多高层钢结构PPT课件

1、 (1)自重轻：钢材材质均匀，强度高，因而结构构件截面小、自重轻，比钢筋混凝土结构可减轻自重1/3 以上，从而减小地基基础的荷载和运输、吊装的费用。 (2)抗震性能好： 钢结构具有良好的延性和韧性，一般情况下，地震作用可减少40左右。 (3)增加建筑有效使用面积 ： 钢结构构件截面小，可减结构占用空间面积，达到降低层高，增加使用面积的效果，比混凝土结构可增加建筑使用面积34。 (4)建造速度快：钢结构构件，一般为T)-制作，现场安装，实施立体交叉作业，加快施工进度，比一般建设工期可缩短约1/41/3。 (5)防火性能差:钢构件表面应做专门的防火涂料防护层。 一、多高层建筑钢结构的特点1、结构的

2、特点第1页/共296页 (1)荷载的特点：多、高层建筑随着高度的增加，结构上的控制荷载由竖向荷载变为水平荷载；地震区的地震作用比风荷载大得多。 (2)内力特点：多、高层建筑，随着高度的增加，结构上的控制内力，由轴力起控制作用到弯矩起控制作用；结构的侧移随高度增加而迅速增加,故结构侧移成为重要的控制因素。 (3)结构特点： 随着高度增加，结构的抗侧力体系应改进和加强。2设计特点第2页/共296页二、结构体系二、结构体系 常见类型：常见类型：框架结构框架结构、框剪框剪结构结构、筒体结构筒体结构第3页/共296页框架结构框架结构 最早用于高层建筑最早用于高层建筑柱距柱距宜控制在宜控制在6 69m9m

3、范围内范围内次梁间距次梁间距一般以一般以3 34m4m为宜为宜 第4页/共296页第5页/共296页第6页/共296页第7页/共296页第8页/共296页2 2框剪结构组成框剪结构组成 v 框架结构上设置适当的支撑或剪力墙亦可二者皆设置第9页/共296页侧向位移模式侧向位移模式 在侧向荷载的作用下，在侧向荷载的作用下， 纯框架结构纯框架结构： 剪切变形模式剪切变形模式 抗剪结构抗剪结构： 弯曲变形模式弯曲变形模式 二者组合（框剪结构）二者组合（框剪结构）： 显著减少了纯框架结构的侧向位移显著减少了纯框架结构的侧向位移 第10页/共296页第11页/共296页框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒

4、中筒）适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）结构特点：当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间 和卫生间）周围设置,就形成框架筒体结构体系框架筒体结构体系 这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度。结构受力内部设置剪力墙式的内筒，与钢框架竖向构件 主要承受竖向荷载；外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚 接，形成一个悬臂筒，以承受侧向荷载；同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。第12页/共296页 在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变形，即为在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变形，即为剪力滞后剪力滞后。 为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大，通常可采取两个为了避免

5、严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大，通常可采取两个措施措施： 1 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比）加大框筒梁和柱的线刚度之比 剪力滞后剪力滞后（Shear Lag）第13页/共296页束筒结构束筒结构 u 由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成(减缓框筒结构的剪力滞后效应)u 可较灵活地组成平面形式钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)u 可将各筒体在不同的高度中止密柱深梁的钢结构筒体筒体第14页/共296页结构种类 结构体系 非抗震设防抗震设防烈度钢结构 框架- -支撑（剪力墙板）各类筒体 110110 260260 360360

6、 110110 220220 300300 9090 200200 260260 5050 140140 180180 钢框架- -混凝土剪力墙220220 180180 100100 7070 有混凝土剪力墙的钢结构 220220 180180 1501507070 6, 76, 78 89 9框架框架钢框架- -混凝土核心筒钢框筒- -混凝土核心筒钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度（钢结构高层建筑的适用高度（m） 第15页/共296页芯筒体系芯筒体系亦称悬挂结构；亦称悬挂结构；打破了密柱深梁对建筑设计打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏；的桎梏；实现优势互补

7、实现优势互补（充分发挥钢（充分发挥钢结构抗拉强度高和钢筋混凝结构抗拉强度高和钢筋混凝土结构抗压性能好的优势）；土结构抗压性能好的优势）；通常设置一些称为通常设置一些称为帽桁架帽桁架和和腰桁架腰桁架的水平桁架。的水平桁架。第16页/共296页支撑框筒结构或桁架筒体结构支撑框筒结构或桁架筒体结构 支撑系统支撑系统覆盖了整个建筑物表面；覆盖了整个建筑物表面； 是较框筒结构更为优越的是较框筒结构更为优越的抗侧力体抗侧力体系系。第17页/共296页抗侧力结构位置抗侧力结构位置第18页/共296页框筒结构布置时的注意事项框筒结构布置时的注意事项 框筒结构框筒结构高宽比高宽比不宜小于不宜小于4 4；（更好地

8、发挥框筒的；（更好地发挥框筒的立体作用）立体作用） 内筒的内筒的边长边长不宜小于相应外框筒边长的不宜小于相应外框筒边长的1/31/3； 框筒框筒柱距柱距一般为一般为1.51.53.0m3.0m，且不宜大于层高；，且不宜大于层高； 框筒的框筒的开洞面积开洞面积不宜大于其总面积的不宜大于其总面积的5050； 内外筒之间的内外筒之间的进深进深一般控制在一般控制在101016m16m之间；之间； 内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；第19页/共296页框筒结构布置时的

