撑（直径609，壁厚14mm,传来的集中力（取联系梁段第二道钢支撑轴力标准值501.12kN）：
（取支撑自重+轴力的10%作用在连梁上）
假定钢支撑集中力作用在跨中(按最不利位置考虑)，则
支座处最大弯矩：
双槽40c钢抗弯截面系数：
满足要求。
参考文献
[l] 《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
[2] 《建筑桩基规范》(JGJ94-2008)
[3] 《钢结构设计手册》.北京.中国建筑工业出版社.2003
【关键词】 节点连接 等强连接 刚性连接 节点域 弹性阶段 塑性阶段
中图分类号:G808 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)08-0202-02
1.引言
本文通过对STS模块中节点连接计算的实例计算数据,分析梁柱的刚性连接计算要点,在分析中综合软件,设计知识,规范三部分内容,将其有机结合。从而归纳总结节点设计的要点,同时提出软件计算的不足之处,STS模块采用的是2006.3的版本。
1.计算原则
建筑钢结构的节点连接,当非抗震设防时,应按结构处于弹性受力阶段设计,当抗震设防时,应按结构处于弹塑性阶段设计,节点连接的承载力应高于构件截面承载力。
2.计算目的
梁与柱的连接,按梁对柱的刚度的约束(转动刚度)大致可分为三类:即铰接连接、半刚性连接、刚性连接。本文仅对梁柱的刚性连接做计算分析。
梁与柱的刚性连接,其计算方法主要有以下两种:
(1)常用设计法
(2)精确计算法
节点抗震验算。
1)满足强柱弱梁的要求,即满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-1式即
。
2)满足强节点弱构件的要求:连接的受弯承载力和受剪承载力,满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.8-1
即和8.2.8-2即 。
3)节点域强度计算,满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-2。
本例计算简图及手算复核如下:
软件有关塑性截面模量的计算只给出计算的结构,对于计算过程未反映,现塑性截面模量计算如下:
HW300X300为双对称截面,所以全截面考虑塑性屈服时,受拉和受压侧的截面静矩相同:
ST=SC
应力计算,抗震设计时应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.4.2条。本例手算复核如下:
对接焊缝与角焊缝的抗拉强度设计值不同,计算焊缝强度时,可先将对接焊缝面积 换算为等效的角焊缝面积 ,令焊缝的有效厚度不变,翼缘对接焊缝的长度即可按下式换算为等效角焊缝长度。
翼缘的惯性矩:
腹板的惯性矩:
翼缘惯性矩/全截面惯性矩:
0.9584
按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.4.2条:
高强螺栓承担的剪力设计值为
焊缝承担的剪力设计值为
梁翼缘和腹板与柱形成的工字性焊缝中翼缘设计弯矩为:
腹板设计弯矩:
节点域屈服承载力:应满足《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第8.2.5-2或《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2. 节点域的体积:
折减系数:(假设按7度设防)
节点域屈服承载力:
假如节点域的屈服承载力不满足,如何来补强呢?依据《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-1998)中第8.3.9-2,在柱、梁截面一定的情况下,对H型钢柱,可在节点域加贴焊板,焊板上下翼缘应伸出加劲肋以外不小于150mm,并用不小于5mm的角焊缝连接贴板和柱翼缘可用角焊缝或对接焊缝连接。当在节点域的垂直方向有连接板时,贴板应采用塞焊与节点域连接。因柱、梁截面已定,唯独能改变的是节点域的体积,也即柱腹板的厚度tw。
实际柱腹板厚度为13mm。从这一角度也验证了计算的正确性。
小结:
通过以上对电算的计算过程分析及手算复核,可以归纳出梁柱刚性连接的计算要点有如下几点:
1. 当考虑地震计算组合时,应勾选“设计内力是否为地震作用组合”,不考虑地震作用组合时,可不选此项。
2. 当为非抗震设计时,内力采用梁端的实际内力设计值,当为抗震设设计时,可按梁端承载力计算。
3. 考虑现场实际的连接,操作工艺为先栓后焊,有可能才用高空焊接,焊接温度对高强螺栓预拉力有影响,高强螺栓的实际承载力应做折减,折减系数取0.9,系统默认值为1.0。角焊缝的连接强度设计值当不采用引弧板时取0.85.
