钢结构下第9章多高层房屋结构.ppt

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1、设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构本章目录本章目录基本要求基本要求9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 高层钢结构的计算特点高层钢结构的计算特点9.3 9.3 压型钢板组合楼（屋压型钢板组合楼（屋)盖结构盖结构9.4 9.4 构件及连接的设计特点构件及连接的设计特点1 1了解多、高层钢结构的结构体系和特点及组了解多、高层钢结构的结构体系和特点及组合楼盖的设计。合楼盖的设计。2 2掌握高层钢结构的设计。掌握高层钢结构的设计。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构第第9.

2、19.1节节 概述概述1.1.多、高层钢结构的特点多、高层钢结构的特点2.2.高层建筑钢结构的结构体系高层建筑钢结构的结构体系1.1.了解多、高层钢结构的特点了解多、高层钢结构的特点2.2.了解常用的高层建筑钢结构的结构体系了解常用的高层建筑钢结构的结构体系本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.1.1 9.1.1 多、高层钢结构的特点多、高层钢结构的特点 世界上第一幢高层钢结构是美国芝加哥的家庭保险公司世界上第一幢高层钢结构是美国芝加哥的家庭保险公司大楼大楼(10(10层，高层，高5555m)，建于，建于18841884年。年。2

3、020世纪开始，钢结构高层建筑在美国大量建成，最具代世纪开始，钢结构高层建筑在美国大量建成，最具代表性的有：表性的有：l02l02层、高层、高381381m的纽约帝国大厦的纽约帝国大厦(图图9.1.1)9.1.1)110 110层、高层、高411411m的世界贸易中心的世界贸易中心 目前世界上最高的钢结构建筑为目前世界上最高的钢结构建筑为110110层、高层、高443443m的芝加哥的芝加哥西尔斯大厦西尔斯大厦(图图9.1.2)9.1.2)。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构图图9.1.1图图9.1.2设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房

4、屋结构 我国现代高层建筑钢结构自我国现代高层建筑钢结构自8080年代中期起步，第一幢高层年代中期起步，第一幢高层建筑钢结构为建筑钢结构为4343层、高层、高165165m的深圳发展中心大厦（图）。此后，的深圳发展中心大厦（图）。此后，较具代表性有：较具代表性有：4444层、高层、高144144m的上海希尔顿饭店的上海希尔顿饭店 60 60层、高层、高208208m的北京京广中心的北京京广中心 8181层、高层、高325325m的深圳地王大厦（图）的深圳地王大厦（图）8888层、高层、高420.5420.5m的金茂大厦的金茂大厦 19981998年底，我国颁布年底，我国颁布高层民用建筑钢结构技术

5、规程高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99999898）。）。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构图图9.1.3图图9.1.4设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构图图9.1.5 钢结构住宅钢结构住宅设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构高层钢结构建筑的高层钢结构建筑的特点特点主要表现在：主要表现在：(1)(1)自重轻自重轻 (2)(2)抗震性能好抗震性能好 (3)(3)有效使用面积高有效使用面积高 (4)(4)建造速度快建造速度快 (5)(5)防火性能差防火性能差 设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层

6、房屋结构多、高层房屋结构9.1.2 9.1.2 高层建筑钢结构的结构体系高层建筑钢结构的结构体系 常用的高层建筑钢结构的常用的高层建筑钢结构的结构体系结构体系主要有：主要有：框架结构体系框架结构体系 框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 框架框架支撑结构体系支撑结构体系 框架框架核心筒结构体系及筒体体系核心筒结构体系及筒体体系设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (1)(1)框架结构体系框架结构体系 纯框架结构一般适用于层数纯框架结构一般适用于层数3030的高的高层钢结构，如图。层钢结构，如图。框架结构的平面布置灵活，可为建框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较大

7、的室内空间，且结构各部分筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大延性，刚度比较均匀。框架结构有较大延性，自震周期较长，因而对地震作用不敏感，自震周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏。破坏。图图9.1.5设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (2)(2)框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 在框架结构中布置一定数量的剪力墙在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架可以组成框架剪力墙结构体系，如图。剪力墙结