9、注意事项框筒结构布置时的注意事项（续）（续） 控制控制角柱截面积角柱截面积为非角柱的为非角柱的1.51.52.02.0倍；倍； 外框筒为矩形平面时，宜将其作成外框筒为矩形平面时，宜将其作成切角矩形；切角矩形；（以削减角柱应力）（以削减角柱应力） 为提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，为提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，可设置可设置帽桁架帽桁架和和腰桁架腰桁架； 腰桁架一般布置于腰桁架一般布置于设备层设备层； 帽桁架和腰桁架一般是由帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁相互正交的两组桁架架构成，等距满布于建筑物的横构成，等距满布于建筑物的横( (纵纵) )向。向。第20页/共296页基础埋

10、深的考虑基础埋深的考虑 敷设地下室；敷设地下室；（补偿基础、增大结构抗侧倾能力（补偿基础、增大结构抗侧倾能力） 有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、不宜采用局部地下室；不宜采用局部地下室； 基础埋深：基础埋深： （从室外地坪或通长采光井底面到（从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度）承台底部或基础底部的深度） 1 1）采用天然地基时，不宜小于）采用天然地基时，不宜小于H H15 15 2 2）采用桩基时，不宜小于）采用桩基时，不宜小于H H20 20 H H ：室外地坪至屋顶檐口的高度：室外地坪至屋顶檐口的高度 当有可靠根据时，

11、基础埋深可适当减小。当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。室外地面标高至基础底面的距离第21页/共296页高层建筑钢结构抗重力体系结构体系抗侧力体系竖向重力水平力抵抗抵抗高度大抗侧力体系结构体系的主要部分四、四、高层建筑钢结构 抗侧力体系第22页/共296页抗侧力体系分类基本组成单元各类抗侧力体系 水平变形特点实例 做法应用范围第23页/共296页一、抗侧力体系基本单元 基本组成单元支撑桁架钢框架筒 高层建筑钢结构（包括钢砼组合结构）第24页/共296页钢框架支撑桁架第25页/共296页筒支撑桁架 + 框架密柱深梁钢砼剪力墙第26页/共296页（密柱深梁）筒1-450450外筒柱子2-45045

12、0内柱3-带高强度螺栓的裙梁纽约市贸中心大厦外筒中心梁柱安装单元第27页/共296页( 支撑桁架 + 框架 )筒第28页/共296页 ( 钢砼剪力墙 )筒钢框架 或 钢筒第29页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架体系基本单元的组合第30页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架支撑体系基本单元的组合第31页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架筒体系基本单元的组合第32页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒大型支撑体系基本单元的组合第33页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒支撑筒体系基本单元的组合第34页/共296页支撑桁架钢框架筒支撑桁

13、架钢框架筒基本单元的组合筒 束 体系筒 中 筒体系第35页/共296页抗侧力体系钢框架体系钢框架支撑体系钢框架筒体系大型支撑体系支撑筒体系筒 束 体系筒 中 筒体系第36页/共296页抗侧力体系钢框架体系钢框架支撑体系钢框架筒体系大型支撑体系支撑筒体系筒 束 体系筒 中 筒体系第37页/共296页二、钢框架体系 1、做法把梁柱刚接成整体，形成空间杆系结构是最早出现、也是最基本的抗侧力体系 2、特点A、平面布置比较灵活，可以获得大空间B、安装简单方便，造价相对较低C、应用于30层以内的高层建筑结构种类结构种类结结 构构 体体 系系非抗震非抗震设设 防防抗震设防烈度抗震设防烈度6、789钢结构钢结

14、构钢框架钢框架1101109070框架框架-支撑（剪力墙板）支撑（剪力墙板）260220200140各类筒体各类筒体360300260180第38页/共296页D、在水平力作用下，抗侧力刚度小，顶层位移大顶层水平位移层间水平位移由柱弯曲剪切变形引起层间水平位移由梁引起框架弯曲变形引起iii1ifigici第39页/共296页柱弯曲、剪切变形引起层间位移i c ic第40页/共296页梁弯曲、剪切变形引起层间位移i gig1/2hii1/2hii-1反弯点i i-1第41页/共296页ifif边柱拉伸变形if边柱压缩变形框架弯曲变形引起if第42页/共296页由柱弯曲剪切变形引起层间水平位移由梁

15、引起框架弯曲变形引起相对较小梁、柱抗弯、抗剪刚度较小抗轴向刚度较大相对较大相对较大框架抗侧力刚度小，顶层位移大ifigici第43页/共296页3、实例长富宫中心 北京 地上25层，地下2层, 94m1987年建成 2层以下和地下室为型钢砼结构, 以上全部为钢框架结构第44页/共296页箱形柱焊接 型钢梁北京长富宫中心标准层结构平面第45页/共296页结构钢材(日本钢材)柱及主梁: SM50A次梁及压型钢板: SS41高强度螺栓: F10T国名国名标准号标准号钢号钢号力学性能力学性能屈服点屈服点(MPa)抗拉强度抗拉强度(MPa)伸长率伸长率%冷弯试验冷弯试验试件厚度试件厚度钢钢 种种日本日本

16、 JIS3106（1975）SM41245401510241.0a低碳钢低碳钢SM50323490608221.5a低合金钢低合金钢SM53363520637191.5a低合金钢低合金钢SM58460568715201.5a低合金钢低合金钢SS41245401510261.5a低碳钢低碳钢SS50284490608192.0a低碳钢低碳钢SS55401540172.0a低合金钢低合金钢第46页/共296页构件截面柱焊接箱型截面厚度 42 19450 450框架梁焊接H型截面宽度200 250梁高650翼缘板厚度 32 19腹板厚度 12次梁轧制H型钢楼板1.2mm压型钢板上浇混凝土楼板压型钢板

