钢结构建筑结构设计要点和降低用钢量方法结题分析报告

1、钢结构建筑结构设计要点和降低用钢量方法结题报告宝钢建筑系统集成有限公司二一三年三月钢结构建筑结构设计要点和降低用钢量方法结题报告技术指导：高光虎、孙绪东项目负责人：田海项目研究人员：田海宝钢建筑系统集成有限公司声明:本作品权益属宝钢建筑系统集成有限公司所有。所含信息、专有技术应予保密。未经本公司书面许可，不得修改、复制、提供或泄漏给任何第三方。二一三年三月目 录 TOC o 1-2 h z u 概述1 1.1 操纵钢结构用钢量的意义1 1.2 本报告研究的对象1 建筑、结构的概念和方案的优化设计4 2.1 自然条件的精确掌握4 2.1.1 抗震设防分类标准4 2.1.2 荷载9 2.2 平面布

2、置原则23 2.3 平面的长宽比24 2.4 高宽比25 2.5 建筑层数和高度的阻碍26 2.6 立面形状26结构规范体系的选择27结构选型33 4.1 钢框架体系33 4.2 钢管混凝土柱框架体系33 4.3 钢框架（钢管混凝土柱框架）支撑体系34 4.4 钢框架内藏钢板支撑剪力墙体系36 4.5 钢框架钢板剪力墙体系37 4.6 交错桁架体系38 4.7 钢框架钢筋混凝土核心筒体系39第5章 材料41 5.1 高层建筑用钢要求41 5.2 焊接H型、高频焊接H型钢、热轧H型钢三者的比较41 5.3 圆管和方管截面的选用原则42第6章 结构分析和软件实现技巧44 6.1 PKPM（STS）

3、中和钢结构用钢量设计相关的参数选择44 6.2 弱支撑框架弹性稳定计算的有用方法47构件设计49 7.1 框架梁49 7.2非框架梁52 7.3 框架柱54 7.4 支撑54第8章 楼板设计57第9章 构造要求和细节60 9.1 次梁和主梁的连接60 9.2方管柱和H钢梁的连接节点609.3十字型柱的截面构造63第1章 概述1.1 操纵钢结构用钢量的意义 建筑钢结构的经济性能一直是大伙儿最为关注的一个问题。如何操纵工程造价，充分发挥钢结构建筑技术经济上的综合优势，工程设计是一个特不重要和关键的时期，据权威资料统计分析，在方案和初步设计时期，阻碍工程造价的可能性为75%95%；在技术设计实施时期

4、，阻碍工程造价的可能为35%75%；在施工图设计时期，阻碍工程造价的可能性5%35%。因此操纵设计各时期的质量、进行相应的设计优化对工程造价将产生直接的阻碍。1.2 本报告研究的对象钢结构建筑的应用范围专门广，要紧包括厂房钢结构、低多层轻钢结构、多高层钢结构、大跨度钢结构、高耸和塔桅钢结构、桥梁钢结构以及一些移动钢结构。从建筑的使用功能上来讲，建筑类型可分为民用建筑、工业建筑和农业建筑三大类型。民用建筑又分为居住建筑和公共建筑两大类。居住建筑指供生活起居用的建筑，如住宅、宿舍、酒店式公寓等；公共建筑指进行社会活动的非生产型建筑，如办公建筑、文教建筑、医疗建筑、商场建筑、观演建筑、展览建筑、交通

5、通讯建筑、园林建筑等。本手册要紧关注采纳低多层轻钢结构和多高层钢结构为载体的民用建筑的结构优化设计。民用建筑中采纳的大跨度钢结构包括网架、网壳、空间桁架、张弦等结构形式不在本报告的研究之范围。在确定了本报告的研究范围之后，有必要对相关建筑类型从现行的建筑和结构规范的角度加以梳理和分类，以方便后续结构优化设计的方法讨论。按民用建筑设计通则（GB50352-2005）第3.1.2条之规定：民用建筑按地上层数或高度分类划分应符合下列规定： （1）住宅建筑按层数分类：一层至三层为低层住宅，四层至六层为多层住宅，七层至九层为中高层住宅，十层及十层以上为高层住宅； （2）除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于

6、24m者为单层和多层建筑，大于24m者为高层建筑（不包括建筑高度大于24m的单层公共建筑）； （3）建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑。建筑设计防火设计规范GB50016-2006和高层民用建筑设计防火规范（2005版）GB50045-95也有关于上述划分的相同规定。然而突出了将首层设置商业服务网点的住宅也归于居住建筑的规定。其中建筑设计防火设计规范GB50016-2006中第1.0.2条对建筑的高度和层数有如下具体规定：（1）建筑高度的计算：当为坡屋面时，应为建筑物室外设计地面到其檐口的高度；当为平屋面（包括有女儿墙的平屋面）时，应为建筑物室外设计地面到其屋面面层的高度；当同一座建筑

