第8章 多高层钢结构房屋

1、多、高层房屋结构8.1 多、高层房屋的结构体系8.2 高层钢结构的计算特点8.3 压型钢板组合楼（屋）盖设计8.4 钢构件及连接的设计特点基本概念高层建筑混凝土结构技术规程规定，高层建筑混凝土结构技术规程规定，10层和层和10层以上或房屋层以上或房屋高度超过高度超过28m的建筑为高层建筑。的建筑为高层建筑。民用建筑设计通则规定，以高度为民用建筑设计通则规定，以高度为24米、米、100米的住宅和公米的住宅和公共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。实际上结构没有确切的划分低层、中层和高层的界限，对于实际上结构没有确切的划分低层、中层和高层的

2、界限，对于结构设计而言影响设计的重要因素结构设计而言影响设计的重要因素水平荷载及其效应是水平荷载及其效应是随高度而渐变的。随高度而渐变的。低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构设计的因素不同；竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度设计的因素不同；竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比；但成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比；但水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而水平荷载

3、产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而顶点侧移与结构高度四次方成正比。顶点侧移与结构高度四次方成正比。低层建筑由竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。低层建筑由竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。WHN 221qHM EIqHu84高层建筑结构受力简图HWq内力或位移内力或位移 =f(H4) M=f(H2) N=f(H) H 结构内力、位移与高度结构内力、位移与高度H的关系的关系第一节 多、高层房屋的结构体系一、多、高层钢结构的特点一、多、高层钢结构的特点1、结构自重轻（、结构自重轻（ 8-15KN/m2大约为砼结大约为砼结构的构的60%）2、抗震性能好、抗震性能好3、减少结构所

4、占建筑面积，能充分利用建、减少结构所占建筑面积，能充分利用建筑空间。（砼筑空间。（砼7%钢钢3%）4、施工周期短（、施工周期短（1.5倍于砼结构）倍于砼结构）5、耐火性能差、耐火性能差 二、多、高层钢结构的结构体系二、多、高层钢结构的结构体系根据不同建筑高度、不同抗侧力结构对水平根据不同建筑高度、不同抗侧力结构对水平荷载效应的适应性，分为：荷载效应的适应性，分为：纯框架结构体系纯框架结构体系框架框架-抗震墙结构体系抗震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-核心筒结构体系核心筒结构体系筒体结构体系筒体结构体系1、纯框架结构体系、纯框架结构体系由水平杆件和竖向构件正交或非正交连接而

5、成。由水平杆件和竖向构件正交或非正交连接而成。优点优点框架柱网可大可小，建筑平面布置灵框架柱网可大可小，建筑平面布置灵 活。延性大、耗能能力强的延性框架结活。延性大、耗能能力强的延性框架结 构，构， 具有较好的抗震性能。具有较好的抗震性能。缺点缺点刚度小，侧移大，使用高度最低。刚度小，侧移大，使用高度最低。图8-1 框架结构体系a）结构平面 b）结构剖面a）b）工程实例：北京长富宫中心（教材工程实例：北京长富宫中心（教材307页）页）建于建于1987年，旅馆，地下年，旅馆，地下2层，地上层，地上26层，房屋高度层，房屋高度96m，标准，标准层层高层层高3.3m。建筑平面。建筑平面25.8m 4

6、8m，主要柱网尺寸，主要柱网尺寸8m 9.8m。框架柱为焊接箱形截面，尺寸。框架柱为焊接箱形截面，尺寸450mm 450mm。框架。框架梁为焊接工字形截面，梁为焊接工字形截面，650mm 200mm250mm。次梁采用。次梁采用轧制轧制H型钢。型钢。4.05.86.25.84.04.05X8.04.0焊接箱形柱焊接箱形柱焊接工字形钢梁焊接工字形钢梁轧制轧制H型钢型钢图图8-2 8-2 北京长富宫中心标准层结构平面图北京长富宫中心标准层结构平面图 2、框架、框架-抗震墙结构体系抗震墙结构体系优点优点兼有框架结构布置灵活、延性好兼有框架结构布置灵活、延性好和剪力墙结构刚度大、承载力大的特点。和剪力

7、墙结构刚度大、承载力大的特点。水平荷载由钢框架和抗震墙共同承担。水平荷载由钢框架和抗震墙共同承担。抗震墙抗震墙 ：钢筋砼抗震墙：钢筋砼抗震墙 钢筋砼带缝抗震墙钢筋砼带缝抗震墙 钢板抗震墙。钢板抗震墙。 A-AAA竖缝竖缝钢梁钢梁钢柱钢柱图图8-3 带竖缝钢筋混凝土抗震墙带竖缝钢筋混凝土抗震墙钢梁钢梁钢柱钢柱横向加劲肋横向加劲肋纵向加劲肋纵向加劲肋图图8-4 带加劲肋钢板抗震墙带加劲肋钢板抗震墙钢筋砼抗震墙钢筋砼抗震墙 刚度大但有应力集中问题刚度大但有应力集中问题解决办法：带缝解决办法：带缝钢板抗震墙钢板抗震墙钢板厚度钢板厚度8-10mm, 8-10mm, 抗震设防烈度不小于抗震设防烈度不小于7

8、 7度度时应设置加劲肋，周边与钢框架采用高强度螺栓连接。时应设置加劲肋，周边与钢框架采用高强度螺栓连接。工程实例：北京京广中心大厦主楼工程实例：北京京广中心大厦主楼图图8-5 北京京广中心大厦北京京广中心大厦a)标准层结构平面标准层结构平面 b)墙板布置平面墙板布置平面 c)结构横剖面结构横剖面b)c)焊接工字钢梁焊接工字钢梁RC带竖缝墙板带竖缝墙板（652层）层）方钢管柱方钢管柱75075060RC带竖缝墙板带竖缝墙板（637层）层）钢框架钢框架23层层钢支撑钢支撑38层层RC带竖缝墙板带竖缝墙板208.00196.00a)天井天井北京京广中心大厦主楼为综合性多用途建筑，北京京广中心大厦主楼