17、支承于跨度小于3m的钢梁上第47页/共296页层高地下室 0.00 6.8 m一层 4.5 m二层5.0 m三 二十二层 3.3 m二十三层 4.3 m二十四层 4.1 m二十五层 3.3 m第48页/共296页三、钢框架 支撑体系 1、做法把钢框架和支撑桁架共同组合，作为抗侧力体系 第49页/共296页2、特点A、平面布置比较灵活，不能获得大空间B、安装较为简单方便C、应用于30 60层的高层建筑D、抗侧力刚度比钢框架大结构种类结构种类结结 构构 体体 系系非抗震非抗震设设 防防抗震设防烈度抗震设防烈度6、789钢结构钢结构钢框架钢框架1101109070框架框架-支撑（剪力墙板）支撑（剪力

18、墙板）260220200140各类筒体各类筒体360300260180第50页/共296页剪切形抗弯钢架第51页/共296页弯曲型(a)( )( )单榀支撑桁架的弯曲变形、剪切变形及组合变形第52页/共296页撑系框架抗弯框架相互作用力(a)(b)撑系框架与无支撑框架间的相互作用(a)特性变形形状(b)由于相互作用产生的剪力变化第53页/共296页框架楼板钢板独立支撑框架框架-支撑体系独立框架框架支撑体系的协同工作第54页/共296页3、分类（两种分类方法）按支撑杆的设置方法 轴交支撑支撑杆一端位于梁柱节点，另一端与另一支撑杆相交于框架梁或节点上 偏交支撑支撑杆端点与梁柱节点之间（或）两支撑杆

19、端点之间耗能梁段 存在第55页/共296页轴交支撑梁元单斜杆十字交叉斜杆柱元轴力杆元人字形杆元字形杆元字形杆元(a)(b)(c)(d)第56页/共296页轴交支撑特点用于抗风或不太强的地震力当有强震作用时，会有如下严重后果 A、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈,支撑抗侧力刚度降低C、往复的地震作用支撑斜杆会从受压的压屈状态受拉的拉伸状态支撑斜杆、节点、相邻构件中将产生很大附加应力结构受冲击作用D、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈后不能恢复（拉直）B B、支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑、支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端点实际构造做法并非铰接，而导致支撑产

20、生较大的附加的端点实际构造做法并非铰接，而导致支撑产生较大的附加内力及应力内力及应力第57页/共296页第58页/共296页第59页/共296页偏交支撑耗能梁段耗能梁段(a)(b)(c)(d)(e)偏心支撑类型（偏心支撑桁架）(a)门式架1； ( )门式架2；( )单斜杆式； ( )人字形式；(e) 字形式；第60页/共296页偏交支撑特点用于地震烈度大的地区 A、存在一小段耗能梁段 B、地震作用时，耗能梁段先屈服，消耗地震能量，保护支撑杆耗能梁段的剪切屈服承载力支撑杆受压承载力a、 耗能梁段的受弯承载力大于受剪承载力设计思路b、 耗能梁段的设计剪力不超过剪力承载力的80%c、 提高支撑杆的受

21、压承载力，使其至少应为耗 能梁段屈服时相应支撑轴力的1.6倍d、 塑性铰应出现在梁而不是柱上第61页/共296页第62页/共296页按支撑桁架的设置位置 框架竖向支撑体系加劲的框架竖向支撑体系框架竖向支撑体系第63页/共296页框架竖向支撑体系每层设置支撑跨层设置支撑每层设置跨层设置杆件、节点数量多，费用高，传力路线长与上面相反，但杆件长第64页/共296页加拿大国家银行大厦蒙特利尔 地 上 3 1 层 ， 地 下 7 层 , 127.08m1983年建成 7层以下为钢砼结构, 以上全部为钢框架竖向支撑体系构件截面柱焊接H型截面厚度 50760 760（最大）框架梁W610梁高610次梁W41

22、0楼板压型钢板肋高76mm,混凝土楼板140mm梁高410间距 3m第65页/共296页跨层偏心支撑加拿大国家银行大厦标准层结构平面及剖面第66页/共296页加劲的框架竖向支撑体系在设置竖向支撑的基础上，在顶层和每隔15层左右，沿房屋两个方向全长设置横向的伸臂桁架伸臂桁架伸臂桁架15层第67页/共296页支撑桁架伸壁桁架的延续桁架腰桁架或帽桁架伸臂桁架帽桁架顶层伸臂桁架伸壁桁架的延续桁架中部伸壁桁架内筒的支撑桁架腰桁架1-12-215层第68页/共296页设置伸臂桁架和腰桁架（帽桁架）楼层水平加强层设备层或避难层腰桁架（帽桁架）外框架所有柱子均参与整体抗弯作用加劲的框架竖向支撑体系第69页/共

23、296页伸臂桁架的作用第70页/共296页伸臂桁架有很大的抗弯刚度和抗剪刚度结构在水平荷载作用下外框架所有柱子均参与整体抗弯作用一侧外柱受拉， 另一侧受压相当于作用反弯矩减少结构水平位移抵消一部分倾覆力矩第71页/共296页4、支撑的等效件 嵌入式墙板支撑杆件易屈曲支撑杆件截面尺寸大为提高结构抗侧力刚度原因嵌入式墙板采用代替支撑杆件嵌入式墙板钢板剪力墙板内藏钢板剪力墙墙板带竖缝砼剪力墙墙板第72页/共296页钢板剪力墙板采用厚钢板，四周通过高强度螺栓与梁柱相连做法设防烈度大于等于7时，钢板两侧焊纵向或横向加劲肋仅承担框架内四周的剪力，不承担框架梁上的竖向荷载特点侧向刚度大，重量轻，安装方便，但