4. 梁翼缘采用对接焊与柱翼缘连接,在分配弯矩时,应将对接焊缝转化为角焊缝,按翼缘惯性矩占全截面惯性矩的比例分配弯矩。
5. STS程序中计算节点域的稳定采用的是,而规范采用的是
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准,《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) (2006年版),北京:中国建筑工业出版社,2006
[2] 中华人民共和国国家标准,《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),北京:中国建筑工业出版社,2009
[3] 中华人民共和国国家标准,《建筑抗震设计规》(GB50011-2001)(2008年版),北京:中国建筑工业出版社,2008
[4] 王建,董为平编著,《PKPM结构设计软件入门与应用实例-钢结构》,北京,中国电力出版社,2008
[5] 夏志斌,姚谏编著,《钢结构设计―方法与例题》,北京,中国建筑工业出版社,2005
[6] 《钢结构设计手册》编辑委员会,《钢结构设计手册手册》(第三版),北京,中国建筑工业出版社,2004
【关键词】钢结构；结构设计；要点分析
21世纪是一个科技高速发展的时代，我国处于社会主义初级发展阶段。我们只有大力发展生产力，增加科研投入，不断地进行改革探索最后一定会取得很好地成绩。在我国的建筑行业近几年呈现良好的态势，我们在这个领域取得了很好地效果，尤其在钢结构的改革方面更是取得了很好地效果。在传统的观念，钢结构的做大的作用就是稳固的作用，对于工程的质量起到很好的保证作用；如今想在原有的基础之上更好的使钢结构具有更好的强度，质量轻便，施工的过程简单易行。面对于市场需求的要求，我们的建筑企业就要不断地改革创新，如今的压力主要来自于两个方向：第一，近几年建筑企业呈直线型上升，之间形成了强烈的竞争关系，很多的企业进行价格战，这样减少了收益；第二，想要占领市场就要加大科研投入，具有强大的质量保证，及时出现更新换代的产品，只有这样才会更好地具有竞争力。
一、明确钢结构设计所涉及规范、规程
钢结构设计中所涉及规范、规程总体上可分为三种：1.国家规范（GB），如《钢结构设计规范》（GB50017-2003）、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等等；2.行业规程（JGJ）或地方规程（DBJ）有：《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）、《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）等等；协会规程（CECS）有：《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（2012年版）》（CECS102：2002）、《预应力钢结构技术规程》（CECS212：2006）等等。
二、理解钢结构设计使用年限、设计基准期和建筑寿命的概念
钢结构设计使用年限、设计基准期和建筑寿命的区别。所谓的设计的年限，通常是指在设计之初规定的时间之内，该项产品不会出现大的问题进行大型的维修，只需进行日常的维修保养即可，就能达到设计之初的设计理念。对于设计基准期，是指在设计的过程中确定活荷载代表值选用的时间参数，根据某一特定的区域与关系，进行不同年段进行统计，确定其失效率，最后定下基准。在我们这里提到的建筑的寿命，指的是建筑最终的使用时间，一般情况下，这个时间是按建筑开始，一直到完全报废退出历史的舞台的整个的时间。在我们的如今的钢结构设计中这几方面的参数数据是不可缺少的。
三、区分钢结构设计的承载能力极限状态和正常使用极限状态
承载能力极限状态是指结构或结构构件达到最大承载能力或出现不适宜继续承载的变形。正常使用极限状态指结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限。钢结构设计中，对承载能力极限状态进行严格的控制，保证结构不发生安全破坏；对正常使用极限状态，要结合建筑物的安全等级，使用功能等要求进行有效地控制。既满足建筑物的使用要求，又要兼顾建筑结构的经济性。
四、单层钢结构厂房设计注意事项
1.注意单层厂房的温度区段的分隔措施。随着我国工业建筑规模的扩大，近年来建成了一些特大面积的厂房，有的纵向长达数百米，有的横向十余跨相连。《钢结构设计规范》有关温度区段的分隔长度应按《钢结构设计规范》或《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的相关要求。纵向温度区段的分隔以双柱伸缩缝为宜，对有托架的厂房，也可采用铰接短钢柱或吊挂钢板支撑的构造来实现双柱伸缩缝。纵向温度区段的分隔如采用双柱伸缩缝会影响厂房的使用功能，以采用滑动支座的方法为宜。
2.注意单层厂房屋面支撑系统的布置。厂房屋面支撑系统保证了结构在安装和使用过程中的稳定性，提高结构的整体刚度，控制了屋面杆件的平面外计算长度以较少杆件的截面尺寸。屋面支撑系统包括横向支撑、纵向支撑、竖向支撑（仅用于梯形屋架）和系杆。
3.注意单层厂房柱间支撑系统的布置。厂房的柱间支撑保证厂房纵向的稳定和空间刚度，承受厂房所受纵向的风荷载、吊车荷载及地震力并传至基础，控制了柱的平面外计算长度以较少柱的截面尺寸。柱间支撑的设置除按规范要求满足其上述功能外，还要注意与屋面支撑系统相协调，与屋面支撑设在同一柱距内。对于屋面支撑形式，应首选十字形交叉支撑，这种支撑传力直接、构造简单、用料省、刚度大；对于柱间距与支撑高度比值大于2的上柱支撑，可采用人字型或八字型支撑以减少用料；当支撑位置处要考虑人员出入或放置设备，应考虑空腹式门形支撑，但这种支撑用料费、刚度差，所以柱间支撑，尤其是下柱支撑尽量设于无人员或设备的柱距处。
五、钢结构制图注意事项
钢结构的设计图纸和很多的设计图一样也是分为两部分，设计之初的设计图和施工图两部分，我们严格按照设计审核的相关的规定，图纸的设计者主要的方向是在设计图方面进行深入的钻研探索，钢结构的相关的施工单位根据实际的工程方向进行设计。在设计的过程中这两部分的设计人一定要进好工作的协调工作，互相渗透自己的思想理念，达成共同的目标，以保证工程的进度顺利地实施，最后达到工程的目的。
六、结语
激烈的竞争的形式是今天我们必须要面临的，我们可以想象每天报道的中小企业的倒闭的现象很多，正由于面对着严峻的压力，没有很好的处理好这方面的关系，想要企业有很好的发展，就要不断地发开发新的产品，提高品质，与同类产品相比较更具竞争力。我们的钢结构就是面临着这样的问题，经过自身不断的改革创新，使自身更具竞争力。目前，钢结构的设计取得了一定的成绩但是还有很多的问题存在，想要更好地发展，我们还要不断的走下去，一步一个脚印的解决问题，不断地满足市场的需求，用先进的科学技术说活，我相信在不久的将来我们的钢结构设计一定会取得更大的成绩。
参考文献
Abstract: Through analyzing the defections of steel column, the behaviours of column under axial compression are introduced in the paper. Based on the buckling and finite element theory, the residual stress and the defections distributions for box welded column are presented along with calculation ,analysis, discussion and comparison of overseas' experimental result . It proved that the model is correct. Through the result comparison of AISC, EN1993 and GB 50017-2003, the paper presented a complement method of description of the column curve.