7、物有多种屋面形式时，建筑高度应按上述方法分不计算后取其中最大值。局部突出屋顶的瞭望塔、冷却塔、水箱间、微波天线间或设施、电梯机房、排风和排烟机房以及楼梯出口小间等，可不计入建筑高度内。（2）建筑层数的计算：建筑的地下室、半地下室的顶板面高出室外设计地面的高度小于等于1.5m者，建筑底部设置的高度不超过2.2m的自行车库、储藏室、放开空间，以及建筑屋顶上突出的局部设备用房、出屋面的楼梯间等，可不计入建筑层数内。住宅顶部为两层一套的跃层，可按1层计，其它部位的跃层以及顶部多于2层一套的跃层，应计入层数。由上述建筑规范可见，住宅、宿舍等居住类建筑是按层数来划分是否为高层，其他类建筑按照建筑实际高度来

8、划分是否为高层。结构规范中涉及到上述内容的有高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010第1.0.2条，本规程适用于10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高层民用建筑混凝土结构。该规程中第11章规定混合结构的结构设计，其中有一部分涉及到钢结构的相关规定。另高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程CECS230-2008中第1.0.2条规定本规程适用于10层及10层以上或房屋高度超过28m的高层建筑钢-混凝土混合结构的设计。上述两本结构规程对高层建筑的界定并不完全统一。综合上述建筑和结构规范，建议高层建筑的界定如下： （1）关于住宅（包括首层设置商业服务网点的住宅

9、）、宿舍、酒店式公寓等居住建筑，当建筑物层数为10层及10层以上，或房屋高度大于28m时，认定为高层建筑； （2）关于带两层及两层以上商业的住宅、其他多层民用公共建筑，当房屋高度大于24m时，认定为高层建筑。房屋高度为自室外地面至房屋要紧屋面的高度，不包括突出屋面的电梯机房、水箱、构架等高度。第2章 建筑、结构的概念和方案的优化设计 在民用建筑设计中，往往建筑方案确定后，结构的成本也差不多确定了60%70，剩下的30%40的成本可通过结构方案的优化和精细化设计来操纵。操纵结构用钢量是成本操纵的首要问题，必须从方案时期着手，重视结构的概念设计。概念设计，是指设计人员在从结构选型、布置，分析计算，

10、截面设计到细部处理的整个设计过程中，对所遇到的问题依据建筑结构在各种情况下工作的一般规律（要紧是建筑、结构专业的基础理论），结合实践经验，综合考虑各方面因素，确定合理的分析、处理方法，力求得到最为经济、合理的结构设计方案。宏观上把握方案，不管是建筑和结构专业，能够从以下方面入手。2.1 自然条件的精确掌握2.1.1 抗震设防分类标准 对建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）进行深入理解后发觉，建筑工程抗震设防类不划分的差不多原则是从抗震设防的角度进行分类，即依照建筑遭遇地震破坏后，可能造成人员伤亡、直接和间接损失、社会阻碍的程度及其在抗震救灾中的作用等因素，将各类建筑划分为不同的

11、抗震设防类不，采取不同的设计要求。而在一个较大的建筑中，区不对待有不同使用功能的建筑区段，分不划分其设防类不，即为“按区段设置结构抗震设防类不”的思想。分类对待、突出重点是在现有技术和经济条件下减轻地震灾难的重要对策之一。 “区段”是一个最为重要的概念。“一个区段”指的是：具有同一建筑功能的相关范围，考察的是人员的聚拢程度（注意，人流是否密集是关键），与结构是否设置防震缝并无直接关系（防震缝作为区段的划分标志是有条件的，只有当防震缝两侧结构单元因建筑功能不同而被建筑隔墙隔开时，防震缝两侧的结构单元才可分为不同区段），而与建筑功能分区及不同区段出口设置有关。结合工程实际，不同区段要紧有以下情况：

12、（1）防震缝分开的不同结构单元；（2）同一结构单元，上下楼层建筑功能显著不同，划分为不同区段；（3）同一结构单元，平面内使用功能显著不同，划分为不同区段。情况（1）：防震缝分开的结构单元，抗震设防类不的划分（a）各结构单元可依照本单元的建筑功能单独划分其抗震设防类不。防震缝分开的结构单元，若各单元功能单一且有单独的疏散出入口，各单元独立承担地震作用，彼此之间没有相互作用，地震发生时人流疏散较容易，因此可按本单元的建筑功能单独划分其抗震设防类不。（b）关于需按功能面积、人流量、座位数等要素确定抗震设防类不时（如商业建筑、影剧院等），可依照本单元的统计值划分其类不。关于面积较大的多层商业建筑，若设