24、用钢量大第73页/共296页第74页/共296页第75页/共296页第76页/共296页内藏钢板剪力墙墙板钢板支撑的基础上，外包钢砼做法预制板仅在支撑的上下端节点处与钢框架相连钢支撑有外包砼，不考虑屈曲第77页/共296页第78页/共296页第79页/共296页第80页/共296页带竖缝砼剪力墙墙板预制板，中间带竖缝做法竖缝宽度10 mm ，竖向长度为墙板净高的一半，缝间距为缝长一半多遇地震，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大预制板仅与框架柱用高强度螺栓连接受力特点罕遇地震，墙板处于弹塑性阶段而产生裂缝，起到抗震耗能的作用第81页/共296页第82页/共296页裂缝（a）（ ）带竖缝混凝土剪力墙板弹

25、性及塑性受力状态（a）弹性阶段（ ）塑性阶段第83页/共296页5、工程实例北京京广中心大厦地上52层，地下3层, 196m高，1990年建成地下为钢骨砼框架和砼剪力墙，以上为钢框架支撑体系第84页/共296页北京京广中心大厦标准层平面图第85页/共296页天井京广中心大厦公寓层结构平面(4652层)第86页/共296页结构钢材(日本钢材)钢板厚小于等于40mm SM50A 轧制H型钢 SS41钢板厚大于40mm SM50B国名国名标准号标准号钢号钢号力学性能力学性能屈服点屈服点(MPa)抗拉强度抗拉强度(MPa)伸长率伸长率%冷弯试验冷弯试验试件厚度试件厚度钢钢 种种日本日本 JIS3106

26、（1975）SM41245401510241.0a低碳钢低碳钢SM50323490608221.5a低合金钢低合金钢SM53363520637191.5a低合金钢低合金钢SM58460568715201.5a低合金钢低合金钢SS41245401510261.5a低碳钢低碳钢SS50284490608192.0a低碳钢低碳钢SS55401540172.0a低合金钢低合金钢第87页/共296页构件截面柱箱型截面厚度 80850 850（最大）框架梁焊接H截面800 200 12 36 （外围框架梁端）800 300 12 25 （中心框架梁端）竖向支撑热轧及焊接H截面350 350 36 36 （

27、最大）第88页/共296页支撑主要采用带竖缝的预制墙板，在层高较大的部分则采用钢支撑（1-6层，23层，38层）竖向支撑布置1-1柱及竖向支撑平面(638)第89页/共296页柱及竖向支撑平面(4052层)第90页/共296页R1轴支撑布置第91页/共296页第92页/共296页新锦江大酒店地上43层，地下1层, 152m高，上海加劲的钢框架 竖向支撑体系第93页/共296页伸臂桁架竖向支撑第94页/共296页第95页/共296页结构钢材(美国钢材)A572/50级钢抗拉强度 390N/mm2屈服强度 350N/mm2国名国名标准号标准号钢号钢号力学性能力学性能屈服点屈服点(MPa)抗拉强度抗

28、拉强度(MPa)伸长率伸长率%冷弯试验冷弯试验试件厚度试件厚度钢钢 种种美国美国 ASTM（1975）A36245401549231.0a1.5a低碳钢低碳钢A242343490211.0a1.5a低合金钢低合金钢A440343491211.0a1.5a低合金钢低合金钢A441343491211.0a1.5a低合金钢低合金钢A57268684911141.5a3.0a高强度钢高强度钢第96页/共296页构件截面柱箱型截面700 700 80-20 (6层以下)框架梁焊接H截面700 300500 500 80-20 (6层以上)外围柱500 500中心柱第97页/共296页层层层层层层单斜杆支

29、撑伸臂桁架钢板墙板人字形支撑伸臂桁架第98页/共296页第99页/共296页东京新宿行政大厦地上54层，地下5层, 223m高，1979年加劲的钢框架 竖向支撑体系构件截面柱箱型截面550 550 65-13框架梁焊接H截面H = 700概况设置嵌入式钢砼预制墙板为支撑体系第100页/共296页东 京 新 宿 行 政 大 厦 平 面 结 构 布 置图第101页/共296页 东 京 新 宿 行 政 大 厦 立 面 结 构 布 置图第102页/共296页第103页/共296页104第104页/共296页 (1)多层和高层建筑钢结构的分析:分弹性设计和塑性设计 弹性设计:结构工作状态仅局限在理想弹性

30、范围内进行内力和变形分析,用于一般有抗震设防要求的结构. 塑性设计:考虑结构在弹一塑性工作状态时的结构分析。用于罕遇地震作用下的结构分析。 (2)分析方法:一阶理论和二阶理论两种。 一阶理论:结构受力后，考虑内力和外力平衡，忽略结构变形对几何关系的影响； 二阶理论:将结构变形对其几何关系的影响考虑在力的平衡方程中。一般应按二阶理论进行结构分析。 (3)楼盖:通常采用钢与混凝土组合楼盖，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性。设计中应采取加设板梁抗剪件，或非刚性楼面加现浇混凝土叠合层等措施加以保证。5.1 结构设计的原则规定五、结构设计方法第105页/共296页 (4)多、高层建筑钢结构计算模型的选择，

31、一般可采用平面抗侧力结构空间协调计算模型；对筒体结构或无法划分为平面抗侧力单元的不规则或复杂的结构，应采用空间结构计算模型。 (5)多、高层建筑钢结构的结构分析的手段，一般应借助电子计算机完成，但在初步设计阶段，可参考有关资料和计算手册用手算方法进行。这些手算近似计算方法，常用的有分层法、D值法、空间协调工作分析、等效角柱法和等效截面法等。 (6)多、高层建筑钢结构的内力和位移分析时，应考虑梁、柱的弯曲变形、柱的轴向变形和梁柱的剪切变形，梁的轴向变形随具体情况而定。第106页/共296页5.2 多、高层建筑钢结构的布置 多、高层建筑在确定结构形式和结构体系后，即可进行结构布置。结构布置应配合建