关键词：轴心受压柱；箱型焊接截面；整体稳定；有限元分析
Key words: column under axial compression; box welded column; overall buckling; the infinite element analyze
中图分类号：TH12 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）36-0157-03
0引言
自从人类开始应用钢结构以来，钢结构的发展始终是与钢材材料特性和生产工艺的发展紧密相连的。正是钢材材料的不断改进，提高了钢结构的承载力、经济性能和使用性能，促进了钢结构的发展和应用。对于轴心受压构件的受力性能与设计一直以来都被认为是钢结构设计的基础与重点。建筑工程部于1954年颁布的《钢结构设计规范试行草案》，代号规结-4-54[1]，就有了我国的第一条柱子曲线。此后，钢结构设计规范经历了74版，88版，一直到2003年4月建设部批准并颁布的2003版GB50017―2003《钢结构设计规范》[2]，我国对于轴心受压钢构件的研究已处于世界领先水平。但是随着材料科学的进步与冶金工艺的发展，高性能的钢材在机械、船舶、桥梁、建筑工程领域的应用已越来越多。针对钢材性能改善，对于钢结构受力性能及设计的研究亦需要不断完善。
1压杆缺陷的影响
轴心受压钢构件极限承载力的设计计算是以现实钢压杆缺陷为前提，以强度、稳定理论为基础建立起来的。现实的钢压杆是用弹塑性材料制成的，它既有几何缺陷又有力学缺陷。几何缺陷主要是杆件并非直杆，或多或少有一点初始弯曲，也可能有一点初始扭曲。另外，截面并非完全对称，组合截面的制造偏差和构件安装偏差都可以使荷载作用线偏离杆件轴心，从而形成初始偏心。力学缺陷包括屈服点在整个截面上并非均匀以及存在残余应力。上述缺陷中对压杆性能影响最大的是初始弯曲和残余应力。初弯曲的存在使轴心压杆丧失稳定的性质发生了改变，这里不再累述。
残余应力在压杆截面内的分布变化多端，它既和轧制后的冷却、焰割、焊接等过程有关，也和材料厚度和截面组成形式有关。同一型式但尺小不同的截面，残余应力分布还会有不小的差别，如轧制H型钢翼缘的残余应力有时更接近于线性分布。轧制型钢残余应力的绝对值不受其屈服点的影响。因此，随着材料屈服点提高，残余应力的影响相对降低。焊接截面在焊缝处一般都有高达材料屈服点的残余拉应力。如果它的位置在截面的边上，和它相平衡的残余压应力又不大，则残余应力对压杆的不利影响就不显著。由于焊接残余应力的大小和材料屈服点无关，材料强度很高的焊接截面（f>430N/mm2）的残余应力可能达不到fy，它的影响也会比普通钢材焊接截面的低，但低的程度和轧制型钢的不完全相同。残余应力对压杆性能的影响程度，主要取决于残余压应力的大小，它的变化情况、分布宽度以及在截面上占据的部位。原因是残余压应力使压杆的一部分提前屈服，从而削弱杆件的刚度。
Rasmussen[3]等于1995年制作了6个焊接箱型柱，测定其残余应力及极限承载力，试件的截面尺寸及主要参数如表1、图1所示。从图表中可以显示上述箱型焊接截面残余应力的分布情况。本文应用文献试验数据，用以第3节进行有限元模型计算对比。
2轴心受压钢构件受力性能
2.1 轴心压杆的失稳形式
轴心压杆承载能力的极限状态是丧失稳定，完善弹性挺直杆失稳的临界力，可以由著名的欧拉公式算得，这些都是学过材料力学的人所熟知的。欧拉公式所给出的临界力：
NE=π2EI/L2（1）
是杆件能够继续保持直线平衡形式的极限荷载，达到这一荷载后杆件就发生弯曲变形。然而，丧失直线形式的平衡并不一定是由直变弯，也可能由直变扭，即里扭转屈曲：
N=（GIt+）（2）
式中：GIt是杆自由扭转刚度；EIω是杆约束扭转刚度。i0是截面关于剪心的极回转半径。
一根具体的轴心压杆，达到承载能力的极限状态时究竟呈弯曲屈曲还是扭转屈曲，要看它的材料和截而特征EI，EIω，GIt以及长度l的大小。在工程实践中，抗扭性能低，有可能出现能出现N
除了弯曲屈曲和扭转屈曲外，轴心压杆还有另外一种可能的失稳形式，即弯曲和扭转同时发生的弯扭屈曲。只有一个对称轴的截面，剪心S和形心O不重合。当杆件绕对称轴oy弯曲时，产生的剪力不经过截面剪心，必然导致杆件扭转。因此，当截面绕对称轴弯曲刚度较小，扭转刚度也不大时，弯扭屈曲成为这种杆件承载能力的极限状态。
对两端铰支且翘曲无约束的弹性杆，弯扭屈曲临界力 由下式计算，即：
i20（Ny-Ny）（N-Ny）-N2yy2s=0（3）
式中 为按欧拉公式计算的绕y轴弯曲屈曲的临界力； 为由式（2）计算的扭转屈曲临界力，ys为剪心坐标。
此式可以化成：
Ny/Ny+Ny/N-k（）=1（4）