13、置防震缝将其分成若干个结构单元，且各单元满足相关消防规范要求，有单独的疏散出入口，则各单元可依照本单元的人流量、商业面积来划分其抗震设防类不。由此可见，合理设置防震缝，不仅能改善结构的平面规则性、竖向规则性，也可能阻碍抗震设防类不的划分，直接阻碍建筑功能、结构安全及工程造价。例如：某多层大型商业，总建筑面积4.78万平方米，远大于建筑面积1.7万平方米或营业面积7000m2的要求。若设计为整体结构，本工程无疑应划为重点设防类；现按结合其建筑平面设置防震缝，将其划分为四个结构单元，并有独立的人流疏散系统，各单元面积及人数均未达到“大型商场” 的标准，设防类不均为标准设防类（图2.1）。图2.1某

14、大型多层商业防震设置示意图（c）由防震缝分开的各结构单元并不能直接视为不同区段， 分不划分其抗震设防类不；应依照规范提高抗震设防标准的目的，推断各结构单元是否能独立实现其设防目标， 以此来推断各结构单元是否能作为区段分不划分其抗震设防类不。如商场、剧场等人员密集建筑，提高其设防类不是为了幸免人员伤亡；因此各单元应有独立的人流疏散体系，保证人员安全， 才能将由防震缝分开的各结构单元单独划分其抗震设防类不。基础设施建筑（如电力、通讯、交通、都市生活供给等建筑），规范提高抗震设防的标准是保证此类建筑在地震时使用功能不能中断或能尽快恢复，因此此类建筑设置防震缝时，主功能房结构单元除应满足建筑功能要求外

15、， 应具备满足基础设施正常使用的配套设备系统；如配套系统位于另一结构单元，则此结构单元的设防类不也应达到相应类不，并保证不因防震缝的设置阻碍设防目标。情况（2）：同一结构单元上下楼层建筑功能显著不同时，抗震设防类不的划分（a）同一结构单元内，上下楼层建筑功能显著不同时，可将其划分为不同区段，分不划分其抗震设防类不。例如A级高度的高层住宅带有大型的人流密集的多层商业裙房，若高层住宅和多层裙房之间未设防震缝，是一个结构单元，多层裙房商场及高层住宅下部几层按规范为重点设防类时，其上部住宅可按标准设防类设防。某大型商住建筑群，设置三道抗震缝，将整个建筑分为A、B、C、D四个结构单元。A单元由A、B塔楼

16、及裙房构成，为大底盘双塔结构，B单元由C塔楼及裙房构成，为大底盘单塔结构，C单元由D塔楼及裙房构成，为大底盘单塔结构。裙房部分均为2层地下车库、6层商业，其上塔楼为住宅或写字间。因裙房与塔楼建筑功能显著不同，按上下区段分不划分抗震设防类不，裙房划分为重点设防类，塔楼划分为标准设防类。D单元是位于B、C单元间的多层建筑，是两个单元间的连接体，为2层地下车库、6层商业，建筑面积及使用人数未达到“大型商场”的标准，抗震设防类不为标准设防类（图2.2）。图2.2 某建筑物的抗震设防分类（b）位于下部的区段，其抗震设防类不不应低于上部的区段。在同一结构单元中，按区段划分时，若上部区段建筑设防类不较高，下

17、部区段建筑设防类不较低，则其下部区段建筑设防类不也应按较高的建筑设防类不划定。如多层商业建筑，二、三层设置大型电影院时，需设置为重点设防类，则电影院下部楼层也应设置为重点设防类。（c）下部区段为设防类不较高的大型商业建筑，其人流疏散通道需利用上部区段部分楼层区域时，通过的楼层应按下部区段较高的建筑设防类不划定。例如，带地下商业的商住楼项目或带吊层的商住楼，其平街层设置地下商业的出入口，按上下区段分不划分其抗震设防类不时，平街层应按下部区段考虑其设防类不。（d）上下区段抗震设防类不不同时，与下区段较高设防类不相邻的部分楼层应适当提高其抗震要求。王亚勇、戴国莹编建筑抗震设计规范GB50011答疑第

18、3.4条建议“与下区段相邻的上部高层建筑二层抗震设防类不与下区段一致”。 情况3：同一结构单元平面内建筑功能显著不同时，抗震设防类不的划分（a）同一结构单元平面内建筑功能显著不同时，可按不同区段依照其建筑功能分不划分其抗震设防类不。例如未设防震缝的大底盘多塔结构的各塔楼建筑功能显著不同时，各塔楼可视为不同区段，分不划分其设防类不。又如一个带大型商业裙房的高层酒店（未设防震缝），裙房的塔楼投影区域为酒店配套用房，裙房其余区域为大型商业，则可将裙房的塔楼投影区域与裙房其余区域视为不同区段，分不按酒店和大型商业划分其设防类不。（b）平面内区段的划分范围，应结合平面内建筑功能的区域来划分；同时应依照规