9、为综合性多用途建筑，地下地下3层，地上层，地上51层，总高度层，总高度208m，平面为，平面为扇形，结构采用框架扇形，结构采用框架-抗震墙体系。地面以上抗震墙体系。地面以上框架柱采用焊接方管，框架梁采用焊接工字框架柱采用焊接方管，框架梁采用焊接工字钢，抗震墙采用预制钢筋混凝土带竖缝墙板。钢，抗震墙采用预制钢筋混凝土带竖缝墙板。a）b）钢框架钢框架钢支撑钢支撑钢支撑钢支撑钢框架钢框架框架框架+竖向支撑桁架竖向支撑桁架3、框架、框架-支撑结构体系支撑结构体系 竖向支撑桁架作用同抗震墙，一般沿两个方向竖向支撑桁架作用同抗震墙，一般沿两个方向在同一竖向柱距内连续布置。在同一竖向柱距内连续布置。 不考虑

10、抗震时，根据立面要求也可以交错布置。不考虑抗震时，根据立面要求也可以交错布置。支撑体系布置在中部时，外围柱不考虑参加抵抗水支撑体系布置在中部时，外围柱不考虑参加抵抗水平力。平力。支撑桁架类型：支撑桁架类型： 图图8-8 中心支撑类型中心支撑类型a）交叉形斜杆）交叉形斜杆 b）单斜杆）单斜杆 c）人字形斜杆）人字形斜杆 d）V形斜杆形斜杆 e）K形斜杆形斜杆a）b）c）d）e）b）c）d）e）a）aaaaaaaaa图图8-9 偏心支撑类型偏心支撑类型a）单斜杆式）单斜杆式 b）V字形式字形式 c）人字形式）人字形式 d）门架式）门架式1 e）门架式）门架式2注：粗线注：粗线a为消能梁段为消能梁段

11、型斜杆支撑在地震区不得采用，因斜杆易反复压曲而降低承载力型斜杆支撑在地震区不得采用，因斜杆易反复压曲而降低承载力【工程实例【工程实例8-3】第一中心银行大厦（见图】第一中心银行大厦（见图8-10）美国印第安纳波尼斯的一幢美国印第安纳波尼斯的一幢52层的钢结构办公大楼，高度为层的钢结构办公大楼，高度为190m，标准层平面尺寸为，标准层平面尺寸为58m 37m。大楼的抗侧力结构采用。大楼的抗侧力结构采用框架框架支撑体系，周边为钢框架，内部为支撑。支撑系统由两片支撑体系，周边为钢框架，内部为支撑。支撑系统由两片翼缘支撑和两片腹板支撑组成。翼缘支撑为抵抗倾覆力矩提供了翼缘支撑和两片腹板支撑组成。翼缘支

12、撑为抵抗倾覆力矩提供了最大的力臂，同时将楼面核心区的重力荷载传递至外柱。最大的力臂，同时将楼面核心区的重力荷载传递至外柱。图8-10 第一中心银行大厦的框架-支撑体系a）结构平面 b）抗侧力体系a）b）12200 310670=32000 12200 11700 11700 11700钢框架翼缘支撑腹板支撑腹板支撑翼缘支撑翼缘支撑4、框架、框架-核心筒结构体系核心筒结构体系 核心筒侧向刚度有限，设防烈度核心筒侧向刚度有限，设防烈度8度以上地震区度以上地震区不宜采用这种结构。不宜采用这种结构。工程实例：加拿大国家银行大厦工程实例：加拿大国家银行大厦a）b）跨层偏心支撑1.25m 21.6551.

13、051.0 21.65跨层偏心支撑钢框架柱5 5、筒体结构体系、筒体结构体系外框架筒体系外框架筒体系筒中筒体系筒中筒体系束筒体系束筒体系外支撑桁架筒体系外支撑桁架筒体系(1)外框架筒体系外框架筒体系外筒：密柱深梁；柱距外筒：密柱深梁；柱距3-4.5m；梁高；梁高0.9-1.5m; 承担全部水平荷载和按荷载面积比例分配的楼承担全部水平荷载和按荷载面积比例分配的楼层重力荷载；层重力荷载；内部框架内部框架:只承担重力荷载。只承担重力荷载。 梁柱节点可以采用铰接。梁柱节点可以采用铰接。工程实例：芝加哥标准石油公司大厦工程实例：芝加哥标准石油公司大厦 该大厦建于该大厦建于1973年，地下年，地下5层、地

14、上层、地上82层的层的办公大楼，建筑高度办公大楼，建筑高度342m，标准层层高，标准层层高3.86m。建筑平面尺寸为建筑平面尺寸为59.15m 59.15m，内部承重框，内部承重框架平面尺寸为架平面尺寸为28.96m 28.96m。外筒钢柱柱距。外筒钢柱柱距3.05m，柱截面采用人字形，深梁截面高度，柱截面采用人字形，深梁截面高度1.68m。图图8-13 芝加哥标准石油大厦芝加哥标准石油大厦a) 结构平面结构平面 b) 框筒柱截面框筒柱截面a) b) 3050人字形截面柱人字形截面柱钢框筒钢框筒角柱角柱2896059150等边角钢等边角钢1520翼缘厚翼缘厚3363翼缘厚翼缘厚1632承重框架