8、构体系，如图。这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于的特点，又有较大的刚度，可用于40406060层的高层钢结构。层的高层钢结构。剪力墙按其材料和结构的形式可分为剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。墙和钢板剪力墙等。图图9.1.6设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (3)(3)框架框架支撑结构体系支撑结构体系 框架框架支撑结构体系由沿竖向或横向布置的支

9、撑桁支撑结构体系由沿竖向或横向布置的支撑桁架结构和框架构成，是高层建筑钢结构中应用最多的一架结构和框架构成，是高层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系，一般适用于种结构体系，一般适用于40406060层的高层建筑。层的高层建筑。它的特点是框架与支撑系统协同工作，竖向支撑桁它的特点是框架与支撑系统协同工作，竖向支撑桁架起剪力墙的作用，承担大部分水平剪力。在罕遇地震架起剪力墙的作用，承担大部分水平剪力。在罕遇地震中，若支撑系统破坏，尚可内力重分布由框架承担水平中，若支撑系统破坏，尚可内力重分布由框架承担水平力，即所谓两道抗震设防。力，即所谓两道抗震设防。支撑应沿房屋的两个方向布置，狭长形截面的建筑支

10、撑应沿房屋的两个方向布置，狭长形截面的建筑也可布置在短边。设计时可根据建筑物高度及水平力作也可布置在短边。设计时可根据建筑物高度及水平力作用情况调整支撑的数量、刚度及形式。用情况调整支撑的数量、刚度及形式。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 支撑一般沿同一竖向柱距内连续布置，见图支撑一般沿同一竖向柱距内连续布置，见图9.1.7(a)9.1.7(a)。这种布置方式层间刚度变化较均匀，适合地震区；当不考虑这种布置方式层间刚度变化较均匀，适合地震区；当不考虑抗震时，若立面布置需要，亦可交错布置，图抗震时，若立面布置需要，亦可交错布置，图9.1.7(b)9.1.7(b)

11、；在；在高度较大的建筑中，若支撑桁架的高宽比太大，为增加支撑高度较大的建筑中，若支撑桁架的高宽比太大，为增加支撑桁架的宽度，亦可布置在几个跨间，图桁架的宽度，亦可布置在几个跨间，图9.1.7(c)9.1.7(c)。图图9.1.7(a)(b)(c)设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (4)(4)框架框架核心筒结构体系核心筒结构体系 若将框架若将框架剪力墙结构体系中的剪力墙结剪力墙结构体系中的剪力墙结构设置于内筒的四周形成封闭的核心筒体，而构设置于内筒的四周形成封闭的核心筒体，而外围钢框架柱柱网较密，就形成了框架外围钢框架柱柱网较密，就形成了框架核心核心筒体系，见图

12、。筒体系，见图。这种结构形式近年来被大量采用，中心筒这种结构形式近年来被大量采用，中心筒既可采用钢结构亦可采用钢筋混凝土结构，核既可采用钢结构亦可采用钢筋混凝土结构，核心筒体承担全部或大部分水平力及扭转力。楼心筒体承担全部或大部分水平力及扭转力。楼面多采用钢梁、压型钢板与现浇混凝土组成的面多采用钢梁、压型钢板与现浇混凝土组成的组合结构，与内外筒均有较好的连接，水平荷组合结构，与内外筒均有较好的连接，水平荷载将通过刚性楼面传递到核心筒。载将通过刚性楼面传递到核心筒。图图9.1.8设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构(5)(5)筒体结构体系筒体结构体系 筒体结构是超高

13、层建筑中受力性筒体结构是超高层建筑中受力性能较好的结构体系，适用于能较好的结构体系，适用于9090层左右层左右的高层钢结构建筑。筒体结构由内外的高层钢结构建筑。筒体结构由内外两个筒体多个筒体结构组合而成，前两个筒体多个筒体结构组合而成，前者称筒中筒体系，见图者称筒中筒体系，见图9.1.9(a)9.1.9(a)，后，后者称束筒体系，见图者称束筒体系，见图9.1.9(b)9.1.9(b)。各个。各个筒体共同抵抗水平力，具有很好的空筒体共同抵抗水平力，具有很好的空间整体作用。间整体作用。图图9.1.9设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构第第9.29.2节节 高层钢结构的

