3、墙传导到框架梁上的线荷载：5KN/m，迎风面荷载 6.4kN/m，背风面荷载 4kN/m。 

　　

 4、风载、地震、雨雪及温度荷载，参考《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 

　　分别用

SAP2000 和空间钢框架高等分析进行三维建模，确定荷载及荷载的组合，考虑

静荷载、活荷载、冲击荷载、风、地震、雨雪等荷载。由

SAP2000 分析后，梁柱的应力比均接近

0.95，说明结构快到极限承载能力了。然而经过高等分析后，整个结构的最先出现塑性铰时
的荷载因子为

1.389，也就是说，结构最少还能承受 30％的承载力。 

　　二、高等分析及其在钢结构设计中的应用

 

　　

1、梁柱单元 

　　

 高等分析要求必须构造出一种能够精确描述构件受力变形特性的单元，这种单元能够

在个人计算机上高效率地运行，使收敛速度快，原始数据准备简单，

 并能用 1 单元，这就

必须要有一种高效的梁柱单元。

 

　　

 粱柱单元是采用杆系有限元法进行框架结构分析的基本单元，其弹性刚度方 

　　程在很多结构分析的论著中都能找到。钢框架中的梁一般作为受弯构件来考虑，不考虑
截面的翘曲，只考虑挠度、转角、剪力、弯矩。梁柱单元的弹性刚度方程很少同时考虑以下两
种因素的影响：

(1)轴力的影响；(2)剪切变形的影响。 

　　在极限状态设计中结构构件的极限承载力是基本因素。梁柱的极限承载力有

 

　　两种模式，一种为塑性模式，一种为稳定模式。塑性模式是由梁柱截面达到材料

 

　　的极限强度来定义的。而在稳定模式中，材料的破坏并不是引起破坏的主要原因，

 

　　这是因为破坏荷载仍处于材料的极限强度范围内。以上述结构为例，在最不利工况即工
况

3（最不利恒载）及工况 5（最不利活载）作用下的位移为研究对象，进行如下图表分析：

 
　　表

1 钢框架水平侧移（单位：m） 

　　

 从表 l 可以看出，在工况 3 和工况 5 状态下，钢框架经过高等分析后各 

　　节点水平侧移以及层间位移，其中

A5 在工况 3 水平侧移最大为 0.01664 米，层间侧移

最大为

0.007158 米。按钢结构设计规范(GB50017--2003)规定框架结 

　 　 构 的 柱 顶 位 移 的 容 许 值 为

H/500=25.2/500=0.0504 米 ， 层 间 位 移 容 许 值 为

h/400=3.6/400=0.009 米。 
　　

 由此可以看出，高等分析也能算出结构的水平侧移和层间侧移，能验算出结构是否满

足正常使用极限状态。

 

　　

 

　　

2、钢框架设计中高等分析的应用 

　　

2．1 平面框架高等分析 

　　

 国内外有学者采用近似方法考虑板件局部屈曲对结构平面内整体稳定的影响，将该方

法推广用于包含非紧凑截面的平面钢框架的分析，根据翼缘和腹板的宽厚比修正截面的塑
性弯矩承载力来近似考虑板件局部屈曲的影响，在进行变截面门式刚架的平面内高等分析
时，将四边简支受压板和压弯板的有效宽度公式应用到梁柱单元精细塑性铰方法中，近似
考虑

H 形截面腹板局部失稳对刚架平面内极限承载力的影响。 

　　

 平面外屈曲分析可转化为有限元特征值问题： 

　　

 {

△}T[KL―λ・KG]{△}=0， 

　　

 式中，KL 为平面外线性刚度矩阵， 

　　

 KG 为平面外几何刚度矩阵(稳定矩阵)，前者应包含屈服导致的刚度折减效应，后者

应考虑弯矩分布、荷载作用高度的影响以及轴力和弯矩的非弹性重分布。

 

　　

2．2 空间钢框架的高等分析 

　　

 有关

“空间钢框架高等分析”方面的研究近年来开展得比较多，然而，迄今为止，还没