15、承重框架 760(2)筒中筒体系筒中筒体系内框筒：采用钢结构或钢砼结构内框筒：采用钢结构或钢砼结构外框筒：多采用密柱深梁的钢框筒外框筒：多采用密柱深梁的钢框筒工程实例：上海国际贸易中心工程实例：上海国际贸易中心 该大厦建筑平面为矩形，在四个角部有局部该大厦建筑平面为矩形，在四个角部有局部收进，地下收进，地下2层、地上层、地上35层，建筑总高度层，建筑总高度140m。建筑平面尺寸为建筑平面尺寸为40.4m 50m，内筒宽度为，内筒宽度为25.6m 16m，内、外筒柱距均为，内、外筒柱距均为3.2m，内外，内外筒之间的跨度为筒之间的跨度为12.2m，钢柱采用箱形截面，梁，钢柱采用箱形截面，梁采用轧

16、制采用轧制H型钢，楼板采用压型钢板上浇钢筋混型钢，楼板采用压型钢板上浇钢筋混凝土板，厚度凝土板，厚度90mm，压型钢板仅作模板使用。，压型钢板仅作模板使用。b)a)外框筒外框筒内框筒内框筒H型钢型钢箱形截面柱箱形截面柱50050040.42.6 113.2=35.2 2.62.6 143.2=44.8 2.6 50.0AA129.55AA外框筒外框筒内框筒内框筒上海国际贸易中心上海国际贸易中心（）束筒体系（）束筒体系工程实例：西尔斯大厦工程实例：西尔斯大厦354570=68550354570=68550密柱深梁腹板框架焊接H型钢柱平面形状50层35层90层110层66层周边桁架框筒周边桁架钢结

17、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和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度(m)(m)结构种结构种类类结构体系结构体系非抗震非抗震设计设计抗震设防烈度抗震设防烈度6 6、7 7度度8 8度度9 9度度钢结构钢结构框架框架框架框架- -支撑支撑( (剪剪力墙板力墙板) )各类筒体各类筒体11011026026036036011011022022030030090902002002602605050140140180180有混凝有混凝土剪力土剪力墙的钢墙的钢结构结构钢框架钢框架- -混凝混凝土剪力墙土剪力墙钢框架钢框架- -混凝混凝土核心筒土核心筒3203201801801001

18、007070钢框筒钢框筒- -混凝混凝土核心筒土核心筒2202201801801801807070高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制。钢结构高宽比的限值钢结构高宽比的限值结构种类结构种类结构体系结构体系非抗震设计非抗震设计抗震设防烈度抗震设防烈度6、7度度8度度9度度钢结构钢结构框架框架框架框架-支撑支撑(剪力墙板剪力墙板)各类筒体各类筒体566.5566455345有混凝土有混凝土剪力墙的剪力墙的钢结构钢结构钢框架钢框架-混凝土剪力墙混凝土剪力墙钢框架钢框架-混凝土核心筒混凝土核心筒55554444钢框筒

19、钢框筒-混凝土核心筒混凝土核心筒6554最大适用高度是经验性的规定，突破高度限制的建筑已经建成，当积最大适用高度是经验性的规定，突破高度限制的建筑已经建成，当积累了更多的经验以后在修订规程时适用的最大高度也会改变。累了更多的经验以后在修订规程时适用的最大高度也会改变。高宽比限制值更是一个经验性的规定，符合高宽比限制值要求的建筑高宽比限制值更是一个经验性的规定，符合高宽比限制值要求的建筑比较容易满足侧移限制，而侧移限制才是最根本的要求，如果各方面比较容易满足侧移限制，而侧移限制才是最根本的要求，如果各方面都能满足规范要求，突破高宽比限制值是可能的。都能满足规范要求，突破高宽比限制值是可能的。 第

20、二节 多、高层钢结构的计算特点一、荷载一、荷载1、竖向荷载、竖向荷载自重、楼面和屋面活荷载、雪荷载自重、楼面和屋面活荷载、雪荷载多层结构：活荷载不利布置多层结构：活荷载不利布置高层结构：各跨满载，当活荷载较大时，可将高层结构：各跨满载，当活荷载较大时，可将简化后框架梁的弯矩适当加大。简化后框架梁的弯矩适当加大。注意施工阶段的验算。注意施工阶段的验算。2、风荷载、风荷载计算主要承重结构和抗侧力构件时，垂直于建计算主要承重结构和抗侧力构件时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值为：筑物表面上的风荷载标准值为：0wwzszk式中式中 k风荷载标准值风荷载标准值(kN/m2)；z顺风向高度顺风向高度z 处

21、的风振系数；处的风振系数；s风荷载体型系数；风荷载体型系数；z风压的高度变化系数；风压的高度变化系数；o基本风压基本风压(kN/)。u 基本风压基本风压o ：风荷载基准压力，以当地比较空旷平坦地：风荷载基准压力，以当地比较空旷平坦地面上，离地面面上，离地面10米高度处，米高度处，10分钟平均的风速观测数据，经概分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，计算确定的风压。度，计算确定的风压。注意：建筑物的重要性不同，其风压值的重现期不同。对于高层注意：建筑物的重要性不同，其风压值的重现期不同。对于高层

22、建筑重现期为建筑重现期为100年，但对于高层建筑的维护结构，重现期仍为年，但对于高层建筑的维护结构，重现期仍为50年。年。对于对于高层建筑和高耸结构高层建筑和高耸结构，上述的风压应乘以上述的风压应乘以1.1对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高层结构，应乘以对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高层结构，应乘以1.20wwzszk（8-1）u风压的高度变化系数风压的高度变化系数z：根据地面类别查表，必要：根据地面类别查表，必要时应修正。时应修正。u风荷载体型系数风荷载体型系数s：1、对单独高层建筑：按、对单独高层建筑：按高钢规程高钢规程附录一采用。附录一采用。2、对城市建成区内新建高层建筑，应考

