研究表明改变框架的几何形状,使外柱略微倾斜的办法可以增加结构的抗侧移刚度,获得较好的稳定性;从而相应地减小侧向荷载引起的位移和振动。斜腿框架类似于拱的工作机理使结构受力更加均匀,柱子轴力的水平分力可以有效地抵抗水平荷载,同时能取得更大的跨度。所以斜腿钢框架作为一种新颖的结构形式,在现代民用和工业建筑中得到越来越广泛应用。 本文利用结构力学位移法,建立平衡方程,分别推导了单层斜腿门式刚架两种失稳模式的临界荷载方程;建立了单层斜腿钢框架的一般模型,用位移法推导出单层斜腿钢框架的层抗侧刚度;系统地阐述了荷载负刚度地一般理论,并在此基础上给出结构临界荷载的一般通用表达式。根据稳定内涵的新诠释,在斜腿钢框架层抗侧刚度的基础上给出了单层斜腿框架临界荷载的计算公式,并通过有限元特征值分析,拟合了公式中的二阶效应系数。同时,考虑梁中轴力对梁抗弯刚度的影响,对抗侧刚度公式中的梁柱线刚度比值进行折减,推导出更加简单实用的斜腿框架柱的计算长度系数公式,并与ANSYS有限元结果进行了比较。对比结果显示,以上公式具有良好的精度,完全可以供设计使用或参考。此外考虑不同均布荷载集度的工况,用有限元方法进行了大量算例分析,总结出主弯矩对斜腿框架临界荷载降低的影响。 本文同时阐述了考虑层与层相互支援的整体稳定分析的思路。对于三层斜腿框架的整体稳定性研究,本文考虑梁在框架中的作用对柱而言就是在失稳时对柱提供约束,根据层与层互相支援的思路,以梁在上下层分配的约束为未知量,通过求解二元方程,得到三层斜腿钢框架整体失稳的临界荷载。对于普通一般多层斜腿框架,以有侧移失稳时反弯点的相对位置为出发点,截出多层一般斜腿框架的层模型,推导出层抗侧刚度,并以此为基础得到多层一般斜腿框架柱的计算长度系数公式。同样与ANSYS有限元结果进行了比较,比较结果表明该公式同样具有良好的精度,可以供设计使用或参考。 本文最后介绍了目前各国规范对框架分析方法的不同规定和建议,以及验算梁柱的相关方程。阐述了二阶分析和塑性分析的一般原理和方法,详细介绍了高等分析中精化塑性铰方法的基本理论。并用ANSYS方法对斜腿框架的进行了大量弹塑性分析,绘制了荷载位移跟踪曲线;发现在跨度不大时,斜腿框架的早期刚度和弹塑性极限荷载都比普通框架有所提高。