如果轴心压杆采用没有对称轴的截面，则剪心坐标不仅y不为零，xs也不为零。这时绕两主轴弯曲都会伴随有扭转，使临界荷载总是低于弯曲屈曲临界力，也低于扭转屈曲临界力。不等边的单角钢就属于这种情况。这类截面的杆件实际很少用作压杆，也不宜采用。
2.2 轴压构件极限承载力的设计计算
对轴心受压构件的稳定计算采用多条柱子曲线开始于上个世纪七十年代。
美国里海大学（Lehigh University）的研究者于1972年提出了3条柱子曲线，代表112条曲线分成的3组，曲线1由30条曲线经统计得出；曲线2由70条曲线经统计得出；曲线3由12条曲线经统计得出。
112条曲线都考虑了初弯曲和残余应力，采用最大强度理论得出[4]。美国钢结构协会（American Institute of Steel Construction）在其颁布的规范[5]中参考了上述研究成果，不过只采用了第2条柱子曲线，即采用单一柱子曲线。欧洲标准化协会（European Institute for Stand-ardization）于2005年颁布了钢结构设计规范EN1993[6]。和以前的试用版仅为推荐使用、没有强制约束效力不同，本次颁布的EN 1993规定其28个成员国应在2010年之前全面修改本国的设计条文，以符合EN1993的规定。
EN 1993推荐了5条柱子曲线用于轴心受压构件的设计。我国钢结构设计规范GB50017[2]是在1988年颁布的钢结构设计规范的基础上修改而成。
新规范在保留老规范的3条柱子曲线的基础上增加了第4条柱子曲线用于厚板截面的设计。
我国钢结构设计规范GB-50017，轴压构件承载力的设计公式为：
NRd=φAf
其中f为钢材的强度设计值，整体稳定系数φ如图所示
为了使用方便，φ曲线还应该用比较简便的公式来表达。公式采用Perry型式可以得到和曲线很接近的结果，即：
（1-φ）（1-λ2φ）=a（λ-0.2）λ （5）
或
φ=（6）
对于欧钢协的a，b，c三条曲线，a分别取为：
a 曲线，a=0.206
b 曲线，b=0.339
c 曲线，c=0.489
板件厚度超过40mm的重型截面，翼缘外边缘的残余压应力很高。欧钢协还为此增添了一条比c曲线更低的d曲线，它的a值可取为0.759。
我国为了采取多条柱曲线，做了大量计算分析和一部分实验。结合我国的应用情况，重点放在焊接H型钢和双角钢组合截面上。其他截面如普通工字钢、T形钢和钢管等也做了分析，最后归纳出三条曲线。
和欧钢协的曲线不同的是没有λ从0-0.2时的水平段。常用的双角钢T形截面、焰割边的焊接工字形截面以及格构式截面都归入b曲线。因此b曲线将是设计中用得最多的曲线。
2.3 轴压构件极限承载力的设计计算比较
设计计算算例：fy=345MPa，E=2.1×1011Pa，长细比λ=30，80，150，按照美国钢结构设计规范（AISC 360-05），欧盟钢结构设计规范（EN1993）和我国钢结构设计规范计算得到的整体稳定系数如表2所示。
由表中数据的比较可见，在工程常用的λ=80时，AISC规范的柱子曲线介于EN 1993和GB50017的a， b曲线之间。与EN 1993相比，GB 50017的a曲线略高于EN 1993中的a曲线。
3有限元模型计算比较
本文计算的6个超高强度钢材焊接工形轴心受压柱的几何属性如图3和表1[1]所示，表1中，L为柱的长度，e为柱中截面处的总的几何初始缺陷，等于柱中截面处的构件初弯曲V0和荷载的初偏心e0之和。试件所用钢板为焰切边，采用气体保护金属极电弧焊焊接成工形截面。
有限元模型计算使用ANSYS通用有限元软件。柱子采用BEAM188单元，每根柱沿长度方向划分为50个等长单元。箱型截面采用PLANE82单元自定义划分网格，存为截面信息文件。模型单元划分见图3。
模型采用Mises屈服准则和双线性随动强化BKIN模型模拟理想弹塑性钢材本构关系。
残余应力采用文献[3]实测残余应力值如表1所示 ，建立初始应力文件，在分析时每个截面单元积分点从初始文件中读入相同的残余应力值。
有限元计算得到的典型试件的极限变形状态（z轴方向位移）。有限元计算得到的所有试件的极限承载力及其与试验结果的对比如表3所示，其中，test为试验值，RS表示采用残余应力分布模式用有限元计算得到的结果。
表3显示了六根柱的极限承载（RS项）与计算模型的计算结果（TEST），从其结果的比较可以看出，残余应力的变化对钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小，这与已有的相关研究结论一致。
4结论
通过对上述轴压钢构件受力性能与设计计算的研究，可以得到以下结论：
①通过对压杆缺陷的各因素比较分析，得出杆件的残余应力对极限承载力影响最为严重，并且随着材料屈服点提高，残余应力的影响相对降低。
②AISC 360-05采用单一柱子曲线，因而不能充分考虑加工工艺、残余应力等因素对各种截面构件稳定承载力的影响；EN 1993和GB 50017分别采用5条和4条柱子曲线，较为科学的。
