第四章_多高层房屋结构课件

1、1第 4 章2本章内容3多、高层钢结构的认识重量轻重量轻抗震性能好抗震性能好施工周期短施工周期短工业化程度高工业化程度高环保效果好环保效果好多层钢结构住宅的开发和建造已得到重视。4天津丽苑钢结构住宅天津丽苑钢结构住宅天津丽苑钢结构住宅天津丽苑钢结构住宅5青岛即墨钢结构住宅青岛即墨钢结构住宅莱钢开发的青岛即墨钢结构住宅64.1 多、高层房屋结构的组成本节内容7 结构类型8框架结构 框架结构的主要优点框架结构的主要优点: :9框剪结构 亦可二者皆设置10侧向位移模式11用于地震区时，具有双重设防的优点可用于不超过4060层的高层建筑框剪结构的特点钢筋混凝土结构:需采取构造措施钢板结构(89mm厚钢

2、板) 研究表明，在侧向刚度相同时，钢板剪力墙的框剪结构比框架结构用钢量少。剪力墙：12框筒结构 框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒中筒）适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）结构及受力特点：内部设置剪力墙式的内筒，与及其他竖向构件 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（竖直方向）以承受侧向 荷载；同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。13束筒结构 由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成 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) 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14钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度（

3、m） 15芯筒体系16支撑框筒结构或桁架筒体结构 17多层结构房屋多层结构房屋单纯采用框架结构或斜撑(或剪力墙)体系；1）框架体系： 未必所有的梁柱都刚性连接2）斜撑体系： 少数柱之间设斜撑（梁柱连接可做成铰接）少数柱参与抗侧力体系；梁柱刚性连接构造复杂，应 该尽量少用；抗侧力体系也可混合使用。18多层房屋的抗侧力结构多层房屋的抗侧力结构194.1.2 结构布置提要多层房屋应首选由光滑曲线构成的平面形式；(为了减少风压作用)尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；(以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动)避免以狭长形作平面形式；(因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象)框筒结构采用矩形平面形式时

4、，应控制其平面长度比小于1.5；（不满足时，宜采用束筒结构）需抗震设防时平面尺寸关系应符合要求。 20需抗震设防时平面尺寸关系21抗侧力构件设置部位 任一层的偏心率大于0.15时，称为平面不规则结构。22平面不规则结构23防震逢设置问题24结构竖向布置设防烈度6， 789最大高宽比6.56.05.525竖向布置的不规则结构 26共和银行中心27框筒结构布置时的注意事项28框筒结构布置时的注意事项（续）294.2 楼盖的布置方案和设计本节内容304.2.1 楼盖布置原则和方案 楼板 梁系多、高层建筑的楼盖结构组成 楼盖结构的方案选择原则31用于多、高层建筑的楼板 卫生间开洞较多处高度不大且无地震

5、设防的建筑（较少采用）多用于工业建筑32梁系的构成4.2.1 楼盖布置原则和方案用于矩形平面用于正方形平面梁系33梁系布置时考虑的因素 4.2.1 楼盖布置原则和方案34主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁端剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）必要时也可采用刚性连接 。 主次梁连接（一）4.2.1 楼盖布置原则和方案简支连接35实例主梁与次梁的铰接连接36主次梁连（二）4.2.1 楼盖布置原则和方案刚性连接374.2.2 压型钢板组合楼盖的设计(a) 不设次梁时的布置方案保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力 38抗剪栓钉的布置抗剪栓钉的布置抗剪栓钉39压型

6、钢板与抗剪栓钉的连接40栓钉连接件的受剪承载力设计值ccvstccvst0.430.7NAE fNAf 且 4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计- (4-4)41栓钉受剪承载力设计值的折减4.2.2 压型钢板组合楼盖的设计42混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时（Nvc应折减）2spp0.6 ()/1.0b hhh 且 sp2p0()0.851.0b hhhn 且 43压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式44组合楼板和组合梁组合楼板组合板非组合板考虑压型钢板对组合楼板承载力的贡献一般形式组合梁压型钢板组合梁组合梁预制钢筋混凝土板组合梁压型钢板组合楼板45组合楼板设计时的基本原则46组合楼板施工阶段

7、的设计 47施工阶段力学模型的说明实质上是压型钢板的计算只考虑荷载沿强边方向传递(单向板) (因强边方向的截面刚度远大于弱边方向)48组合楼板使用阶段的设计非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板波槽内设置钢筋，并进行相应计算.组合板: 永久荷载 + 使用阶段可变荷载变形验算承载力验算单向弯曲简支板双向弯曲板或单向弯曲板正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力内容49组合板的力学模型参数e lxly, =(Ix Iy)1/4（异向性系数） Ix、Iy：组合板顺肋方向和垂直肋方向的截面惯性矩，计算Iy时只考虑压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度hc.50组合板正截面抗弯承载力验算51