23、虑周围已有高、对城市建成区内新建高层建筑，应考虑周围已有高层建筑，特别是邻近已有高层建筑的影响层建筑，特别是邻近已有高层建筑的影响 。增加一。增加一个相互干扰增大系数：见表个相互干扰增大系数：见表8-13、验算墙面构件及其连接时，对风吸力区应采用表、验算墙面构件及其连接时，对风吸力区应采用表8-2规定的局部体型系数。封闭式建筑物的内表面，应按规定的局部体型系数。封闭式建筑物的内表面，应按外表面的风压情况取外表面的风压情况取0.2方方向向d/Bd/Bd/Hd/H地面地面粗糙度粗糙度风向角风向角0 0101020203030404050506060707080809090 顺顺风风向向3.53.5

24、0.70.7A A、B B类类1.151.151.351.351.451.451.501.501.801.801.451.451.751.751.401.401.401.401.301.301.251.251.151.15C C、D D类类1.101.101.151.151.251.251.301.301.551.551.251.251.501.501.201.201.201.201.101.101.101.101.101.107.57.51.51.5A A、B B类类C C、D D类类1.001.00横横风风向向2.252.250.450.45A A、B B类类1.301.301.501.5

25、0C C、D D类类1.101.101.301.307.57.51.51.5A A、B B类类C C、D D类类1.001.00表表8-1 建筑群体风荷载体型系数的增大系数建筑群体风荷载体型系数的增大系数BF 注：注：1.为风向与相邻建筑物平面形心之间连线夹角，为风向与相邻建筑物平面形心之间连线夹角，d为两建筑物之间为两建筑物之间的距离，的距离，B、H分别为所讨论建筑物迎风面宽度和高度。分别为所讨论建筑物迎风面宽度和高度。2.d/B或或d/H为上表中间值时，采用插值法确定。为上表中间值时，采用插值法确定。3.表中同一格有两个数时，低值适用于两个高层建筑，高值适用于两个表中同一格有两个数时，低值

26、适用于两个高层建筑，高值适用于两个以上高层建筑。以上高层建筑。部位部位局部体型系数局部体型系数外墙构件、玻璃幕外墙构件、玻璃幕墙墙墙面一般位置墙面一般位置-1.0-1.0墙角、屋面周边和墙角、屋面周边和屋面坡度大于屋面坡度大于1010的屋脊部位的屋脊部位1 1-1.5-1.5檐口、雨蓬、遮阳板、阳台檐口、雨蓬、遮阳板、阳台-2.0-2.0注：注：1作用宽度为房屋总高度的作用宽度为房屋总高度的0.1，但不小于，但不小于1.5m。 表表8-2 风吸力区的局部体型系数风吸力区的局部体型系数 u顺风向高度顺风向高度z 处的风振系数处的风振系数z考虑范围：考虑范围：房屋结构房屋结构 H30m &

27、 H/B1.5高耸结构高耸结构 T10.25s考虑方法：考虑方法：zzz 1脉动增大系数地面类别结构类型),(210Tf脉动影响系数地面粗糙类别等),/,(BHHf振型系数振型等),(Hzfz等截面钢结构高层建筑顺风向等截面钢结构高层建筑顺风向z简化表格见表简化表格见表8-4u在主体结构的顶部有小体型建筑时，应计入在主体结构的顶部有小体型建筑时，应计入鞭稍效应，可根据小体型建筑作为独立体时的基鞭稍效应，可根据小体型建筑作为独立体时的基本自振周期本自振周期与主体建筑的基本自振周期与主体建筑的基本自振周期的的比例，分别按下列规定处理：比例，分别按下列规定处理：一、当一、当/时，可假定主体建筑的高度

28、延伸时，可假定主体建筑的高度延伸至小体型建筑的顶部，对于沿高度等截面的高层至小体型建筑的顶部，对于沿高度等截面的高层建筑钢结构，顺风向风振系数应按现行国家标准建筑钢结构，顺风向风振系数应按现行国家标准建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范采用。采用。 二、当二、当/时，其风振系数宜按风振理论时，其风振系数宜按风振理论进行计算进行计算3、地震作用（1）计算原则）计算原则高层建筑根据高层建筑根据 “小震不坏，中震可修，大震小震不坏，中震可修，大震不倒不倒”的目标，采用两阶段设计方法：的目标，采用两阶段设计方法： 第一阶段设计按多遇地震计算地震作用，验第一阶段设计按多遇地震计算地震作用，验算构件的承载力和

29、稳定以及结构的层间侧移；算构件的承载力和稳定以及结构的层间侧移； 第二阶段按罕遇地震计算地震作用，验算结第二阶段按罕遇地震计算地震作用，验算结构的层间侧移和层间侧移延性比。构的层间侧移和层间侧移延性比。两阶段设计阶阶 段段目目 标标烈烈 度度地震地震作用作用性质性质受力状受力状态态作用效应组合作用效应组合第一第一阶段阶段小震不小震不坏（隐坏（隐含中震含中震可修）可修）多遇地震多遇地震作用对应作用对应的烈度的烈度（小震）（小震）可变可变作用作用弹性弹性（部分（部分弹塑性）弹塑性）承载力验算采用基本组承载力验算采用基本组合合( (多层、高层钢筋混凝多层、高层钢筋混凝土房屋层间弹性位移计土房屋层间弹