③通过有限元模型计算结果与已有文献试验的比较，得出考虑了几何初始缺陷与残余应力的有限元分析可以准确地计算试件的极限承载力。因此，可用来分析比较各种因素（截面形状、材料性能、残余应力、初弯曲、初偏心等）的影响，能较方便的绘制出多柱子曲线。
参考文献：
[1]中华人民共和国建设部.规结-4-54，钢结构设计规范试行草案[S].1954.
[2]GB 50017-2003 中华人民共和国建设部. 钢结构设计规范[S].2003.
[3]K. J. R. RASMUSSEN， G. J. HANCOCK. Tests of high strength steel columns[J]. Journal of Constructional Steel Research， 1995，34（1）：27-52.
[4]夏志斌，姚谏.钢结构原理与设计[M].北京:中国建筑工业出版社，2004：170.
关键词：轻型轻型钢结构设计；刚度；稳定性；连接
Abstract: based on the basic condition of steel structure gently and gently steel structure characteristics of the development of understanding, introduces the light of light steel structure design principle, and then to steel structure stiffness, gently overall stability, high strength bolt connection, support, and weld in design are discussed in this paper.
Keywords: light of light steel structure design; Stiffness; Stability; connection
中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：
引言： 轻型钢结构在高层建筑使用已经几十年。轻型钢结构建筑的许多优点,比传统的混凝土结构、砌体结构等,它具有性能稳定、强度高、质量轻、抗震性能好、施工可厂方制造现场装配,不仅加快了施工进度,能大大缩短施工周期，而且基本的成本低,材料可回收再生、节能、节地、节水。作为一种绿色环保建筑,近年来,轻型钢结构建筑被列为重点推广项目。由于炼钢技术和成型制造技术日益成熟,它给用轻型钢结构工程带来了新的生命,工程建设也不断增加,因此,它将不断完善自身的轻型钢结构的设计。一、轻型钢结构工程设计原则 1、轻型钢结构的稳定设计
轻型钢结构的一个突出问题就是稳定性。在各类轻型钢结构中,都会遇到稳定性问题。对这种问题,将造成严重的后果。所以,我们轻型钢结构设计必须掌握稳定设计。目前,轻型钢结构出现在失稳的事故是由于设计师的缺乏经验、结构和成分的稳定性的概念,使总体结构设计中存在的薄弱环节的稳定性设计。另一方面是由于新出现的结构,如空间网架、网壳结构,设计了如何设计还没完全理解。
2、结构计算简图和计算方法的简图相一致
框架结构的稳定性计算是非常重要的,目前在设计单层及多层框架结构,往往不分析框架的稳定性,而只是框架柱稳定性计算。在使用计算简图这种方法,使用的框架柱计算长度系数稳定,整体稳定分析框架应当是通过使稳定性计算框架稳定计算效果。然而,实际的框架不同的,而且设计为了简化计算工作,需要设置一些典型的条件。
二、轻型钢结构的设计
1、刚度设计
国标GBIl7 - 88《钢结构设计规范》多层架与重级工作制吊车的厂房变形控制要求一个明确的规则。对于普通的单层结构、国标CECSIO2:98《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》作出了明确规定。构造变形主要涉及适应性的问题,系统总体结构安全涉及不太深。与单一轻钢结构屋面通常不上人。设计时轻钢结构厂房变形控制是可适当放宽。放松变形对那些主要由变形控制架构是非常重要的经济意义。
2、整体稳定设计
2．1框架构件设计
整体稳定系数计算公式：
（1）
式中：Φb一梁整体稳定系数；
βb―梁整体稳定等效弯矩系数；
λy―梁侧向支撑点间对接弱轴的长细比；
Wx―按受压纤维确定的梁毛截面抗矩；
A―梁毛截面面积；
h―梁截面全高；
tw―梁受压翼缘厚。