8、组合板正截面抗弯承载力验算（1）PcmcA ffh b时，cmPMfxby0.8Pcm/xA ffbP0/2yhxx :组合板受压区高度 x 055h0时，取x = 0.55h0h0 :组合板有效高度yp:压型钢板截面应力合力至混凝土 受压区截面应力合力的距离b :压型钢板的波距AP:压型钢板波距内的截面面积hc :压型钢板顶面以上混凝土厚度f :压型钢板钢材的抗拉强度设计值验算公式0.8 :考虑到起受拉钢筋作用的压型钢板没有混凝土保护层，以及中 和轴附近材料强度发挥不充分等因素 。52组合板正截面抗弯承载力验算（2）b :压型钢板的波距hc :压型钢板顶面以上混凝土厚度AP2 :塑性中和轴以

9、上的压型钢板波距内截面面积yP1 ,yP2 :压型钢板受拉区截面应力合力分别至受压区混凝 土板截面和压型钢板截面应力合力的距离 cmcP1P2P2)Mfh byAfy0.8（验算公式PcmcA ff h b时，P2cmc/)PAAf h b f0.5（53 混凝土翼板计算厚度：普通钢筋混凝土翼板：取原厚度ho带压型钢板的混凝土翼板： 取hc组合梁的设计混凝土翼板有效宽度bce ： bce=bo+bc1+bc2 bo ：钢梁上翼缘宽度 bc1, bc2 ：各取梁跨度l的1/6和翼缘板 厚度hc的6倍中的较小值 对于中间梁， bc1 = bc2 .bc1尚不应超过混凝土翼板实际外伸长度s1;bc2

10、不应超过净距s0的1/2;54换算宽度的折算受压混凝土翼板的有效宽度bce与钢材等效的换算宽度beq弹性分析时bcebeq换算公式：荷载标准组合：beq=bce/E 荷载准永久组合：beq=bce/（2E）E：钢材弹性模量与混凝 土弹性模量的比值55组合梁的正截面受弯承载力验算 56验算公式（一）cmcceAffh b时，cecmMb xfyceccmc1Mb h fyA fycmcceAff h b时，A :钢梁截面面积 Ac:钢梁受压区截 面面积 57负弯矩作用 Ps34(/ 2)syMMA fyy验算公式（二）纵向钢筋截面形心线4ssyw=/(2)yA ft fAs:翼板有效宽度范围内钢

11、筋截面面积Mp:钢梁截面的全塑性弯曲承载力PP=MW f58594.3 柱和支撑的设计604.3.1 框架柱设计概要61压(拉)弯构件截面初估：参考同类已建工程；（如在初设计中，已粗略得到柱的设计轴力值N，则可以承受1.2 N的轴心受压构件来初拟柱截面尺寸）大致可按每34层作一次变截面；尽量使用较薄的钢板；（其厚度不宜超过100mm；柱板件宽厚比不应大于表4.6的规定）框架柱长细比的规定（下表）框架柱的设计方法62满足强柱弱梁的设计要求 pcyccpbyb(/WfNAWf)Wpc、Wpb：计算平面内交汇于节点的柱和梁的截面塑性抵抗矩； fyc 、 fyb ：柱和梁钢材的屈服强度； N ：按多遇

12、地震作用组合得出的柱轴力； AC ：柱的截面面积； ： 强柱系数（超过6层的钢框架，6度类场地和7度时可取 1.0，8度时可取1.05，9度时可取1.15；63在重力荷载作用下：对于纯框架柱应按有侧移情形确定。 （上册附表18-2）满足规范GB 50017规定的强支撑(或剪力墙)框架：应按无侧移情形确定。（上册附表18-1）亦可分别按下列近似公式确定：计算长度的确定KKK KKKK K121212121.6+4()有侧移时: +7.5 +7.532(KKK KKKK K121212123+1.4()+0.64 )+1.28无侧移时： K1，K2 ：交于柱上下端的横梁线刚度之和与柱线刚度之和的比

13、值644.3.2 梁与柱的连接本节内容65梁与柱的连接形式柔性连接1半刚性连接2刚性连接3梁腹板传递竖向剪力梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力466连接形式的选取刚性连接是多高层结构中常见的连接形式；未必所有的梁柱都刚性连接；梁柱刚性连接构造复杂，制作和工地安装工作量大， 应该尽量少用；实际梁柱连接往往 介于完全刚接和完 全铰接之间；可根据需要和可能 采用半刚性连接。67完全焊接梁翼缘与柱翼缘间: 全熔透坡口焊缝；按规定设置衬板；当框架梁端垂直于工字形柱腹板时，柱在梁翼缘对应位置设置横向加劲肋；且加劲肋厚度不应小于梁翼缘厚度。为便于施焊，梁腹板要切去两角；构造简单，