30、性位移计算，采用短期效应组合，算，采用短期效应组合，即作用分项系数均取即作用分项系数均取1.0)1.0)第二第二阶段阶段大震不大震不倒倒罕遇地震罕遇地震作用对应作用对应的烈度的烈度（大震）（大震）偶然偶然作用作用弹塑性弹塑性部分建筑物的层间弹塑部分建筑物的层间弹塑性位移验算，采刚短期性位移验算，采刚短期效应组合，即怍用分项效应组合，即怍用分项系数均取系数均取1.01.0说明：说明： 第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。来保证。第一阶段设计应

31、符合下列要求：第一阶段设计应符合下列要求： 1 一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分一般情况下，应允许在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用，并进行抗震验算各方向的水平地震别计算水平地震作用，并进行抗震验算各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担。作用应由该方向抗侧力构件承担。2 有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度大于15时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。3 质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水质量和刚度分布明显不对称的结构，应计入双向水平地震作用下的扭转影响，其他情况，应

32、允许采用调整地平地震作用下的扭转影响，其他情况，应允许采用调整地震作用效应的方法计入扭转影响。震作用效应的方法计入扭转影响。4 8、9度时的大跨度和长度时的大跨度和长悬臂悬臂结构及结构及9度时的高层建度时的高层建筑，应计算竖向地震作用。筑，应计算竖向地震作用。注注:8、9度时采用隔震设计的建筑结构应按有关规定度时采用隔震设计的建筑结构应按有关规定计算竖向地震作用。计算竖向地震作用。（2 2）、影响设计地震作用的因素）、影响设计地震作用的因素地震动特性方面地震动特性方面抗震设防烈度抗震设防烈度设计近远震设计近远震场地类别场地类别 结构特性方面：结构特性方面： 结构自振周期结构自振周期 建筑质量（

33、重力荷载）建筑质量（重力荷载） 结构阻尼比（材料）结构阻尼比（材料）设计地震作用的方向设计地震作用的方向水平（两个）水平（两个）竖向（一个）竖向（一个）结构效应的方向结构效应的方向平动（两个水平、一个竖向）平动（两个水平、一个竖向）扭转（竖轴）扭转（竖轴）（3 3）、设计地震作用的方向）、设计地震作用的方向（4）设计反应谱的概念水平地震影响系数水平地震影响系数 水平地震影响系数曲线水平地震影响系数曲线 水平地震影响系数曲线水平地震影响系数曲线GF 水平地震影响系数最大值设计地震分组场地类别类类类类第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.45

34、0.650.90地震影响6度7度8度9度设计基本地震加速度值0.05g0.10g0.15g0.20g0.30g0.40g多遇地震0.040.080.120.160.240.32罕遇地震0.500.720.901.201.400 0.1 Tg5Tg6.0T(s)max2TTgmax1252 . 0gTT max2max45. 0地震作用的计算方法及其适用范围地震作地震作用用结构结构方法方法使用范围使用范围水平水平弹性弹性底部剪力法底部剪力法高度不超过高度不超过60m，以剪切变形为主，质量和，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀刚度分布较均匀振型分解反振型分解反应谱法应谱法不满足底部剪力法应用条件

35、的结构不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法时程分析法（补充计算）（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑甲类建筑、特别不规则的建筑H80m，7、8度度I、II类场地乙、丙类建筑类场地乙、丙类建筑H60m，8度度III、IV类场地和类场地和9度乙、丙类建度乙、丙类建筑筑弹塑弹塑性性简化方法简化方法（略）（略）时程分析法时程分析法（略）（略）竖向竖向弹性弹性 底部轴力法底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构需考虑竖向地震作用的结构（5）水平地震作用的计算1）底部剪力法底部剪力法2 2）振型分解反应谱法）振型分解反应谱法3 3）时程分析法）时程分析法1 1）底部剪力法）底部剪力法适用范围：高度不超过适

36、用范围：高度不超过60m，以剪切，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀的高层变形为主，质量和刚度分布较均匀的高层钢结构的弹地震反映分析。钢结构的弹地震反映分析。用底部剪力法计算地震作用时，将多用底部剪力法计算地震作用时，将多自由度体系等效成单自由度体系，只考虑自由度体系等效成单自由度体系，只考虑结构的基本自振周期计算总水平地震力，结构的基本自振周期计算总水平地震力，然后再按一定规律分配到各个楼层。然后再按一定规律分配到各个楼层。计算方法：计算方法：底部剪力的计算底部剪力的计算地震作用沿高度的分配地震作用沿高度的分配eqniiiniiiniiniiEkGGmHGaFFF11111111111mH

37、iHiFiFEkFnEkniiiiiiFHGHGF1n1EknnFFGeq结构等效重力荷载代表值Geq=Sum(Gi)*0.852 2）振型分解反应谱法）振型分解反应谱法 按平面结算时，按平面结算时，X,Y两个水平方向分布计算，两个水平方向分布计算，一个水平方向每个楼层有一个平移自由度，一个水平方向每个楼层有一个平移自由度，n个楼层有个楼层有n个自由度、个自由度、n个频率和个频率和n个振型。个振型。平面结构的振型如下图所示。平面结构的振型如下图所示。第一振型第一振型第二振型第二振型第第 j 振型振型第第 n 振型振型图图1 平面结构第平面结构第j振型，振型，i质点的等效水平地震力为质点的等效水

38、平地震力为ijijjjiGXFjiFn1i2jiin1ijiijXGXGiGjixj相应与相应与 j 振型自振周期振型自振周期 的地震响应系数的地震响应系数jT第第 j 振型振型 i 质点的振幅系数质点的振幅系数第第 i 层（层（i 质点）重力荷载代表值质点）重力荷载代表值ji振型的振型参与系数：振型的振型参与系数：对于平面结构，根据随机振动理论，地震作用对于平面结构，根据随机振动理论，地震作用下的内力和位移由各振型的内力和位移平方下的内力和位移由各振型的内力和位移平方和再开方的方法（和再开方的方法（Square Root of Sum of Square,简称简称SRSS方法）组合得到：方法