由式(1)知，构件整体稳定承载能力与λ²y成反比。由于λy与受压翼缘的自由长度Ly，成正比，故解决整体稳定最经济有效的办法是对受弯构件的受压翼缘增加侧向支撑以减少Ly。因为在轻型钢结构设计中，由于檩条彩板屋盖结构的檩条的侧向支撑作用(檩条间距一般为l200―1500mm)，梁的整体稳定往往有保证。这样就可以不必为整体稳定而加宽翼缘，增加用钢量。设计时还应注意，檩条只能约束屋面梁上翼缘和柱外翼缘。但是由于轻型钢结构屋面往往较轻，风荷的改变往往会改变内力的方向，因此粱下翼缘及柱内翼缘也都存在受压的可能。对于这种情况，设计时可在构造I通过设置隅撑来解决(隅撑一般可用L45×3小角钢)。隅撑连接梁下翼缘(或柱内翼缘)与檩条，使之形成侧向约束，来解决梁下翼缘(或柱内翼缘)的整体稳定。
2．2檩条设计
采用z型、c型檩条时，设计成搭接的连续性檩条而成为连续梁计算模式比以简支梁为模式的效果好。尉为连续梁模式比简支梁模式的刚度大，稳定性优于简支梁。在美国钢结构图纸与技术中，他们计算稳定的自由长度Ly取值是连续梁跨中反弯点之间的长度。它比我国现在一般取的自由长度要小，因此稳定性也优于简支梁。接连续粱模式设计成的檩条，其檩条的拼接处一般都在跨度的三分之一处，现场安装往往会有高空作业。这一点施工时应注意。
3、局部稳定设计
根据弹性理论，四边简支板的临界剪应力为：
（2）
由式(2)知：板的局部失稳临界剪应力与(h／tw) ²成反比，故h／tw越小越好，设计时为了节省钢材就须增大h／tw值以提高构件的抗弯模量。这时解决局部失稳往往可以不必增大腹板厚tw，一般是通过设加劲肋的方法来解决。在国标GBJl7―88《钢结构设计规范》中，h／tw≥80设加劲肋的规定就是基于临界剪应力与抗剪屈服应力相等定出的。这个规定对于普通钢结构是合适的。但对于轻型钢结构，因为荷载较小，往往剪应力也很小，要远远低于抗剪屈服应力。在低剪应力下，即使h／tw≥80也不会产生局部失稳现象。因此设计时，只要剪应力未达屈服剪应力，就可不设加劲肋。但实际设计时往往做不到这一点，往往h／tw≥80时都设加劲肋，这样一般情况下，多用了约10％的钢材。这一点设计轻型钢结构时须考虑。
4、高强度螺栓连接设计
在大跨度、振动的结构中，反向应力较大，甚至正、反向应力基本持平。在这种情况下，建议用摩擦型高强螺栓连接。在别的一般情况下，均可用承压型高强螺栓。但是设计承压型高强螺栓时，亦应注意国标GBJl7―88《钢结构设计规范》之规定：承压型高强螺栓的承载能力不得大于按摩擦型高强螺栓计算出的承载能力的1．3倍。
5、支撑设计
轻钢结构,经常使用交叉式杠杆、花篮螺栓安装支撑体系(拉压杆系统支持经常被用来在重型厂房)。拉压杆支持系统一般很少使用轻钢结构。但拉杆设计支持,实际工程设计中,常常不单独设置此直接压杆,一般来说,加强檩条充当。此外,布局的数量通常支持3 ~ 4列布置的距离。
6、焊缝设计
在设计规范的受力已经明确的焊缝的强度。这里所讲的焊接指梁、柱腹板和翼缘板之间的焊缝。因为这些焊接在轻钢结构制作中占了绝大部分的焊接工作。梁柱腹板的焊缝和翼缘之间是转移主要翼缘和腹板剪切应力之间的。翼缘之间和腹板剪力很小,所以他们可以焊接是非常小的。在美国钢结构施工图,焊缝的处理是单面焊缝的广泛使用,这使得焊接大大减少工作量。自动焊接机能力的一次左右。那么为什么不使用国内施工图单面焊缝吗?究其原因大致有:一是目前国内最轻钢结构的制造商还没有解决单面焊缝不对称变形;二是长设计人员已形成一种习惯,不想改变原有的施工方法。只要很好地解决非对称变形的问题,对梁翼缘之间的单面焊焊缝金属网都可以使用。然而,对于那些力大的重要的部分是必须使用双面焊接,如吊车梁、支架等。
结束语
随着经济的发展，轻型钢结构生产的标准化，轻型钢结构会在建筑市场占据越来越重要的地位。而有关轻型钢结构的设计方法也将越来越科学，从而推动了轻型钢结构的发展。
参考文献
[1]GBJl7―88，钢结构设计规范[s]
[2]编写组、轻型钢结构设计资料集[M]北京：中国建筑工业出版社．1980．
【关键词】超长超宽；门式刚架；横向缝；纵向缝
1、工程概况
营口、盘锦忠旺铝业有限公司-厂区位于辽宁。其中A1厂房长度600m，宽度110m。高跨区域：檐口高度21.200m，宽160m，带160/50吨吊钩桥式起重机；低跨区域：檐口高度17.200m，宽440m，带20/5吨吊钩桥式起重机。高跨剖面见下图。
高跨区域采用格构柱+焊接H型钢梁；低跨区域梁柱均为焊接H型钢
2、场地概况
1），气温
年平均气温为9.5℃，最冷的1月份平均气温为-8.5℃，最热的7月份平均气温为25.0℃，极端最低气温为-28.0℃，极端最高气温为34.7℃。
2），降水量
年平均降水量667.4mm，最多年份降水量889.9mm，最少年份降水量387.2mm。
3），冻胀
场地标准冻结深度为1.10米，具有Ⅳ级强冻胀性。
3、规范概要
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》的相关条文：