14、计算特点高层钢结构的计算特点1.1.结构荷载结构荷载2.2.结构设计结构设计1.1.掌握高层钢结构的荷载及抗震设计掌握高层钢结构的荷载及抗震设计2.2.了解高层钢结构的设计了解高层钢结构的设计本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.2.1 9.2.1 结构荷载结构荷载 高层钢结构多为超高层建筑，高层钢结构多为超高层建筑，水平荷载较大水平荷载较大是其设计的特是其设计的特点。水平荷载包括风荷载和地震荷载。点。水平荷载包括风荷载和地震荷载。9.2.1.2 9.2.1.2 竖向荷载竖向荷载 竖向荷载主要是永久荷载竖向荷载主要是永久荷载(结构

15、自重结构自重)和活荷载。和活荷载。这里，楼面和屋面活荷载以及雪荷载的标准值及其准永这里，楼面和屋面活荷载以及雪荷载的标准值及其准永久性系数等，应按久性系数等，应按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范的有关条文取值。的有关条文取值。对某些未作具体规定的屋面或楼面活荷载如直升飞机平对某些未作具体规定的屋面或楼面活荷载如直升飞机平台荷载等，应根据台荷载等，应根据高层建筑钢结构技术规程高层建筑钢结构技术规程以及其他有以及其他有关规定采用。关规定采用。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 高层建筑中，活荷载值与永久荷载值相比不大，因而高层建筑中，活荷载值与永久荷载值相比不大，因

16、而计算时，一般对楼面和屋面活荷载可不作最不利布置工况计算时，一般对楼面和屋面活荷载可不作最不利布置工况的选择，即的选择，即按各跨满载简化计算按各跨满载简化计算。但当活荷载较大时，需。但当活荷载较大时，需将简化算得的框架梁的将简化算得的框架梁的跨中弯矩跨中弯矩计算值乘以计算值乘以1.11.11.21.2的系的系数；数；梁端弯矩值梁端弯矩值乘以乘以1.051.051.11.1的系数予以提高。的系数予以提高。当施工中采用附墙塔、爬塔等对结构有影响的起重机当施工中采用附墙塔、爬塔等对结构有影响的起重机械或其他设备时，在结构设计中应进行施工阶段验算。械或其他设备时，在结构设计中应进行施工阶段验算。9.2

17、.1.2 9.2.1.2 风荷载风荷载 作用在高层建筑任意高度处的风荷载标准值作用在高层建筑任意高度处的风荷载标准值 ，应按，应按下式计算：下式计算：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构式中式中 任意高度处的风荷载标准值任意高度处的风荷载标准值(kN/m2)；高层建筑基本风压高层建筑基本风压(kN/m2)；风压高度变化系数；风压高度变化系数；风荷载体型系数；风荷载体型系数；顺风向顺风向 高度处的风振系数。高度处的风振系数。以上参数的取值，可按照以上参数的取值，可按照建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范或或高层建筑钢结构技术规程高层建筑钢结构技术规程的有关规定取用。的有

18、关规定取用。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.2.1.3 9.2.1.3 地震作用地震作用(1)(1)一般计算原则一般计算原则采用采用两阶段设计法两阶段设计法：第一阶段按第一阶段按多遇多遇地震计算，第二阶段按地震计算，第二阶段按罕遇罕遇地震计算地震计算注意：注意：当高层建筑当高层建筑主体结构顶部主体结构顶部有突出的小体型建筑有突出的小体型建筑(如如电梯机房等电梯机房等)时，应计入时，应计入“鞭梢效应鞭梢效应”。一般可根据小体。一般可根据小体型建筑作为独立体时的自振周期型建筑作为独立体时的自振周期 与主体建筑的基本周与主体建筑的基本周期期 的比例，分别按下列规

19、定处理：的比例，分别按下列规定处理：（1 1）当）当 时，可假定主体建筑为等截面沿高时，可假定主体建筑为等截面沿高度延伸至小体型建筑的顶部，以此计算风振系数。度延伸至小体型建筑的顶部，以此计算风振系数。（2 2）当）当 时，其风振系数按风振理论进行计时，其风振系数按风振理论进行计算。算。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 第一阶段应考虑下列原则：第一阶段应考虑下列原则：通常情况下，应在结构的两个主轴方向分别计入水通常情况下，应在结构的两个主轴方向分别计入水平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向的平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承

