鋼結構框架結構是由梁與柱組成的結構,沿房屋的縱向和橫向,均采用框架作為承重和抗側力的主要結構,見圖8-1。按梁與柱的連接形式,框架結構可分為半剛接框架和剛接框架。地震區的建筑宜采用剛接框架。某些情況下,為加大結構的延性,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方面的作用:各層結構承受水平剪力、整體結構承受傾覆力矩。因此對應的框架側向位移也由兩部分組成,見圖8-2。對于多層多跨框架結構,剪切變形約占80% - 90%,彎曲變形約占10% - 20%,因此多層框架側移變形呈現剪切型特征。隨著高度的增加,彎曲變形所占比例逐漸增大。
框架結構各部分剛度比較均勻,框架結構有較大延性,自振周期較長,因而對地震作用不敏感,抗震性能好。但框架結構的抗但剛度較小,側向位移大,易引起非結構構件的破壞。由于框架在水平荷載作用下容易產生較大的水平位移,會導致豎向荷載對結構產生附加內力,使結構的水平位移進一步增加,從而降低結構的承載力和整體穩定性,這種現象稱為P-6.效應。鋼框架構件的翼緣、腹板和加勁肋均較薄,梁柱節點并非理想的剛性節點,在框架梁柱節點域實際存在剪切變形,這種剪切變形會使鋼框架產生不容忽視的水平位移計算時應予以考慮。研究表明,節點域剪切變形對框架內力的影響較小,可以忽略。
鋼結構框架結構的桿件類型少,構造簡單,易于標準化和定型化,施工周期短。由于不設置柱間豎向支撐,因此建筑平面設計有較大的靈活性,并且可采用較大的柱距來提供較大的使用空間。采用鋼框架結構體系,房屋的最大高度和高寬比限值應分別符合表8-2和表8-3的規定。從表中的數據上看,非地震區鋼框架結構最大高度可以達到110m,因此對于30層以下的辦公樓、旅館及商場等公共建筑,鋼框架結構具有良好的適應性,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構,其平面尺寸4307m x 4307m,柱距 約706m。但在地震區,(建筑抗震設計規范)(GB 50011-2001)規定“不超過12層的鋼結構房屋可采用框架結構”。實際上,在諸多實際工程中超過12層,甚至有些低于12層的鋼結構并沒有采用框架結構。這是因為框架結構不是很有效的抗側力體系,當房屋層數較多、水平荷載較大時,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濟合理的范圍。