39、）组合得到： 注：采用振型组合法时，突出屋面的小塔楼按其楼层质点参与振型计算，注：采用振型组合法时，突出屋面的小塔楼按其楼层质点参与振型计算， 鞭梢效应可在高振型体现。鞭梢效应可在高振型体现。m1j2jEKSS参与组合的振型数参与组合的振型数由由 j振型等效地震荷载求得的弯矩、或剪力、或轴力、或位移振型等效地震荷载求得的弯矩、或剪力、或轴力、或位移振型组合后的弯矩、或剪力、或轴力、或位移振型组合后的弯矩、或剪力、或轴力、或位移mjSEKS3 3）时程分析法（简述）时程分析法（简述）时程分析法时一种动力计算方法，用地震时程分析法时一种动力计算方法，用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计波

40、（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算并输出结构随时间而变化的地震反应。它既算并输出结构随时间而变化的地震反应。它既考虑了地震的振幅、频率和持续时间三要素，考虑了地震的振幅、频率和持续时间三要素，又考虑了结构的动力特性。计算结果可得到结又考虑了结构的动力特性。计算结果可得到结构地震反应全过程，包括每一时刻的内力、位构地震反应全过程，包括每一时刻的内力、位移、屈服位置、塑性变形等，也可以得到反应移、屈服位置、塑性变形等，也可以得到反应的最大值，是一种先进的直接动力计算方法。的最大值，是一种先进的直接动力计算方法。（6 6）、竖向地震作用的计算）、竖向地震作用的计算高层房屋（高层房屋（9 9度）

41、度）地震作用标准值地震作用标准值FviHiFviFEvk 楼屋盖的竖向地震作用效应分配楼屋盖的竖向地震作用效应分配 按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配，并宜乘以增大按各构件承受的重力荷载代表值的比例分配，并宜乘以增大系数系数1.5 1.5 eqeqveqvEvkGGGFmaxmax165.0EvkniiiiiviFHGHGF1niieqGG175.0二、结构的承载力与变形计算、计算的一般规定、计算的一般规定）关于弹性假定）关于弹性假定目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力

42、作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况。本符合结构的实际工作状况。 但是对于有抗震设防要求的在遭受地震或强但是对于有抗震设防要求的在遭受地震或强台风作用时，高层高层建筑，由于允许结构进入台风作用时，高层高层建筑，由于允许结构进入到弹塑性工作阶段，应按弹塑性动力分析方法进到弹塑性工作阶段，应按弹塑性动力分析方法进行设计，验算罕遇地震下的层间位移和层间位移行设计，验算罕遇地震下的层间位移和层间位移延性比。延性比。）关于刚性楼板假定）关于刚性楼板假定许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平

43、面内的刚度无限大，而平面外的刚度在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。自由度，简化了计算方法。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。这一假定是完全可以的。 但是，对于楼板整体性差楼面开孔较大，但是，对于楼板整体性差楼面开孔较大，有较长外伸楼面，或竖向刚度有突变的结构，有较长外伸楼面，或竖向刚度有突变的结构，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些部各层内力

44、和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。 ）当进行结构的弹性分析时，宜考虑现）当进行结构的弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土浇钢筋混凝土楼板与钢梁楼板与钢梁的共同工作，并的共同工作，并且在设计中使楼板与钢梁间有可靠连接。且在设计中使楼板与钢梁间有可靠连接。当进行弹塑性分析时，钢筋混凝土楼板可当进行弹塑性分析时，钢筋混凝土楼板可能严重开裂，故此时不宜考虑楼板与钢梁能严重开裂，故此时不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。的共同工作。当进行框架弹性分析时，压型钢板组当进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩应乘以增大系数：两合楼盖中梁的惯性

45、矩应乘以增大系数：两侧有楼板的梁乘以侧有楼板的梁乘以1.5;对仅一侧有楼板的梁对仅一侧有楼板的梁取取1.2。4）高层建筑钢结构计算模型应根据具体的结构）高层建筑钢结构计算模型应根据具体的结构形式和计算内容确定。形式和计算内容确定。一般情况下，可采用平面抗侧力结构的空间协同一般情况下，可采用平面抗侧力结构的空间协同计算模型；计算模型；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、无法划分当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的

46、结构，或为筒体结构时，成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应采用空间结构计算模型。应采用空间结构计算模型。 ）高层建筑钢结构的构件跨度与截面高度）高层建筑钢结构的构件跨度与截面高度之比一般都很小，因此当作杆件体系进行之比一般都很小，因此当作杆件体系进行内力和位移的分析时，应考虑梁柱的弯曲内力和位移的分析时，应考虑梁柱的弯曲变形、剪切变形和柱轴向变形的影响。变形、剪切变形和柱轴向变形的影响。梁的轴向变形一般忽略。但当梁的轴向变形一般忽略。但当梁同时作为腰梁同时作为腰桁架或帽桁架的弦杆时，轴向变形不可以桁架或帽桁架的弦杆时，轴向变形不可以忽略忽略。计算侧移必须考虑剪切变形计算侧移必须考虑剪切变