20、担；抗侧力构件承担；当有斜交抗侧力构件时，应分别计入各抗侧力构件当有斜交抗侧力构件时，应分别计入各抗侧力构件方向的水平地震作用，方向的水平地震作用，质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应计入水质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应计入水平地震作用的扭转效应；平地震作用的扭转效应；按按9 9度抗震设防的高层建筑钢结构，或者按度抗震设防的高层建筑钢结构，或者按8 8度和度和9 9度抗震设防的大跨度和长悬臂构件，应计入竖向地震作度抗震设防的大跨度和长悬臂构件，应计入竖向地震作用。用。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (2)(2)高层建筑钢结构的设计反应谱高层建筑钢结

21、构的设计反应谱 高层建筑钢结构的设计反应谱，取阻尼比为高层建筑钢结构的设计反应谱，取阻尼比为0.020.02，地震影，地震影响系数响系数曲线如图所示。曲线如图所示。图图9.2.1高层建筑钢结构的地震影响系数高层建筑钢结构的地震影响系数-地震影响系数地震影响系数;max-地震影响系数最大值；地震影响系数最大值；T-结构自振周期；结构自振周期；Tg 场地特征周期抗震设计水平地震影响系数最大值场地特征周期抗震设计水平地震影响系数最大值1.351.35maxmaxmaxmax0.450.45maxmax0.20.2maxmax0.010.01T Tg g2T2Tg g3.03.06.06.0T(s)T

22、(s)（T T）=T TmaxmaxT Tg g？设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 值应根据近震、远震、场地类别及结构自振周期计值应根据近震、远震、场地类别及结构自振周期计算，算，及特征用期及特征用期 按表按表9.19.1和表和表9.29.2的规定采用。的规定采用。0.650.400.300.20近震近震场地类别场地类别0.850.550.400.25远震远震4321特征周期特征周期表表9-20.320.160.080.049876烈度烈度抗震设计水平地震影响系数最大值抗震设计水平地震影响系数最大值表表9-1maxa a设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高

23、层房屋结构多、高层房屋结构系数系数 按下列公式确定：按下列公式确定：当当 时，时，当当 时，时，当当 时，时，值不小于值不小于 当主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构时，地震影响当主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构时，地震影响系数应按系数应按建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范的有关规定采用。的有关规定采用。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (3)(3)水平地震作用计算水平地震作用计算 高层建筑钢结构的高层建筑钢结构的地震作用计算方法地震作用计算方法有：有：底部剪力法底部剪力法 振型分解反应谱法振型分解反应谱法 时程分析法时程分析法 高层建筑钢结构应根据不同情况，分别采用不

24、同的高层建筑钢结构应根据不同情况，分别采用不同的地震作用计算方法。地震作用计算方法。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构底部剪力法底部剪力法 底部剪力法适用于高度不大于底部剪力法适用于高度不大于6060m 且平面和竖向较规且平面和竖向较规则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计算结构底部的总剪力，然后按一定的比例分配到各楼层。算结构底部的总剪力，然后按一定的比例分配到各楼层。得到各楼层的水平地震作用后，即可按静力方法计算结得到各楼层的水平地震作用后，即可按静力方法计算结构的内力。构的内力。采用底部剪力法计算水

25、平地震作用时，各楼层可仅采用底部剪力法计算水平地震作用时，各楼层可仅按一个自由度计算，见图。按一个自由度计算，见图。与结构的总水平地震作用等效的底部剪力标准值按与结构的总水平地震作用等效的底部剪力标准值按照下式计算：照下式计算：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构底部剪力法计算简图底部剪力法计算简图FiFn F0图图9.2.3GnGiFEkHiH设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 在质量沿高度分布基本均匀、刚度沿高度分布基在质量沿高度分布基本均匀、刚度沿高度分布基 本均匀或向上均匀减小的结构中，各层水平地震作用本均匀或向上均匀减小的