32、筑设计进行，满足建筑功能要求，并且应尽力做到受力合理、施工方便、造价经济。1高层建筑总体布置的要求第107页/共296页 (1)满足建筑使用要求 建筑的开问、进深、层高、层数及使用功能应得到保证，做到适用性。 (2)满足抗震设计原则应做到“小震不裂、中震可修、大震不倒”的可靠性原则。 (3)努力做到有利于建筑工程设计和施工的要求力求减少开间、进深，尽量统一柱网和层高尺寸，重复使用标准层，减少扭转 2高层建筑结构布置的原则 高层建筑结构布置应遵循以下原则： (1)结构平面形状和立面体型应尽可能简单、规则，使各部分刚度均匀对称，减少结构产生扭转的可能性。塔式楼平面的有利形式为o、丫、#、A；板式楼

33、的平面形式为口字形，长宽比和突出部位宜满足下图及下表限值，使建筑的刚度中心和质量中心接近。高层建筑结构的总体布置要求：第108页/共296页0.5 B / / Bmax 大洞口宽度比 1 1.5 l / / Bmax l / / b 凹凸部分的长宽比 需抗震设防时平面尺寸关系需抗震设防时平面尺寸关系4 5 L / / Bmax L/ /B 平面的长宽比 第109页/共296页1、准备设计资料(1)工程性质及建筑物安全等级。(2)荷载和作用。恒荷载标准值及其分布。活荷载标准值及其分布。基本风压及地面粗糙度类型。地震设防烈度。环境温度变化状况。基本雪荷载。5.3多、高层钢框架结构的设计内容和步骤第

34、110页/共296页 (3)地质条件。 2确定结构平面布置 3确定支撑体系的布置 4确定框架梁、柱截面形式并初估截面尺寸 (1)框架梁的截面尺寸估算梁的截面高度应考虑建筑高度、刚度条件和经济条件。确定梁的翼缘、腹板尺寸应考虑局部稳定、经济条件和连接构造等因素。 (2)框架柱的截面尺寸柱的截面尺寸可由一根柱所承受的轴力乘以1.2倍，按轴心受压估算所需柱截面尺寸。 5框架梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度的确定 第111页/共296页6荷载计算 (1)恒荷载。 (2)活荷载。 (3)风荷载。 (4)地震作用。 (5)温度作用。 (6)施工荷载。 注意：对楼层数较多、竖向荷载较大的结构，应考虑竖向构件

35、在竖向静载作用下发生弹性压缩变形对结构所产生的不利作用。 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1/500，各楼层质心位置的层间侧移不宜超过楼层高度的1/400。第112页/共296页8荷载作用下的框架内力分析(可采用任一适用的结构力学方法)(1)恒载设计值=1.2 X恒载标准值(2)活荷载设计值=1.4活荷载标准值 为便于内力组合，可将活荷载分跨布置进行计算。因非上人屋面活荷载一般较小，可不考虑活荷载的最不利布置，将活荷载在屋面满跨布置。(3)风荷载作用下的框架内力(建议采用D值法) 风荷载设计值=1.4风荷载标准值 对非对称框架，应分别计算左风和右风作用下的结构内力。第1

36、13页/共296页(4)地震作用下的框架内力(建议采用D值法，荷载底部剪力法)9荷载组合和内力组合(1)考虑四种基本荷载组合：恒荷载+活荷载恒荷载+风荷载恒荷载+0.85(活荷载+风荷载)恒荷载+0.51.2/1.4活荷载1.3地震荷载必要时尚应考虑温度作用参与组合。第114页/共296页(2)横梁内力组合(考虑活荷载的最不利布置)。(3)柱内力组合 由于活荷载作用下的内力用分层法计算，因此，在计算组合柱弯矩时，只考虑在柱相邻层布置活荷载；在计算组合柱轴力时，则考虑在该柱以上各层布置活荷载。10、构件及连接设计 (1)框架梁、柱设计。 (2)节点设计。 铰接柱脚。 刚接柱脚。第115页/共29

37、6页 地震作用：GB50011-20085.4 多层框架钢结构荷载与作用 0kzsz 多遇地震阻尼0.035，罕遇地震0.051、荷载与作用：竖向荷载活载、雪载、积灰荷载水平荷载恒载风载:第116页/共296页RS 0承载力：PPC罕遇：CS 设计应满足变形：RERS/承载力：变 形：eeC多遇：2、荷载效应组合第117页/共296页组合组合1 1：恒载控制：恒载控制：1.351.35恒载效应恒载效应+1.4+1.40.70.7活载效应活载效应组合组合2 2：活载控制：活载控制：1.21.2恒载效应恒载效应+1.4+1.4活载效应活载效应组合组合3 3：左风组合：左风组合：1.21.2恒载效应

38、恒载效应+1.4+1.4活载效应活载效应+1.4+1.40.60.6左风载效应左风载效应组合组合4 4：右风组合：右风组合：1.21.2恒载效应恒载效应+1.4+1.4活载效应活载效应+1.4+1.40.60.6右风载效应右风载效应组合组合5 5：左震组合：左震组合：1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3+1.3左震作用效应左震作用效应组合组合6 6：右震组合：右震组合：1.21.2重力荷载效应重力荷载效应+1.3+1.3右震作用效应右震作用效应组合组合7 7：左震组合：左震组合：1.01.0重力荷载效应重力荷载效应+1.3+1.3左震作用效应左震作用效应组合组合8 8：右震组合：右震组

39、合：1.01.0重力荷载效应重力荷载效应+1.3+1.3右震作用效应右震作用效应承载力一般组合：设计值正常使用组合：使用标准值第118页/共296页一：截面形式：1 钢结构框架柱在两个方向都承受较大的弯矩，同时又要考虑强柱弱梁的要求；而目前使用的焊接H型钢或I字热轧钢截面，强弱轴 惯性矩之比310，势必造成材料浪费。但对平面受力结构，选用H型钢或I字钢在受力上还是合理的2 对于轴压比较大，双向弯矩接近，梁截面较高的框架柱，可采用 双轴等强的截面，如箱形截面，双肢格构截面，钢管柱或方钢管 混凝土柱。3 方钢管混凝土柱目前缺乏相应的规范、规程，应用还较少。 尤其钢管砼梁、柱的连接较为复杂，不利于工