1.0.2 本规程适用于主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架、具有轻型屋盖和轻型外墙、无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5工作级别桥式吊车或3t悬挂式起重机的单层房屋钢结构的设计、制作和安装。
4.3.1 门式刚架轻型房屋钢结构的温度区段长度（伸缩缝间距） ，
应符合下列规定：
纵向温度区段不大于300m；
横向温度区段不大于150m 。
《钢结构设计规范》的相关条文：
故本工程高跨区域执行《钢结构设计规范》，纵向温度区段为180米，横向温度区段为100米。低跨区域执行《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，纵向温度区段为300米，横向温度区段为150米。
4、屋面板、墙面板及檩条分缝
在需要设置伸缩缝处，檩条可采用两种做法：在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许膨胀或设双柱。本工程采用双柱的做法。板横向（屋面的纵向）的影响一般是可以忽略的，但主次结构有分缝的地方，屋面也应当设缝。做法如下图：
5、主结构纵向缝
1），设单柱
在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔，并使该处屋面板在构造上允许膨胀。此方案具有较好的经济效益，做法比较简单，但支撑系统在该跨段要断开。
2），设双柱
采用双柱伸缩缝比较可靠、方便，又不影响车间使用面积，且柱子增加不多，不过影响基建投资经济指标。房屋设了伸缩缝实际为两个独立的单体，对减小温度应力和结构变形都很有优势。
3），吊车梁
本工程采用双柱伸缩缝，伸缩缝柱中心距2米。故吊车梁要悬臂1米。伸缩缝节点板一侧为圆孔，另一侧为水平椭圆孔。该做法释放了水平段的约束，同时又提供了竖向的约束，可以调整伸缩缝两侧的不平衡变形。
6、主结构横向缝
高跨区域执行《钢结构设计规范》，要考虑温度应力的影响。
1），设双柱
采用双柱分隔是最简单的办法，但影响厂房的使用。
2），释放钢梁
通过椭圆孔、变形支座释放钢梁的横向变形。但会改变屋面钢梁外观，结构左右也不对称，总体感官不好。同时结构的变形增大、刚度减小、总的造价会增加。
3），增加温度应力计算结合构造措施
采用特定滑动夹具，避免了屋面板温度应力的影响。采用辅助软件（3D3S）复核温度应力。这个方案既省用钢量又便于制作安装。
7、结束语
对门式刚架轻型钢结构房屋纵向、横向温度伸缩缝的处理除了要满足规范要求，还要结合实际情况，这样才能做到安全、经济、简单、合理、美观。
参考文献
[1] 钢结构设计规范GB 50017-2003 [S]
[2] 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102：2002 [S]
关键词：钢框架柱；无支撑框架；弱支撑框架；强支撑框架；计算长度系数；弹性分析
Abstract: In the design of steel frame, in order to carry out the stiffness, stability checking calculation of frame column, column length must be calculated by the formula, calculation lengths of a column should equal the height multiplied by the layer of post calculating length coefficient. According to the "Specification for design of steel structures" 5.3.3 to determine the calculation, changes in the scope of calculation length coefficient of steel frame of steel column are very large, so how to determine the calculation length coefficient of steel column is very important. This paper simply summarizes how to determine the design method of calculating length coefficient of steel frame columns and column.