26、结构中，各层水平地震作用 标准值按下式比例分配：标准值按下式比例分配：顶部附加水平地震作用标准值为：顶部附加水平地震作用标准值为：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构相应于结构基本自振周期相应于结构基本自振周期 (按按s计计)的水平地震影响系数；的水平地震影响系数；结构的等效总重力荷载结构的等效总重力荷载,取总重力荷取总重力荷 载代表值的载代表值的8080；分别为第分别为第i、j层重力荷载代表值；层重力荷载代表值；Hi、Hj分别为第分别为第i、j层楼盖距底部固定端层楼盖距底部固定端 的高度；的高度；Fi第第i i层的水平地震作用标准值；层的水平地震作用标准值；式中

27、：式中：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 顶部附加地震作用系数；顶部附加地震作用系数；顶部附加水平地震作用；顶部附加水平地震作用；结构的基本自振周期；结构的基本自振周期；结构的基本自振周期，可按下列经验公式估算：结构的基本自振周期，可按下列经验公式估算：或者，对于重量及刚度分布比较均匀的结构，可用下式或者，对于重量及刚度分布比较均匀的结构，可用下式近似计算：近似计算：结构顶层假想侧移（结构顶层假想侧移（m)，即假想将结构各层，即假想将结构各层的重力荷载作为楼层的集中水平力，按弹性静力方法计的重力荷载作为楼层的集中水平力，按弹性静力方法计算得到的顶层侧移值。算得

28、到的顶层侧移值。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 计算周期修正系数，可取计算周期修正系数，可取 。采用底部剪力法时，突出屋面小塔楼的地震作用效应采用底部剪力法时，突出屋面小塔楼的地震作用效应宜乘以增大系数宜乘以增大系数3 3。增大影响宜向下考虑。增大影响宜向下考虑1 12 2层，但不再层，但不再往下传递。往下传递。振型分解反应谱法振型分解反应谱法 不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构，宜采不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构，宜采用振型分解反应谱法。用振型分解反应谱法。对体型比较规则、简单，可不计扭转影响的结构，振对体型比较规则、简单，可不计扭转影响的

29、结构，振型分解反应谱法仅考虑平移作用下的地震效应组合，沿主型分解反应谱法仅考虑平移作用下的地震效应组合，沿主轴方向，结构第轴方向，结构第j j振型第振型第i i质点的水平地震作用标准值，按质点的水平地震作用标准值，按下列公式计算：下列公式计算：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构式中：式中：相应于相应于j j振型计算周期振型计算周期 的地震影响系数；的地震影响系数；j振型的参与系数；振型的参与系数；j振型振型Z质点的水平相对位移。质点的水平相对位移。根据各振型的水平地震作用标准值根据各振型的水平地震作用标准值Fji，即可按下，即可按下式计算水平地震作用效应式计算水

30、平地震作用效应(弯矩、剪力、轴力和变形弯矩、剪力、轴力和变形):):设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时，应在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时，应按空间协同工作或空间结构计算空间振型。按空间协同工作或空间结构计算空间振型。水平地震作用效应；水平地震作用效应；j 振型水平地震作用产生的效应，可只取前振型水平地震作用产生的效应，可只取前 2 23 3个振型。当基本自振周期个振型。当基本自振周期1.5s时或房时或房 屋高宽比屋高宽比5 5时，振型个数可适当增加。时，振型个数可适当增加。式中式中设计设计钢结构钢结构第九章第九

31、章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 时程分析法时程分析法 竖竖向向特特别别不不规规则则的的建建筑筑及及高高度度较较大大的的建建筑筑，宜宜采采用时程分析法进行补充验算。用时程分析法进行补充验算。采采用用时时程程分分析析法法计计算算结结构构的的地地震震反反应应时时，应应输输入入典典型型的的地地震震波波进进行行计计算算。场场地地特特征征的的地地震震加加速速度度波波不不能能少少于于4 4条条，其其中中宜宜包包括括一一条条本本地地区区历历史史上上发发生生地地震震时时的的实实测测记记录录波波。地地震震波波的的持持续续时时间间不不宜宜过过短短，宜宜取取10102020s或更长。或更长。设计设计钢结构钢结构