40、厂制作和现场施工5.5 多层框架钢构件设计第119页/共296页二 初选截面： 1：经验法： 可按吊车吨位，工作制，柱截面情况查表，并凭经验定 2：估算法： 将竖向荷载放大20作为轴力，按轴压构件估算柱截面三 构造规定：1：柱端部应设横隔，间距不大于9倍柱最大截面宽度和8m2：柱高厚比大于20时，应设横向加劲肋，间距不大于3h0 第120页/共296页 多高层建筑钢结构 节点设计第121页/共296页内容节点的设计原则 (总)节点设计时的构造要求各类节点的做法及特点节点分类第122页/共296页一、节点的设计原则1、不考虑抗震要求时结构的主要荷载包括两种情况抗震非抗震风荷载结构一般处于弹性状态

41、作用时与地震荷载相比不大满足构件内力要求即可节 点 设 计原则第123页/共296页2、当考虑抗震要求时结构的主要荷载地震荷载结构可能进入塑性状态作用时塑性区附近的节点塑性区内的杆件特殊的设计要求节点设计原则满足构件内力要求特 殊 设 计要求针对构件塑性时的局部稳定节点极限承载力梁塑性时的侧向稳定第124页/共296页A、节点极限承载力Mu 1.2 MpVu 1.3 (2Mp/l)Mu、Vu 节点的极限受弯、受剪承载力Mp 梁的全塑性弯矩承载力l 梁的净跨度梁柱节点极限承载力Ru 1.2 An fyRu 支撑连接的极限承载力An 支撑杆净截面面积fy 支撑杆材料的屈服强度支撑节点极限承载力第1

42、25页/共296页B、构件进入塑性状态时， 板件的局部稳定应有保证框架梁板件板件7度及以上度及以上6度和非抗震设防度和非抗震设防工字形梁和箱形梁翼缘悬伸部分工字形梁和箱形梁翼缘悬伸部分b/t911工字形梁和箱形梁腹版工字形梁和箱形梁腹版h0/tw72-100N/Af85-120N/Af箱形梁翼缘在两腹板之间的部分箱形梁翼缘在两腹板之间的部分b0/t3036框架梁板件宽厚比限值注：1、表中，N为梁的轴向力，A为梁的截面面积，f为梁的钢材强度设计值； 2、表列值适用于 = Q235钢，当钢材为其它牌号时应乘以yf2/235mmNyf/235第126页/共296页C、受弯构件塑性区应设置侧向支撑点避

43、免梁发生侧向的弯扭失稳目的L0 两相邻支撑点之间的间距设置方法L0 / b0 ? (根据钢结构规范）b0 受压翼缘的宽度第127页/共296页二、节点设计的构造要求（总）1、设计时，应使节点构造简单，施工方便，便于就位和调整2、应防止厚钢板层状撕裂ZYX如图，通过轧制而成的钢板，三个方向的机械性能均不相同，其中Z向（厚度方向）最差，特别是塑性和韧性 钢板受撕裂情况 第128页/共296页B、对于容易发生撕裂的部位，应要求严格检查A、尽量避免焊缝收缩方向垂直钢板板面方向C、在满足承载力要求的前提下，尽量减少焊缝尺寸构 造 措施3、在确定框架吊装单元时，应根据构件重量、运输和起吊设备综合确定柱二层

44、或三层楼高一根（一、四层也可）梁每跨梁一根密柱深梁的框筒三根柱 + 三根梁树 状柱吊装单元三根柱 + 二根梁第129页/共296页世界贸易中心美国，纽约 411m，地上110层，地下6层 ，1973年竣工外筒柱子高的格构式梁次梁楼盖水平支撑内柱带高强度螺栓孔的裙梁第130页/共296页 阿莫科大厦（Amoco Building) 芝加哥标准石油大楼 美国，芝加哥 342m地 上 8 2 层 ， 地 下 5 层 1973年第131页/共296页4、柱的工地接头一般设置在主梁顶面1.0 1.3 m 高处,以便于安装第132页/共296页5、梁若需要现场接头，其位置应根据内力、运输、支撑综合确定一般

45、距离柱轴线约0.5 - 1.5m第133页/共296页第134页/共296页6、焊条应与钢材的型号匹配，尽量选择强度低的，使节点有好的延性7、为了焊透和满焊，应设置引弧板和垫板，且焊件应加工成坡口8、对于主要承重构件的螺栓连接，应采用高强度螺栓位移小、强度高、延性好9、若节点为栓焊混合连接，应先安装螺栓，再施焊第135页/共296页三、高层建筑钢结构节点的类型梁 柱梁 柱 节点柱 柱柱 柱 节点梁 梁梁 梁 节点柱 基础柱 脚 节点支撑 梁柱支 撑 节点钢梁 钢砼剪力墙墙 梁 节点第136页/共296页1、梁柱节点半刚性连接刚 性 连接铰接梁柱之间的转动刚度A 、 刚 性 连接全 焊 连接全栓