19、范抗震设防目标，推断各区段是否能独立实现其设防目标，以此来推断区段划分的范围。例如大型的多层裙房商业及办公，若商业和办公区域之间未设防震缝，是一个结构单元，商业区段为重点设防类，办公区段为标准设防类时， 假如商业的人流疏散通道需要利用办公的部分区域，则相应区域应划分为商业区段，设防类不为重点设防类。（c）平面内区段抗震设防类不不同时，不同区段相邻构件的处理，规范及相关参考资料并未提及，建议参照王亚勇、戴国莹编建筑抗震设计规范GB50011答疑第3.4条“与下区段相邻的上部高层建筑二层抗震设防类不与下区段一致”的处理方式， 将不同区段相邻跨抗震设防类不与较高设防要求区段一致，适当提高其抗震构造。

20、2.1.2 荷载 （1）民用建筑设计时，对其承受的永久荷载和可变荷载应按建筑结构荷载规范GB50009-2012的有关规定取值。施工过程中的临时荷载可按照预期的最大合理值确定。应幸免在建筑设计使用年限内由于设计不周发生结构构件不应有的超载。 （2）对重要建筑物、中外合资工程或国外工程，可依照业主的要求确定楼面活荷载标准值。设计时宜考虑使用期间设备更新或用途变更的可能，适当增大楼面活荷载标准值。关于办公用房一般不宜小于2.5kN/m2。（3）民用建筑的荷载取值以现行的建筑结构荷载规范GB50009-2012为基准。其它有关设计规范中未予明确的楼面活荷载标准值，可依照楼面上活动的人数和设备的不同状

21、态将其取值（Lk=2.0kN/m2）分为七个类不：（a）活动的人数专门少 Lk=2.0kN/m2（b）活动的人数较多且有设备 Lk=2.5kN/m2（c）活动的人数专门多且有较重的设备 Lk=3.0kN/m2（d）活动的人数专门集中，有时专门挤或有较重的设备 Lk=3.5kN/m2（e）活动的性质比较剧烈 Lk=4.0kN/m2（f）储存物品的仓库 Lk=5.0kN/m2（g）有大型的机械设备 Lk=6.07.5kN/m2设计人员可依照工程的实际情况对比上述类不选用。但当有特不重的设备时（如医院的核磁共振设备室、银行的保管用箱等），应依照实际情况另行考虑。（4）楼面活荷载补充规定 1）医院建筑

22、中布置有医疗设备的楼（地）面活荷载（表2.1）。 表2.1 有医疗设备的楼（地）面均布活荷载 项次类不标准值（）准永久值系数组合值系数1X光室：130MA移动式X光机2200MA诊断X光机3200KV治疗机4X光存片室2.54.03.05.00.50.50.50.50.72口腔科：1201型治疗台及电动脚踏升降椅2205型、206型治疗台及3704型椅3.04.00.50.50.73消毒室：11602型消毒柜22616型治疗台及3704型椅6.05.00.80.80.74手术室：3000型、3008型万能手术床及3001型骨科手术台3.00.50.75产房：设3009型产床2.50.50.76

23、血库：设D-101型冰箱5.00.80.7注：当医疗设备型号与表中不符时，应按实际情况采纳。2）商业仓库库房楼（地）面均布活荷载（参见中华人民共和国商业部标准商业仓库设计规范SBJ01-88）。（a）库房楼（地）面的荷载应依照储存商品的容重及堆码高度等因素确定；（b）储存商品的商品包装容重可按以下分类：笨重商品（大于1000kg/m3）：如五金原材料、工具、圆钉、铁丝等；容重较大商品（5001000kg/m3）：如小五金、纸张、包装食糖、肥皂、食品罐头、电线、电工器材等；容重较轻商品（200500kg/m3）：如针棉织品、纺织品、文化用品、搪瓷玻璃制品、塑料制品等；轻泡商品（小于200kg/m

24、3）：如胶鞋、铝制品、灯泡、电视机、洗衣机、电冰箱等；综合仓库储存商品的包装容重一般可采纳 400500kg/m3。 （c）一般情况下，商业仓库库房楼（地）面均布活荷载可按表2.2取用。表2.2 商业仓库库房楼（地）面均布活荷载项次类不标准值（）准永久值系数组合值系数备注1储存容重较大商品的楼面200.80.9考虑起重量100kg以内的叉车作业2储存容重较轻商品的楼面150.83储存轻泡商品的楼面8-100.84综合商品仓库的楼面150.8考虑起重量1000kg以内的叉车作业5各类库房的底层地面20-300.86单层五金原材料库的库房地面60-800.8考虑载货汽车入库7单层包装糖库的库房地面

25、10-450.88穿堂、走道、收发整理间楼面100.50.7150.5考虑起重量1000kg以内的叉车作业9楼梯3.50.50.7 3）物资仓库楼（地）面均布活荷载（摘自中华人民共和国行业标准物资仓库设计规范SBJO9-95）。 物资仓库楼（地）面均布活荷载标准值见表2.3。 表2.3 库房等效均布活荷载标准值 库房楼面地面等效均布活荷载（）准永久值系数组合值系数备注名称物资类不金属库地面120.00.9机电产品库一、二类机电产品地面35.0三类机电产品楼面9.0/5.00.85堆码、货架车库楼/地面4.00.80化工、轻工物资库一、二类化工轻工物资地面35.0三类化工轻工物资楼/地面18.0