14、但焊缝质量要求高。68完全焊接连接的计算方法常用计算法精确计算法梁翼缘梁端全部弯矩梁腹板梁端全部剪力尚应以Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力来验算梁翼缘梁腹板承担Mf同时承担Mw和梁端全部剪力V梁端的弯矩M以梁翼缘和腹板各自的截面惯性矩分担作用69完全焊接时的常用计算法追加Anwfv/2作为焊缝所承担的剪力验算!梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：梁腹板角焊缝的抗剪强度：70栓焊混合连接时的常用计算法追加Anwfv/2作为螺栓所承担的剪力验算!梁翼缘与柱翼缘对接焊缝的抗拉强度：梁腹板高强螺栓的抗剪承载力：0.9：考虑焊接热影响对高强度螺栓预拉力损失。71完全栓接所有的螺栓都采用高强摩擦型螺栓连接

15、；当梁翼缘提供的塑性截面模量小于梁全截面塑性截面模量的70时，梁腹板与柱的连接螺栓不得少于两列；当计算只需一列时，仍应布置两列，且此时螺栓总数不得小于计算值的1.5倍。适用于单侧有梁相连的柱72栓焊混合连接 可认为是半刚接；连接钢板足够厚时， 作为刚接；支托传递剪力。73产生裂缝的原因未焊透、气泡、凹坑、 焊脚尺寸的突变；焊接处材料韧性低下。74改进意见最好在焊后将衬板除去并补焊翼缘坡口 焊的焊根；如果焊后不除去衬板，则下翼缘焊缝的 衬板应有足够的角焊缝消除间隙；同时， 腹板端部扇形切角的尺寸不宜过小；为了防止焊缝金属韧性过低，对它的最 低冲击功作出了规定。75改进的节点构造（1）骨形连接Do

16、gbone Moment Connection梁翼缘局部削弱， 形成骨形连接；塑性铰自梁端外移。76改进的节点构造（2）梁端部加腋塑性铰外移；用于结构加固。77实例梁与柱的刚接连接高强螺栓钢衬板梁上下翼缘传递弯矩，腹板传递剪力78柔性连接79柔性连接（a）（c）（b）连接角钢或端板偏上放置：上翼缘处变形小。80图(d): 当梁用承托连于柱腹板时，宜用厚板作为承托构件以免柱 腹板承受较大弯矩；图(e): 在需要用小牛腿时，则应做成工字形截面，并把它的两块 翼缘都焊于柱翼缘，使偏心力矩M=Re以力偶的形式传给柱翼缘。承托牛腿柔性连接81实例梁与柱铰接连接梁腹板传递竖向剪力82半刚性连接竖向荷载下可

17、看作梁简支于柱；水平荷载下起刚性节点作用；适于层数不多或水平力不大的建筑；半刚性连接必须有抵抗弯矩的能力，但无需像刚性 连接那么大。 用连于翼缘的上、下角钢和高强螺栓来连接，由上下角钢一起传递弯矩，腹板上的角钢则传递剪力。 83端板-高强螺栓连接84实例梁与柱的半刚接连接梁腹板与翼缘传递剪力和部分弯矩854.3.3 水平支撑布置横向水平支撑纵向水平支撑水平支撑（设置于同一水平面内的支撑）（通常意义下）临时水平支撑：为了建造和安装的安全而设置；永久水平支撑：通常在水平构件不能构成水平刚 度大的隔板时设置。分类86水平支撑布置节点板表面高出梁上翼缘有构造处理上的不便楼盖水平刚度不足时布置水平支撑8

18、7 4.3.4 竖向支撑设计中心支撑:斜腹杆都连接于梁柱节点偏心支撑:斜腹杆不都连接于梁柱节点两根柱构件间设置一系列斜腹杆竖向支撑88竖直支撑的布置可在建筑物纵向的一部分柱间布置，也可在 横向或纵横两向布置；在平面上可沿外墙布置，也可沿内墙布置。 894.3.4.1 中心支撑90斜杆体系只能受拉的单斜杆体系，应同时设置不同倾斜方向 的两组单斜杆；且每层中不同方向单斜杆的截面面积在水平方向的 投影面积之差不得大于10。91对支撑杆件长细比的要求抗震设防的结构：长细比限值规定（反复拉压作用下，长细比大于40 (235fy)1/2的支撑承载力将显著降低。）非抗震设防结构中的中心支撑：（1）按只能受拉的杆件设计时，其长细比不应大于 300 (235fy)1/2；（2）按既能受拉又能受压的杆件设计时，其长细比不应 大于150 (235fy)1/2 。92支撑斜杆截面支撑斜杆宜采用双轴对称截面；当采用单轴对称截面时，应采取防止绕对称 轴屈曲的构造措施；结构抗震设防烈度不小于7度时，不宜用双角 钢组合T形截面。93中心支撑的设计要点（一）94中心支撑的设计要点（二）95中心支撑的设计要点（三）96中心支撑节点的构造形式（一）重型支撑轻型支撑（双节点板）97中心支撑节点的构造形式（二）98几何特征：支撑斜杆不交于梁