46、连接栓 焊 连接工厂中采用，现场不宜采用适合现场安装现场采用，材料耗费多第137页/共296页梁-柱全焊接刚性节点第138页/共296页梁-柱栓焊混合连接刚性节点第139页/共296页第140页/共296页第141页/共296页第142页/共296页T型铸钢件角钢T型铸钢件和角 钢 可 以 在工 厂 力 先 焊在 柱 上 ， 以减 少 现 场 工作 量 ， 但 运输应注意全栓连接梁-柱T形件连接形 连 接 件第143页/共296页B 、 半 刚 性连接介于刚性和铰接之间，有较大的延性和吸能性能用于低烈度地震区，层数不多的钢框架梁-柱端板连接第144页/共296页C、铰接连接梁可绕节点转动，节点

47、不能传递弯矩M连接方法简单，施工方便当不考虑钢框架抵抗水平力时，可以考虑铰接梁-柱的柔性连接第145页/共296页2、柱柱节点宽 翼 缘 工字型矩型管截面A、柱截面热轧宽翼缘工字型截面焊接的工字型截面四块钢板通过焊接而成B、柱腹板、翼缘之间的焊接构造 焊接的工字型截面角焊缝，承受腹板、翼缘之间的竖向剪力第146页/共296页 焊接的矩形管截面a、当不考虑抗震要求时部分熔透的 “ V ” 型熔透的“ U ” 型转 角 处焊缝hf 1/3 t; hf 14 mm箱形柱角部组合焊缝（a）部分熔透焊缝； （b）全熔透焊缝见详图第147页/共296页C、柱接头做法 不考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板

48、， 厚度大于10mm宽 翼 缘 工字型矩型管截面设于柱翼缘两相对的翼缘上第148页/共296页第149页/共296页第150页/共296页第151页/共296页b、柱接头处采用部分焊透的单边 “ V ” “ J ” 型坡口 c、柱接头位置一般在梁上1.0-1.3m处，以方便施工部分焊透焊缝工形柱工地拼接铣 平铣 平高强度螺栓铣平第152页/共296页 考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，方法同上b、柱接头位于塑性区范围以外 1/10 L 和 2h (取大值）c、对于工字型截面， 翼缘熔透坡口焊，承受弯矩M 腹板高强度螺栓，承受剪力Q 轴力由两者共同承担d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊箱形柱工

49、地焊接上柱横隔板下柱盖板第153页/共296页第154页/共296页 柱的变截面连接a、 尽量不改变截面高度而改变翼缘厚度b、若改变截面高度，则做法如图c、变截面位置一般位于接头部位第155页/共296页柱的变截面连接（1）第156页/共296页柱的变截面连接（2）第157页/共296页3、梁梁节点A、主梁的拼接拼接位置应在框架节点塑性区以外主梁的拼接形式第158页/共296页第159页/共296页B、主次梁的相互连接为防止受扭，宜采用铰接方法次梁与主梁的简支连接第160页/共296页第161页/共296页次梁高度较小时与主梁的连接次梁与主梁的刚性连接第162页/共296页C、主梁的侧向隅撑为

50、防止主梁塑性区侧向失稳，设置隅撑距离柱轴线1/81/10梁跨处设置设置在梁的下翼缘设置方法梁的侧向隅撑设 于 梁 下 翼 缘第163页/共296页第164页/共296页4、墙梁节点A、钢梁与砼墙的连接采用铰接，承受拉力和剪力钢梁与混凝土墙连接 钢梁与混凝土墙的简支连接第165页/共296页B、钢梁与砼梁的连接钢梁与混凝土梁的连接加密箍筋混凝土梁第166页/共296页第167页/共296页第168页/共296页 节点设计内容节点的设计原则 (总)节点设计时的构造要求各类节点的做法及特点节点分类第169页/共296页一、节点的设计原则1 1、不考虑抗震要求时结构的主要荷载包括两种情况抗震非抗震风荷

51、载结构一般处于弹性状态作用时与地震荷载相比不大满足构件内力要求即可节点设计原则第170页/共296页2 2、当考虑抗震要求时结构的主要荷载地震荷载结构可能进入塑性状态作用时塑性区附近的节点塑性区内的杆件特殊的设计要求节点设计原则满足构件内力要求特殊设计要求针对构件塑性时的局部稳定节点极限承载力梁塑性时的侧向稳定第171页/共296页A、节点极限承载力Mu 1.2 MpVu 1.3 (2Mp/l)Mu、Vu 节点的极限受弯、受剪承载力Mp 梁的全塑性弯矩承载力l 梁的净跨度梁柱节点极限承载力Ru 1.2 An fyRu 支撑连接的极限承载力An 支撑杆净截面面积fy 支撑杆材料的屈服强度支撑节点

52、极限承载力第172页/共296页B、构件进入塑性状态时， 板件的局部稳定应有保证框架梁框架梁板件宽厚比限值注：1、表中，N为梁的轴向力，A为梁的截面面积，f为梁的钢材强度设计值； 2、表列值适用于 = Q235钢，当钢材为其它牌号时应乘以yf/235板件7度及以上6度和非抗震设防工字形梁和箱形梁翼缘悬伸部分b/t911工字形梁和箱形梁腹版h0/tw72-100N/Af85-120N/Af箱形梁翼缘在两腹板之间的部分b0/t3036注：1、表中，N为梁的轴向力，A为梁的截面面积，f为梁的钢材强度设计值； 2、表列值适用于 = Q235钢，当钢材为其它牌号时应乘以yf2/235mmN第173页/共

53、296页C、受弯构件塑性区应设置侧向支撑点避免梁发生侧向的弯扭失稳目的L0 两相邻支撑点之间的间距设置方法L0 / b0 ? (根据钢结构规范）b0 受压翼缘的宽度第174页/共296页二、节点设计的构造要求（总）1、设计时，应使节点构造简单，施工方便，便于就位和调整2、应防止厚钢板层状撕裂ZYX如图，通过轧制而成的钢板，三个方向的机械性能均不相同，其中Z向（厚度方向）最差，特别是塑性和韧性 钢板受撕裂情况 第175页/共296页B、对于容易发生撕裂的部位，应要求严格检查A、尽量避免焊缝收缩方向垂直钢板板面方向C、在满足承载力要求的前提下，尽量减少焊缝尺寸构造措施3、在确定框架吊装单元时，应根