Keywords: steel frame column; no support frame; weak support frame; strong support frame; the calculation length coefficient of elastic analysis;
中图分类号：TU2
钢框架结构分为无支撑的纯框架和有支撑框架。其中有支撑框架根据抗侧移刚度的大小，分为强支撑框架和弱支撑框架。对应不同的框架类型，采用不同的计算长度系数公式。那么我们首先应该确定框架的类型。
无支撑的纯框架指未设置任何支撑的框架结构，它的失稳形式属于有侧移失稳。强支撑框架指以无侧移模式失稳的框架。弱支撑框架是指抗侧移构件的抗侧刚度不足以使框架发生无侧移失稳的框架，它的失稳形式同样属于有侧移失稳。此处，又引出了另外一个概念，框架的失稳模态。那么如何判断结构的失稳形式呢，《钢结构设计规范》的条文解释对此做了说明，在无侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等方向相反；有侧移失稳时，横梁两端的转角大小相等而且方向亦相同。
根据《钢结构设计规范》，当支撑结构（支撑桁架、剪力墙、电梯井等）的侧移刚度（产生单位侧倾角的水平力）满足公式
的要求时，为强支撑框架。当支撑的侧移刚度不满足上述公式时，为弱支撑框架。和分别为第i层层间所有框架柱用无侧移框架和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴压杆稳定承载力之和。本公式的本意是对支撑部分和框架部分分担水平力的比例进行界定。当支撑抗侧刚度足够大，即满足本公式，框架分担的水平力可以忽略不计，框架因不承担水平力而无侧移。对于有侧移框架和无侧移框架的定义，其实是针对双重抗侧力结构体系中的框架，根据其水平力的分担比例来划分的。多、高层建筑通常采用框架+支撑的双重体系。在双重抗侧力结构中，框架承受的总水平力足够小，则可以假设所有的水平力都由支撑机构承受，框架本身不承受水平力，从而这个框架可以看作无侧移框架即强支撑框架。不满足上述规定的框架—支撑结构体系中的框架，则是有侧移框架即弱支撑框架。
下面，我们再来判别框架柱的设计法。目前，规范规定的框架柱的设计方法主要有一阶弹性分析法和二阶弹性分析法。一阶弹性分析法不考虑框架结构变形对内力产生的影响，根据未变形的结构作为计算图形而建立静力平衡条件，计算框架由各种荷载产生的内力，然后将框架柱作为单独的压弯构件进行设计。此时所得变形和荷载间呈线性关系，需要对框架柱进行一阶线性内力分析和稳定计算。而框架在平面内的稳定计算则用框架柱的计算长度来考虑与柱相连构件的约束影响。因此，一阶分析只是一种简化的近似方法。
二阶弹性分析设计法是以变形后的体系作为计算图形而后建立平衡条件，即考虑结构变形对内力产生影响的效应（二阶效应）。其荷载与所得变形间呈非线性关系，框架在平面内的稳定计算采用框架柱的实际几何长度。在进行二阶分析的过程中，结构构件被假定为无缺陷的理想构件。所以，为求得真实的结构内力，尚需考虑存在于结构中的各种缺陷，如框架柱的安装误差、初弯曲和残余应力等。研究认为，这些缺陷可以综合起来由附加的假象水平力（亦称概念荷载）统一体现。因此规范规定，应在每层柱顶附加假想水平力。 研究表明，影响假想水平力的因素很多，包括材料强度、框架层数、每层内柱数和柱长细比，并给出相应的修正系数。综上，。其中，为第楼层的总重力荷载设计值。为框架总层数，研究表明，框架层数越多，构件缺陷的影响越小，且每层柱数的影响亦不大。为钢材强度影响系数，强度越高，则截面相对越小，使位移增大，故影响越大。
对于无支撑纯框架，应按有侧移框架考虑，但也需要先用《钢结构设计规范》第3.2.8条判断框架是否宜用二阶分析。当符合式时，说明框架结构的抗侧移刚度较小，不可忽略侧移对内力分析的影响，宜采用二阶分析，以提高精确度。否则，可采用一阶分析，按一阶弹性分析方法计算框架柱的计算长度系数。
对于强支撑框架，按一阶弹性分析法计算。框架柱的计算长度系数按《钢结构设计规范》附录D无侧移框架柱的计算长度系数确定。其值取决于和。、分别为相交于柱上端、柱下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比值。当横梁与柱铰接时，取横梁线刚度为零，即=0。当横梁的惯性矩很大，即，或时，它近似于横梁与柱刚接，取=10。对于底层框架柱，当柱与基础铰接时，取=0，当柱与基础刚接时，取=10。
对于弱支撑框架，可直接计算出框架柱的轴压杆稳定系数进行计算。。式中，、分别是框架柱用《钢结构设计规范》附录D中无侧移框架柱和有侧移框架柱计算长度系数算得的轴心压杆稳定系数。
综上，我们在进行钢框架柱的设计时，应先判断出框架类型。对于无支撑框架，应先分析宜采用一阶弹性分析法还是二阶弹性分析法。当采用一阶弹性计算内力时，框架柱计算长度系数按有侧移框架柱确定；当采用二阶弹性分析计算内力时，框架柱计算长度系数取1.0，但每层柱顶应附加假想水平荷载。对于强支撑框架，按一阶弹性分析法计算，框架柱的计算长度系数按无侧移框架柱的计算长度系数确定。对于弱支撑框架，则直接计算出框架柱的轴压杆稳定系数进行计算。
参考文献
1，《钢结构设计规范》（GB50017-2003），中国计划出版社
2，《钢结构设计手册》（上册）（第三版），中国建筑工业出版社