26、/30.00.85建筑材料库楼/地面20.0/30.00.85楼梯4.00.50.7注：l 物资类不参见表2.4。 2 设计仓库的楼面梁、柱、墙及基础时，楼面等效均布活荷载标准值不折减。表2.4 常见生产资料分类表 物资类不示例金属物资黑色金属型材、异型材、板材、管材、线材、丝材、钢轨及配件车轮、钢带、钢锭、钢坯、生铁、铸铁管、金属锰有色金属型材、板材、管材、丝材、带材、金属锭、汞机电产品一 类锅炉、破裂机、推土机、挖土机、汽车、拖拉机、起重机、锻压设备、汽轮机、发电机、卷扬机、空气压缩机、土工机床、金属切削机床二 类水泵、风机、乙炔发生器、阀门、风动工具、电动葫芦、台钻、砂轮机、电动机、电焊

27、机、手提式电钻、材料试验机、钢瓶、变压器、电缆、高压电器、低压电器三 类机床附件、磨具、磨料、量具、刃具、轴承、成分分析仪器、医疗器械、电工仪表、工业自动化仪表、光学仪器、实验室仪器化工、轻工物资一 类一级易燃液体、压缩气体及液化气体、腐蚀性液体、自然物品一级易燃固体、遇水燃烧物、一般氧化剂、剧毒品、腐蚀性固体二 类二级氧化剂、二级易燃固体、二级易燃液体、化肥、纯碱、油漆三 类橡胶原料及制品、人造橡胶、塑料原料及制品、纸浆及纸张、建筑材料水泥、油毡、玻璃、沥青、卫生陶瓷、生石灰、大理石、砖、瓦、砂、碎石木 材原木、板、枋、枕木、胶合板煤 炭煤、泥炭、焦炭 4）电信建筑楼面等效均布活荷载值，系依

28、照目前已有的有代表性的通信设备的重量、排列方式及建筑结构的不同梁板布置，按内力（弯矩、剪力）等值的原则计算确定。表2.5中的移动通信机房的数值，也适用于无线寻呼机房。表2.5 电信建筑楼面等效均布活荷载序号房间名称标准值准永久值系数组合值系数板次梁主梁板跨1.9m板跨2.5m板跨3.0m次梁间距次梁间距次梁间距1电力室有不间断电源开间16.0015.013.0011.009.008.006.000.80.7无不间断电源开闸（单机重量大于10kN时）13.0011.09.008.007.007.006.00无不间断电源开闸（单机重量小于10kN时）9.007.006.005.004.004.00

29、4.002蓄电池室一般电池（48V电池组单层双列摆放CFD-3000）13.0012.011.0011.0010.009.007.00阀控式密闭电池（48V电池组四层单列摆放GM-3045）10.008.008.008.008.008.007.00阀控式密闭电池（48V电池组四层双列摆放GM-3045）16.0014.013.0013.0013.0013.0010.003高压配电室7.007.006.005.005.005.004.004低压配电室8.007.006.006.006.006.004.005载波机室10.008.007.007.007.007.004.006数字传输设备室单面排列

30、10.009.008.008.007.007.006.00背靠背排列13.0012.010.009.009.009.007.007数字微波室10.008.007.007.007.007.006.008模拟微波机房4.004.004.004.004.004.004.009自动转报室4.003.003.003.003.003.003.0010载波电报机室5.004.004.004.004.004.003.0011模拟半自动交换台室，人工有绳台室、电传报房3.003.003.003.003.003.003.0012程控机房程控交换机室机架高度2.4m以下6.00计算机室、话务坐席室、半自动业务监控室

31、4.5013测量室303总配线架室7.006.005.005.004.004.004.00202总配线架室5.004.504.504.004.004.004.006000回线总配线架室9.008.007.006.005.004.004.004000回线总配线架室7.006.005.005.004.004.004.0014地球站机房CCE室13.0013.013.0010.0010.0010.006.00HPA室（高功教室）13.0012.010.006.006.006.006.0015移动通信机房有阀控式密闭电池时10.008.008.008.008.008.006.00无阀控式密闭电池时5.