32、第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.2.2 9.2.2 结构设计结构设计9.2.2.1 9.2.2.1 一般原则一般原则 (1)(1)内力与位移一般采用弹性方法计算。对罕遇地内力与位移一般采用弹性方法计算。对罕遇地震作用，采用弹塑性方法进行分析。震作用，采用弹塑性方法进行分析。(2)(2)一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。对一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。对于整体性较差、或楼面有大开孔、有较长外伸段或相于整体性较差、或楼面有大开孔、有较长外伸段或相邻层刚度有突变的面，宜采用楼板平面内的实际刚度邻层刚度有突变的面，宜采用楼板平面内的实际刚度（或者，按刚性楼面计算，但对所得

33、结果进行调整）（或者，按刚性楼面计算，但对所得结果进行调整）设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (3)(3)进行弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与进行弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同工作。当进行弹塑性分析时，由于楼板可能钢梁的共同工作。当进行弹塑性分析时，由于楼板可能严重开裂，因此，不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。严重开裂，因此，不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。在进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中梁的惯在进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩可取为：当两侧有楼板时，取性矩可取为：当两侧有楼板时，取1.5 1.5 ；当仅一侧有楼；当仅

34、一侧有楼板时，取板时，取1.2 1.2 。为钢梁的惯性矩。为钢梁的惯性矩。(4)(4)当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗例力单元或为简体结构时，应采用空间结构计算平面抗例力单元或为简体结构时，应采用空间结构计算模型。模型。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (5)(5)在计算结构的内力和位移时在计算结构的内力和位移时,一般不考虑梁的轴一般不考

35、虑梁的轴向变形，但应考虑梁、柱的剪切变形。当梁同时作为腰向变形，但应考虑梁、柱的剪切变形。当梁同时作为腰桁架或帽桁架的弦杆时，应计人轴力的影响。桁架或帽桁架的弦杆时，应计人轴力的影响。(6)(6)钢框架钢框架剪力墙体系中剪力墙体系中,现浇竖向连续钢筋混凝现浇竖向连续钢筋混凝土剪力墙的计算应计入墙的弯曲变形、剪切变形和轴向土剪力墙的计算应计入墙的弯曲变形、剪切变形和轴向变形。变形。当钢筋混凝土剪力墙具有比较规则的开孔时，可按当钢筋混凝土剪力墙具有比较规则的开孔时，可按带刚域的框架计算；当具有复杂开孔时，宜采用平面有带刚域的框架计算；当具有复杂开孔时，宜采用平面有限元法计算。限元法计算。(7)(7

36、)柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接连柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接连接计算。若采用偏心支撑，由于耗能梁段在大震时将首接计算。若采用偏心支撑，由于耗能梁段在大震时将首先屈服，计算时应取为单独单元。先屈服，计算时应取为单独单元。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.2.2.2 9.2.2.2 内力与位移计算内力与位移计算 高层建筑钢结构功能复杂、体型多样、受力复杂且杆件数高层建筑钢结构功能复杂、体型多样、受力复杂且杆件数量众多。因此，在进行结构的静、动力分析时，一般都应借助量众多。因此，在进行结构的静、动力分析时，一般都应借助电子计算机来完成。电子

37、计算机来完成。若是在初设阶段进行截面的预估，也可参考有关资料和手若是在初设阶段进行截面的预估，也可参考有关资料和手册采用一些近似计算方法，如册采用一些近似计算方法，如分层法分层法、D D值法、空间协同工作值法、空间协同工作分析、等效角柱法、等效截面法分析、等效角柱法、等效截面法以及以及展开平面框架法展开平面框架法等。等。当进行高层钢结构的内力与位移分析时，尚应注意以下几当进行高层钢结构的内力与位移分析时，尚应注意以下几个问题；个问题；(1)(1)高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用H H形和箱形，梁形和箱形，梁柱连接节点城的柱连接节点城的剪切变形剪切变形对内力的

38、影响较小，计算时可以对内力的影响较小，计算时可以不考不考虑虑。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般可但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般可达达10102020。因此，分析时应计入梁柱节点域剪切变形。因此，分析时应计入梁柱节点域剪切变形对高层建筑钢结构位移的影响。由于用精确方法计算比较对高层建筑钢结构位移的影响。由于用精确方法计算比较困难，在工程设计中，可采用近似方法考虑其影响。即可困难，在工程设计中，可采用近似方法考虑其影响。即可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可按将梁柱节点域当作一个单独的单