47、形的影响，但剪切的影响，但剪切变形对结构内力影响较小，故变形对结构内力影响较小，故计算结构内计算结构内力时可以忽略剪切变形力时可以忽略剪切变形。）在钢结构设计中，）在钢结构设计中，柱间支撑柱间支撑两端应为刚两端应为刚性连接，性连接，但计算内力时按两端铰接的计算但计算内力时按两端铰接的计算简图求得简图求得，其端部连接的刚度通过修正支，其端部连接的刚度通过修正支撑的计算长度加以考虑。但撑的计算长度加以考虑。但若采用偏心支若采用偏心支撑则应按单独单元计算。撑则应按单独单元计算。）对现浇竖向连续钢筋混凝土抗震墙的计算，）对现浇竖向连续钢筋混凝土抗震墙的计算，宜计入墙的弯曲变形、剪切变形、轴向变形，宜计

48、入墙的弯曲变形、剪切变形、轴向变形，按独立竖向悬臂弯曲构件考虑。按独立竖向悬臂弯曲构件考虑。）考虑荷载效应组合时，应区分地震区和非）考虑荷载效应组合时，应区分地震区和非地震区；同时还要区分用于承载力极限状态地震区；同时还要区分用于承载力极限状态验算还是正常使用极限状态验算。验算还是正常使用极限状态验算。截面承载力验算：截面承载力验算：高层建筑结构设计应保证在荷载作用高层建筑结构设计应保证在荷载作用下结构有足够的承载力。我国下结构有足够的承载力。我国建筑结构建筑结构设计统一标准设计统一标准规定构件按极限状态设计，规定构件按极限状态设计，采用荷载效应组合的构件不利内力，进行采用荷载效应组合的构件不

49、利内力，进行构件承载力验算。其一般表达式为：构件承载力验算。其一般表达式为：无地震作用组合时无地震作用组合时 有地震作用组合时有地震作用组合时 RSoRE式中：式中： 结构重要性系数，按结构重要性系数，按建筑建筑结构荷载规范结构荷载规范采用采用; ;一般高层建筑取一般高层建筑取1.01.0，安全等级一级安全等级一级或设计使用年限为或设计使用年限为100100年及以年及以上上的结构构件取的结构构件取1.11.1，抗震构件设计时不考，抗震构件设计时不考虑安全等级；虑安全等级； S S荷载效应组合得到的构件内力设计荷载效应组合得到的构件内力设计值，参见教材公式值，参见教材公式8-128-12，8-1

50、38-13； R R结构构件的承载力设计值，按无地结构构件的承载力设计值，按无地震作用组合和有地震作用组合两种情况分别震作用组合和有地震作用组合两种情况分别采用，抗弯时二者相同，抗剪时二者不同；采用，抗弯时二者相同，抗剪时二者不同； 承载力抗震调整系数，见表承载力抗震调整系数，见表8-118-11。RE0RE材材料料结构构件结构构件钢钢柱、梁柱、梁0.750.75支撑支撑0.800.80节点板件、连接螺栓节点板件、连接螺栓0.850.85连接焊缝连接焊缝0.900.90承载力抗震调整系数承载力抗震调整系数GEhEvw9度度60m以上高以上高层建筑；层建筑；8度、度、9度长悬度长悬臂结构臂结构1

51、.40.51.31.2重力荷载，风荷载重力荷载，风荷载水平、竖向地震作水平、竖向地震作用用560m以上高层以上高层建筑建筑1.41.31.2重力荷载，风荷载重力荷载，风荷载水平地震作用水平地震作用40.51.31.2重力荷载，重力荷载，水平、竖向地震作水平、竖向地震作用用39度高层建筑；度高层建筑；8度、度、9度长悬度长悬臂结构臂结构1.31.2重力荷载，竖向地重力荷载，竖向地震作用震作用2各类建筑各类建筑1.31.2重力荷载，水平地重力荷载，水平地震作用震作用1适用条件适用条件风荷载风荷载竖向地震竖向地震作用作用水平地震水平地震作用作用重力重力荷载荷载组合情况组合情况抗震设计的荷载组合与分项

52、系数抗震设计的荷载组合与分项系数QkGkSSSwkSS QkQGkwkSSSSEhkSS GkEhkSSS重力荷载作用下构件的挠度验算时，荷载效应组合的设计值重力荷载作用下构件的挠度验算时，荷载效应组合的设计值风荷载作用下结构的侧移验算时，荷载效应组合的设计值风荷载作用下结构的侧移验算时，荷载效应组合的设计值一般情况一般情况 当重力荷载产生的侧移不可忽略时当重力荷载产生的侧移不可忽略时 水平地震作用下结构的侧移验算时，荷载效应组合的设计值水平地震作用下结构的侧移验算时，荷载效应组合的设计值一般情况一般情况 当重力荷载产生的侧移不可忽略时当重力荷载产生的侧移不可忽略时 正常使用极限状态：正常使用

53、极限状态：9)当进行第一阶段抗震设计的承载力验算时，当进行第一阶段抗震设计的承载力验算时，按表按表8-10 的组合进行设计；的组合进行设计；当进行第一阶段抗震设计的结构侧移验算时，当进行第一阶段抗震设计的结构侧移验算时，应取相同的组合，但分项系数取应取相同的组合，但分项系数取1.0;当进行第二阶段抗震设计采用时程分析放验当进行第二阶段抗震设计采用时程分析放验算时，不应计入风荷载，其竖向荷载应取算时，不应计入风荷载，其竖向荷载应取重力荷载代表值，同时考虑的荷载和作用重力荷载代表值，同时考虑的荷载和作用均取标准值。均取标准值。10) 应注意二阶效应的影响应注意二阶效应的影响、结构变形计算、结构变形