32、004.004.004.004.004.004.0016楼梯3.50.40.7注：1 表列荷载适用于按单向板配筋的现浇板及板跨方向与机架排列方向（荷载作用面的长边）相垂直的预制板等楼面结构，按双向板配筋的现浇板亦可参照使用。2 表列荷载不包括隔墙、吊顶荷载。3 由于不间断电源设备的重量较重，设计时也可按照电源设备的重量、底面尺寸、排列方式等对设备作用处的楼面进行结构处理。4 搬运单件重量较重的机器时，应验算沿途的楼板结构强度。5 设计墙、柱、基础时，表列楼面活荷载可采纳与设计主梁相同的荷载。注：本节内容摘自中华人民共和国行业标准电信专用房屋设计规范YD 500394。 5）关于大型超市，业主没

33、有给定具体荷载要求的情况下，其等效均布荷载可参照表2.6执行。表2.6 某大型超市等效均布荷载序号分区等效均布荷载标准值（kN/m2）代表物资密肋楼板井字梁楼板主次梁楼板板梁板梁1仓储区17.518.015.018.015.0可乐、啤酒、果酱2食品杂货区7.516.57.516.57.5可乐、啤酒、米面、油3百货区7.516.57.016.57.0书、纸、洗涤剂、碗碟3.56.03.56.03.5其他4纺织品区6.011.55.011.55.5竹席、床单3.56.03.56.03.5其他5电器区3.56.03.56.03.5电视机、空调6生鲜区3.54.03.54.03.5除设备外所有物资讲明

34、：1关于生鲜区设备的荷载设汁时按实际的设备形式和重量计算；2关于密肋楼板以及边长小于1.2m 的板在仓储区和卖场廊分不以40kN和18kN的集中力进行其截面验算集中力的作用应取最不利位置。 6）若干类不的楼面活荷载（a）某些用途房屋的楼面活荷载补充（表2.7）。 （b）防水层做法简单或自防水屋面应考虑翻修时可能增加的荷载。 （c）国内重大工程、中外合资工程或国外工程，应充分考虑到楼面使用用途的改变，宜适当增加活荷载，并在施工图纸上注明。 （d）屋面天沟应考虑充满水时的荷载，当天沟深度超过500mm 时，宜在天沟侧板适当位置增设水孔，现在水重可计至溢水孔底面。此外水沟设计时尚应考虑找坡层的重量。

35、 （e）高低层相邻的屋面，在设计低层屋面构件时应适当考虑施工时临时荷载，该荷载应不小于4kN/m2，并在施工图上注明。表2.7 楼面活荷载补充序号楼面用途均布活荷载标准值（）准永久值系数组合值系数1阶梯教室30.60.72微机电子计算机房30.50.73大中型电子计算机房，或按实际0.70.74银行金库及票据仓库100.90.95制冷机房80.90.76水泵房100.90.77变配电房100.90.78发电机房100.90.79设浴缸、坐厕的卫生间40.50.710有分隔的蹲厕卫生公共间（包括填料、隔墙）80.60.711管道转换层40.60.712电梯井道下有人到达房间的顶板0.50.713

36、通风机平台号通风机60.850.78号通风机8 自动扶梯支承处的荷载应依照厂家的产品规格取用。当不能确定产品规格时，可选用图2.3中的最大值。自动扶梯支承处的荷载 R上下各两个，同楼层两R间的距离当扶梯净宽 W600mm、800mm、1000mm 时，分不为 800mm、1000mm、1200mm。在荷载R中已包括活荷载其值等于扶梯净宽（以m计）自动扶梯水平投影长度的一半（以m计）4kN/m2。图2.3 自动扶梯支承处荷载8）室内地下室顶板须考虑施工时堆放材料或作临时工场的荷载，该荷载宜操纵在5kN/m2以内。计算地下室外墙时，其室外地面荷载取值不应低于10kN/m2，如室外地面为通行车道则应

37、考虑行车荷载。地下室顶板恒载包括：顶板自重（含建筑面层）+覆土厚度。局部考虑景观造景堆土、小品、乔木另行考虑。地下室顶板计算用活荷载的考虑见表2.8。表2.8 地下室顶板（非人防）的活荷载（kN/m2）承载力设计正常使用设计（裂缝、挠度）施工时期使用时期消防车道区域梁、柱室外810室内45按荷载规范5.1.1条查消防车标准值；按附录B进行考虑覆土厚度的折减；按规范5.1.2条考虑按面积进行折减。按荷载规范5.1.1条查消防车标准值；按附录B进行考虑覆土厚度的折减；按规范5.1.2条考虑按面积进行折减。板室外810室内45按荷载规范5.1.1条查消防车标准值；按附录B进行考虑覆土厚度的折减。按荷

38、载规范5.1.1条查消防车标准值；按附录B进行考虑覆土厚度的折减。基础不考虑不考虑不考虑非消防车道区域梁、柱8104545板8104545基础81045452.2 平面布置原则 建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的阻碍，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、幸免侧向刚度和承载力突变。平面较规则、凹凸少则用钢量就少，反之则较多，每层面积相同或相近而外墙长度越大的建筑，其用钢量也就越多，平面形状是否规则不仅决定了用钢量的多少，而且还可衡量结构抗震性能的优劣。幸免侧向刚度