39、元进行结构分析，也可按下列规定作近似计算：下列规定作近似计算：对于箱形截面柱框架，可将梁柱节点域当作刚域，对于箱形截面柱框架，可将梁柱节点域当作刚域，刚域的尺寸取节点域尺寸的一半。刚域的尺寸取节点域尺寸的一半。对工字形截面柱框架，可先按结构轴线尺寸进行分析，对工字形截面柱框架，可先按结构轴线尺寸进行分析，然后进行修正。然后进行修正。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 (2)(2)高层建筑钢结构的高层建筑钢结构的P-P-效应较强，一般应验算结构效应较强，一般应验算结构的整体稳定性。但根据理论分折和实例计算，若将结构的的整体稳定性。但根据理论分折和实例计算，若将结构

40、的层间位移限制在一定范围内，层间位移限制在一定范围内，就能控制二阶效应对结构极就能控制二阶效应对结构极限承载能力的影响。故限承载能力的影响。故钢结构设计规范钢结构设计规范规定，框架结规定，框架结构可采用一阶弹性分析，当满足下面的规定时，宜采用二构可采用一阶弹性分析，当满足下面的规定时，宜采用二阶弹性分析。阶弹性分析。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；产产生生层层间间侧侧移移的的所所计计算算楼楼层层及及以以上上各各层层的的水水平平力之和；力之和；uu按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移。按一阶

41、弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移。当用来确定是否采用二阶分析时，可近似取层间相对当用来确定是否采用二阶分析时，可近似取层间相对 位移的容许值位移的容许值u（等于（等于h/400）代替；）代替；h h所计算楼层的高度。所计算楼层的高度。式中：式中：设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 为为了了考考虑虑结结构构或或构构件件的的各各种种初初始始缺缺陷陷对对内内力力的的影影响响，此此时时应应该该在在每每层层柱柱顶顶附附加加考考虑虑由由下下式式计计算算的的假假想想水水平平力力 ：式中式中 第第i i楼层的总重力荷载设计值；楼层的总重力荷载设计值；框架总层数；框架总层数；钢

42、钢材材强强度度影影响响系系数数，对对Q235、Q345、Q390和和Q420分别采用分别采用1.0、1.1、1.2和和1.25。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 框架柱采用二阶弹性分析方法设计时，计算长度系数取框架柱采用二阶弹性分析方法设计时，计算长度系数取为为1.01.0。对对无无支支撑撑纯纯框框架架，采采用用二二阶阶弹弹性性分分析析时时,各各杆杆件件杆杆端端弯弯矩矩用下式近似计算：用下式近似计算：式中式中 假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的 各杆杆端弯矩；各杆杆端弯矩；框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆框架各节点

43、侧移时按一阶弹性分析求得的各杆 杆端弯矩；杆端弯矩；考虑二阶效应第考虑二阶效应第i i层杆件的侧移弯矩增大系数层杆件的侧移弯矩增大系数+=设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求：高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求：非抗震设计时：非抗震设计时：抗震设计时：抗震设计时：结构构件承载力的抗震调整系数。按照下表结构构件承载力的抗震调整系数。按照下表采用。采用。9.2.2.3 9.2.2.3 承载力验算承载力验算1.00.900.900.900.850.80节点焊缝节点焊缝节点螺栓节点螺栓节点节点支撑支撑柱柱梁梁构件名称构件名称表

44、表9-3设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.2.2.4 9.2.2.4 位移限制位移限制 (1)(1)不考虑地震作用时不考虑地震作用时，结构在风荷载作用下，顶点质，结构在风荷载作用下，顶点质心位置的侧移不宜超过建筑高度的心位置的侧移不宜超过建筑高度的1/5001/500，质心层间侧移，质心层间侧移不宜超过楼层高度的不宜超过楼层高度的1/4001/400。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的高层钢结对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的高层钢结构的位移，应符合现行国家标准构的位移，应符合现行国家标准高层建筑混凝土结构技高层建筑混凝土结构技术规程术规程的有关规定