54、计算重力荷载作用下构件允许挠度重力荷载作用下构件允许挠度 400l250l主梁主梁；次梁；次梁 风荷载作用下结构的侧移限值（按弹性方法风荷载作用下结构的侧移限值（按弹性方法） 1 1）结构顶端质心处的侧移）结构顶端质心处的侧移2 2）楼层质心处的层间侧移）楼层质心处的层间侧移 3 3）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过质心侧移的质心侧移的1.21.2倍。倍。H1/500 hu1/400（3 3）地震作用下结构的侧移限值）地震作用下结构的侧移限值 第一阶段抗震设计的结构侧移验算，即多遇第一阶段抗震设计的结构侧移验算，即多遇地震作用时，结构的侧移应满足下列要

55、求：地震作用时，结构的侧移应满足下列要求：euh1 1）最大弹性层间侧移）最大弹性层间侧移不得超过楼层高度不得超过楼层高度的的1/300 1/300 2 2）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过该楼层质）结构平面端部构件的最大侧移，不得超过该楼层质心侧移的心侧移的1.31.3倍倍 第二段抗震设计的结构侧移验算，即罕遇烈度地第二段抗震设计的结构侧移验算，即罕遇烈度地震作用时，侧移应满足下列要求：震作用时，侧移应满足下列要求：pu1 1）结构薄弱层的弹塑性层间侧移）结构薄弱层的弹塑性层间侧移 不得超过该不得超过该薄弱层高度薄弱层高度h h的的1/501/502 2）结构层间侧移延性比不得超过表）结

56、构层间侧移延性比不得超过表8-128-12中数值。中数值。 结构类别结构类别层间侧移延性比层间侧移延性比钢框架钢框架偏心支撑框架偏心支撑框架中心支撑框架中心支撑框架有混凝土剪力墙的钢框架有混凝土剪力墙的钢框架3.53.53.03.02.52.52.02.0结构层间侧移延性比限值结构层间侧移延性比限值8.3 压型钢板组合楼（屋）盖设计楼面结构楼面结构 （1 1）压型钢板和混凝土组合楼板；）压型钢板和混凝土组合楼板； （2 2）密肋轻钢）密肋轻钢混凝土组合楼板；混凝土组合楼板； （3 3）现浇预应力钢筋混凝土楼板；）现浇预应力钢筋混凝土楼板； （4 4）混凝土预制叠合楼板。）混凝土预制叠合楼板。楼

57、盖结构的作用1 1、直接承受竖向荷载的作用，并将其传递、直接承受竖向荷载的作用，并将其传递 给竖向构件；给竖向构件；2 2、起横隔作用。、起横隔作用。 影响到整个结构的性能；影响到整个结构的性能； 影响到施工进程；影响到施工进程； 影响到建筑的经济效益。影响到建筑的经济效益。 楼盖布置方案和设计的影响楼盖结构的方案选择原则1 1）保证楼盖有足够的整体刚度。）保证楼盖有足够的整体刚度。2 2）减轻结构的自重，减小结构层的高度。）减轻结构的自重，减小结构层的高度。3 3）有利于现场安装方便及快速施工。）有利于现场安装方便及快速施工。4 4）较好的防火、隔声性能，并便于管线的铺设。）较好的防火、隔声

58、性能，并便于管线的铺设。 用于多、高层建筑的楼板 现浇钢筋混凝土现浇钢筋混凝土楼板楼板预制楼板预制楼板压型钢板组合压型钢板组合楼板楼板卫生间卫生间开洞较多处开洞较多处高度不大且无地震高度不大且无地震设防的建筑设防的建筑（较少采用）（较少采用）应用最广应用最广8.3.1压型钢板组合楼板组合形式 组合楼板组合楼板 非组合楼板非组合楼板主要区别主要区别对压型钢板的功能要求。对压型钢板的功能要求。 组合楼板中的压型钢板组合楼板中的压型钢板不仅用作永久性模板，不仅用作永久性模板，而且作为混凝土板下部的受拉钢筋，与混凝土共而且作为混凝土板下部的受拉钢筋，与混凝土共同工作。组合楼板的设计应分施工阶段和使用阶

59、同工作。组合楼板的设计应分施工阶段和使用阶段。段。 非组合楼板中的压型钢板非组合楼板中的压型钢板仅用作永久性模板，仅用作永久性模板，不考虑与混凝土共同工作。不考虑与混凝土共同工作。 压型钢板与混凝土板之间的粘结，靠以下方式实现：压型钢板与混凝土板之间的粘结，靠以下方式实现：1 1）依靠压型钢板的纵向波槽（见图）依靠压型钢板的纵向波槽（见图8-20a8-20a）。）。2 2）依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭）依靠压型钢板上的压痕、开的小洞或冲成的不闭合孔眼（见图合孔眼（见图8-20b8-20b）。）。3 3）依靠压型钢板上焊接的横向钢筋（见图）依靠压型钢板上焊接的横向钢筋（见图8-20

60、c8-20c）。）。4 4）在任何情况下，均应设置端部锚固件（栓钉）在任何情况下，均应设置端部锚固件（栓钉）（见图（见图8-20d8-20d）。）。压型钢板和与混凝土之间水平剪力的传递形式依靠压型钢板的依靠压型钢板的纵向波槽纵向波槽传递传递 依靠压型钢板上的依靠压型钢板上的压痕、小洞压痕、小洞或或冲成的不闭合的冲成的不闭合的孔眼孔眼传递传递依靠压型钢板上焊接的依靠压型钢板上焊接的横向钢筋横向钢筋传递传递依靠设置于端部的依靠设置于端部的锚固件锚固件传递传递( (任任何情形下都应当设置端部锚何情形下都应当设置端部锚固件固件) ) 8.3.2 组合楼板的设计要求1 1）压型钢板一般由厚）压型钢板一般由厚0.