39、不规则。平面宜简单、规则、对称，减少偏心；平面长度不宜过大，突出部分长度不宜过大；不宜采纳角部重叠的平面图形或细腰平面图形。幸免扭转不规则和狭长、凹凸不规则。楼面凹进的尺寸，小于相应投影方向总尺寸的30%。楼板的尺寸和平面刚度不宜急剧变化，有效楼板宽度不宜小于该层楼板典型宽度的50%，或开洞面积不宜大于该层楼面面积的30%，或有较大的楼层错层。对结构平面布置进行调整的方法要紧是：（1）在可能条件下，将较长的建筑物或不规则的建筑物通过设防震缝分为平面规则的几部分；（2）尽量加强周边或周边某些部位的结构抗侧力构件（框架梁、柱、支撑、或剪力墙）的刚度，同时适当弱化内部结构的抗侧力构件的刚度。在钢结构

40、住宅设计中，从建筑节能的角度动身，也希望通过减小住宅面宽，加大进深或增加组合体等方式减小住宅外表的面积，以操纵其体型系数，降低节能造价的目的。从柱网的布置来看，希望柱网较大比较经济，安装节点少，然而考虑到住宅外墙大面积开窗的实际情况，较大的柱网必定要求较大的框架梁，进而阻碍窗的布置，综合考虑建筑、结构和工程经济等诸多因素，建议在建筑方案设计初期，能够考虑沿进深方向布置三列柱，沿开间方向按照两开间为一柱网的原则加以布置，如此操纵柱网在6m左右较为经济。在公共建筑的次梁布置过程中，按照次梁沿框架区格的长向布置、次梁间距依据结构楼板的类型进行操纵的原则，如此次梁的用钢量比较经济。2.3 平面的长宽比

41、 一般的，平面长宽比较大的建筑物，不论其是否超长，由于两主轴方向的动力特性（也即整体刚度）相差甚远，在水平作用（风荷载或地震）下，两向构件受力的不均匀性造成受力（尤其是扭转）不均，造成钢结构的用钢量大量增加。关于矩形平面，在设防烈度6、7度地区，长宽比不宜超过6；设防烈度8、9度地区，长宽比不宜超过5.0。2.4 高宽比 高层建筑的高宽比，是对结构刚度、整体稳定、整体倾覆、承载能力和经济合理性的宏观操纵，不是强条或必须遵守。超过相关规范的规定（如建筑抗震设计规范GB50011-2010第8.1.2条）数值就必须付出比常规更大的结构造价。针对高层建筑而言，高宽比大的建筑其结构整体稳定性不如高宽比

42、小的建筑，为了保证结构的整体稳定并操纵结构的侧向位移，势必要设置较刚强的抗侧力构件来提高结构的侧向刚度，这类构件的增多自然使得用钢量增多。关于不规则建筑高宽比计算的研究有如下结论： 1）竖向收进建筑计算公式为：一阶收进：；二阶收进：其中、为结构底部的宽度、一阶收进部分的宽度、二阶收进部分的宽度，、分不为总高度、一阶收进的高度、二阶收进的高度。 2）竖向悬挑结构高宽比计算公式为：单边悬挑：；对称悬挑：其中、分不为结构底部的宽度、悬挑部分的宽度，、分不为结构的总高度，悬挑部分的高度。2.5 建筑层数和高度的阻碍前述定义了高层建筑的范围，关于高层和低多层，在计算地震作用时是否考虑偶然偏心、承载力计算

43、时差不多风压的取值提高等方面都有所不同；超过50m的钢结构，相应的计算参数（如阻尼比等）和构造要求（构件的宽厚比、高厚比、长细比等）也发生较大的变化；超过60m的高层建筑，地震作用和风荷载需考虑同时组合。这些都会阻碍结构的用钢量，因此在概念设计的初期，需要结构专业和建筑专业共同商定，在满足建筑功能的前提下努力降低结构的整体造价。2.6 立面形状 竖向体型的规则性和均匀性，即外挑或内收程度以及竖向刚度有否突变等。如侧向刚度从下到上逐渐均匀变化，则其用钢量就较少，否则将增多，较典型的有竖向刚度突变的设置结构转换层的高层建筑。 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，幸免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜

44、下大上小，逐渐均匀变化，不应采纳竖向布置严峻不规则的结构。幸免竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变。 竖向布置的不规则将会导致计算和构造要求的提高，进而增加结构的用钢量，经济性能降低，在方案时期应尽量幸免。第3章 结构规范体系的选择从现有结构设计所涉及的规范体系来看，大致可分为四类：中华人民共和国国家标准GB体系；中华人民共和国行业标准JGJ体系；中国工程建设标准化协会标准CECS体系；地点工程建设规范DB体系。除上述四种大的体系外，有时也会涉及到其它行业的标准如中华人民共和国黑色冶金行业标准和电力行业标准等。从和钢结构设计相关的规范从属关系有看，可分为：荷载、材料、结构设计、连接、涂装、防火