45、，但在保证主体结构不开裂和装修材的有关规定，但在保证主体结构不开裂和装修材料不出现较大破坏的情况下，可适当放宽。料不出现较大破坏的情况下，可适当放宽。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.21.2倍。倍。(2)(2)第一阶段抗震设计时第一阶段抗震设计时，其层间侧移标准值不得超，其层间侧移标准值不得超过结构层高的过结构层高的1/2501/250。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构力构件的结构，其侧移值应符合力构件的结构，其侧移值应符合高层建筑混凝土结构技

46、高层建筑混凝土结构技术规程术规程的规定。结构平面端部构件最大侧移不得超过质的规定。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的心侧移的1.31.3倍。倍。(3)(3)第二阶段抗震设计时第二阶段抗震设计时，其结构层间侧移不得超过，其结构层间侧移不得超过层高的层高的1/701/70，结构层间侧移延性比不得大于下表的规定。，结构层间侧移延性比不得大于下表的规定。2.0有混凝土剪力墙的钢框架有混凝土剪力墙的钢框架2.5中心支撑框架中心支撑框架3.0偏心支撑框架偏心支撑框架3.5钢框架钢框架层间侧移延性比层间侧移延性比结构类别结构类别表表9-4设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋

47、结构第第9.39.3节节 压型钢板组合楼（屋）盖结构压型钢板组合楼（屋）盖结构1.1.组合楼板的设计要求组合楼板的设计要求2.2.组合梁的设计要求组合梁的设计要求1.1.了解压型钢板组合楼板的验算方法了解压型钢板组合楼板的验算方法2.2.了解组合梁的设计要求了解组合梁的设计要求本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构9.3.1 9.3.1 组合楼板的设计要求组合楼板的设计要求 使用压型钢板组合楼板，有利于各种复杂管线系统使用压型钢板组合楼板，有利于各种复杂管线系统的铺设，在施工过程中，无传统模板支模拆模的繁琐作的铺设，在施工过程中，无传

48、统模板支模拆模的繁琐作业。业。组合楼盖常用的压型钢板一般由厚组合楼盖常用的压型钢板一般由厚0.80.81.01.0mm的热的热镀锌薄板成型，长度为镀锌薄板成型，长度为8 81212m。各块压型钢板之间应用。各块压型钢板之间应用紧固件将其连成整体。安装时，压型钢板表面的油污应紧固件将其连成整体。安装时，压型钢板表面的油污应清除，避免长期显露而生锈。清除，避免长期显露而生锈。对处于较严重腐蚀环境下的建筑，不宜采用压型钢对处于较严重腐蚀环境下的建筑，不宜采用压型钢板组合楼盖体系。板组合楼盖体系。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 设计时，压型钢板可以有三种形式：设计时

49、，压型钢板可以有三种形式：压型钢板只作为永久性模板使用；压型钢板只作为永久性模板使用；压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋，即组合楼压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋，即组合楼板；板；压型钢板承受全部静荷载和活荷载。压型钢板承受全部静荷载和活荷载。其中其中、两种是目前采用最多的。两种是目前采用最多的。当仅作为永久性模板使用时，压型钢板承受施工荷载当仅作为永久性模板使用时，压型钢板承受施工荷载和混凝土的重量。混凝土达到设计强度后，单向密肋钢筋和混凝土的重量。混凝土达到设计强度后，单向密肋钢筋混凝土板即承受全部荷载。这种形式的楼板在使用阶段属混凝土板即承受全部荷载。这种形式的楼板在使用阶段属于非组合

50、板，可按一般钢筋混凝土楼板进行设计。于非组合板，可按一般钢筋混凝土楼板进行设计。对同时兼作模板和受拉配筋的压型钢板组合楼板的设对同时兼作模板和受拉配筋的压型钢板组合楼板的设计，应分施工阶段和使用阶段进行验算。计，应分施工阶段和使用阶段进行验算。设计设计钢结构钢结构第九章第九章 多、高层房屋结构多、高层房屋结构 施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板，应按弹性施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板，应按弹性设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求，应设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求，应考虑设置临时支撑。考虑设置临时支撑。（1 1）抗弯强度验算）抗弯强度验算9.3.1.1 9.3.