54、据构件重量、运输和起吊设备综合确定柱二层或三层楼高一根（一、四层也可）梁每跨梁一根密柱深梁的框筒三根柱 + 三根梁树状柱吊装单元三根柱 + 二根梁第176页/共296页世界贸易中心美国，纽约 411m，地上110层，地下6层 ，1973年竣工外筒柱子高的格构式梁次梁楼盖水平支撑内柱带高强度螺栓孔的裙梁第177页/共296页 阿莫科大厦（Amoco Building) 芝加哥标准石油大楼 美国，芝加哥 342m地上82层，地下5层 1973年第178页/共296页4、柱的工地接头一般设置在主梁顶面1.0 1.3 m 高处,以便于安装第179页/共296页5、梁若需要现场接头，其位置应根据内力、运

55、输、支撑综合确定一般距离柱轴线约0.5 - 1.5m,多为1m。第180页/共296页第181页/共296页6、焊条应与钢材的型号匹配，尽量选择强度低的，使节点有好的延性7、为了焊透和满焊，应设置引弧板和垫板，且焊件应加工成坡口8、对于主要承重构件的螺栓连接，应采用高强度螺栓位移小、强度高、延性好9、若节点为栓焊混合连接，应先安装螺栓，再施焊第182页/共296页三、高层建筑钢结构节点的类型梁 柱梁柱节点柱 柱柱柱节点梁 梁梁梁节点柱 基础柱脚节点支撑 梁柱钢梁 钢砼剪力墙墙梁节点第183页/共296页1 1、梁柱节点半刚性连接刚性连接铰接梁柱之间的转动刚度A、刚性连接全焊连接全栓连接栓焊连接

56、工厂中采用，现场不宜采用适合现场安装现场采用，材料耗费多第184页/共296页梁-柱全焊接刚性节点第185页/共296页梁-柱栓焊混合连接刚性节点第186页/共296页第187页/共296页第188页/共296页第189页/共296页T型铸钢件角钢T型铸钢件和角钢可以在工厂力先焊在柱上，以减少现场工作量，但运输应注意全栓连接梁-柱T形件连接形 连 接 件第190页/共296页B、半刚性连接介于刚性和铰接之间，有较大的延性和吸能性能用于低烈度地震区，层数不多的钢框架梁-柱端板连接第191页/共296页C、铰接连接梁可绕节点转动，节点不能传递弯矩M连接方法简单，施工方便当不考虑钢框架抵抗水平力时，

57、可以考虑铰接梁-柱的柔性连接第192页/共296页2 2、柱柱节点宽翼缘工字型矩型管截面A A、柱截面热轧宽翼缘工字型截面焊接的工字型截面四块钢板通过焊接而成B B、柱腹板、翼缘之间的焊接构造 焊接的工字型截面角焊缝，承受腹板、翼缘之间的竖向剪力第193页/共296页 焊接的矩形管截面a、当不考虑抗震要求时部分熔透的 “ V ” 型熔透的“ U ” 型转角处焊缝hf 1/3 t; hf 14 mm箱形柱角部组合焊缝（a）部分熔透焊缝； （b）全熔透焊缝见详图第194页/共296页C C、柱接头做法 不考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，厚度大于10mm宽翼缘工字型矩型管截面设于柱翼缘两相对的

58、翼缘上第195页/共296页第196页/共296页第197页/共296页第198页/共296页b、柱接头处采用部分焊透的单边 “ V ” “ J ” 型坡口 c、柱接头位置一般在梁上1.0-1.3m处，以方便施工部分焊透焊缝工形柱工地拼接铣 平铣 平高强度螺栓铣平第199页/共296页 考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，方法同上b、柱接头位于塑性区范围以外 1/10 L 和 2h (取大值）c、对于工字型截面， 翼缘熔透坡口焊，承受弯矩M 腹板高强度螺栓，承受剪力Q 轴力由两者共同承担d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊上柱横隔板下柱盖板第200页/共296页第201页/共296页 柱的变截面

59、连接a、 尽量不改变截面高度而改变翼缘厚度b、若改变截面高度，则做法如图c、变截面位置一般位于接头部位第202页/共296页柱的变截面连接（1）第203页/共296页柱的变截面连接（2）第204页/共296页3 3、梁梁节点A A、主梁的拼接拼接位置应在框架节点塑性区以外主梁的拼接形式第205页/共296页第206页/共296页B B、主次梁的相互连接次梁与主梁的简支连接第207页/共296页第208页/共296页次梁高度较小时与主梁的连接次梁与主梁的刚性连接第209页/共296页C C、主梁的侧向隅撑为防止主梁塑性区侧向失稳，设置隅撑距离柱轴线1/81/10梁跨处设置设置在梁的下翼缘设置方法

60、梁的侧向隅撑设 于 梁 下 翼 缘第210页/共296页第211页/共296页4 4、墙梁节点A A、钢梁与砼墙的连接采用铰接，承受拉力和剪力钢梁与混凝土墙连接 钢梁与混凝土墙的简支连接第212页/共296页B B、钢梁与砼梁的连接钢梁与混凝土梁的连接加密箍筋混凝土梁第213页/共296页第214页/共296页第215页/共296页多高层建筑钢结构 楼板设计第216页/共296页内容楼板设计的基本要求楼板的类型作法 每类楼板相关的内容特点 设计方法构造要求建筑使用受力第217页/共296页一、楼板设计的基本要求A、承受和传递荷载(水平和竖向荷载)B、隔音的要求具体满足两个方面的要求刚度强度保证