45、、施工等方面的规范。下面结合上述两种分类方式列出相关的规范明细。GBJGJCECSDB（以上海为例）其他行业标准荷载建筑结构荷载规范GB 50009-2012材料详见下结构设计建筑结构可靠度设计统一标准 （GB50068-2001）建筑工程抗震设防分类标准（GB50223-2008）建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）钢结构设计规范（GB50017-2003）冷弯薄壁型钢结构技术规范 （GB50018-2002）型钢混凝土组合结构技术规程JGJ 138-2001高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99-98高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-2010轻型钢结构住宅技术规程JGJ209-

46、2010低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程（JGJ227-2011）钢管混凝土结构技术规程CECS28：2012矩形钢管混凝土结构技术规程CECS159：2004高层建筑钢混凝土混合结构设计规程CECS230：2008混凝土钢管叠合柱结构技术规程CECS188：2005组合楼板设计与施工规范（CECS 273：2010） 交错桁架钢架结构技术规程CECS323:2012高层建筑钢混凝土混合结构设计规程DG/TJ08-015-2004建筑抗震设计规程DGJ08-9-2003多高层钢结构住宅技术规程DG/TJ08-2029-2007高层建筑钢结构设计规程DG/TJ08-32-2008轻型钢结构技术规

47、程（DG/TJ08-2089-2012）钢混凝土组合结构设计规程DL/T5085-1999钢混凝土组合楼盖结构设计与施工规程YB923892钢骨混凝土结构技术规程YB90822006连接建筑钢结构焊接技术规程JGJ81-2002、J218-2002钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程JGJ82-2011涂装涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级GB8923-88工业建筑防腐蚀设计规范GB50046-2008钢结构、管道涂装技术规程YBT925696防火建筑设计防火设计规范GB50016-2006高层民用建筑设计防火规范（2005版）GB50045-95钢结构防火涂料通用技术条件GB 14907

48、-2002钢结构防火涂料应用技术规范CECS24：90建筑钢结构防火技术规范CECS200：2006建筑钢结构防火技术规程DG/TJ08-008-2000施工钢结构工程施工质量验收规范（GB50205-2001）轻型钢结构制作及安装验收规程DG/TJ08-010-2001钢结构制作与安装规程DG/TJ08-216-2007钢结构制作安装施工规程YB925495关于材料的标准如下： （1）材质标准 1 碳素结构钢 GB/T700-1988 2 优质碳素结构钢 GB/T699-1999 3 低合金高强度结构钢 GB/T1591-2008 4 高耐候结构钢 GB/T4171-2000 5 焊接结构用

49、耐候钢 GB/T4172-2000 6 耐热钢板 GB/T4238-1992 （2）型材标准 1 热轧等边角钢 GB/T9787-1988 2 热轧不等边角钢 GB/T9788-1988 3 热轧工字钢 GB/T706-1988 4 热轧槽钢 GB/T707-1988 5 热轧H型钢和部分T型钢 GB/T11263-2005 6 一般焊接H型钢 YB 3001-1992 7 结构用高频焊接薄壁H型钢 JG/T 137-2001 8 冷弯型钢 GB/T6725-2002 9 结构用冷弯空心型钢 GB/T6728-1986 10 通用冷弯开口型钢 GB/T6723-1986 11 建筑用轻钢龙骨

50、GB/T 11981-2001 （3）板材标准 1 热轧钢板和钢带 GB/T709-1988 2 碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢带 GB/T3524-1992 3 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带 GB/T912-1989 4 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB/T3274-1988 5 冷轧钢板和钢带 GB/T708-1988 6 碳素结构钢冷轧钢带 GB/T716-1991 7 厚度方向性能钢板 GB/T5313-2010 8 连续热镀锌薄钢板和钢带 GB/T2518-1988 9 彩色涂层钢板及钢带 GB/T12754-1991 10 建筑用压型钢板 GB12755-

51、1991 11 冷弯波浪钢板 GB/T6724-1986 12 焊接钢管用钢带 GB/T8165-199713 高层建筑结构用钢板 YB4104-2000 （4）管材标准 1 结构用无缝钢管 GB/T8162-1999 2 无缝钢管尺寸、外形、重量及同意偏差 GB/T 17395-2008 3 钢管的验收、包装、标志和质量证明书 GB2102-88 4 结构用不锈钢无缝钢管 GB/T 14975-2002 5 直缝电焊钢管 YB242-63 6 冷拔无缝异型钢管 GB/T3094-20007 直缝电焊钢管GB/T13793-2008（5） 焊接材料标准 1 电弧螺柱焊用圆柱头焊钉 GB/T 1

52、0433-2002 2 储能焊用焊接螺柱 GB/T 902.3-1989 3 手工焊用焊接螺柱 GB/T 902.1-1989 4 机动弧焊用焊接螺柱 GB/T 902.2-1989 5 碳钢焊条 GB/T5117-1995 6 低合金钢焊条 GB/T5118-1995 7 熔化焊用钢丝 GB/T14957-1994 5 气体爱护焊用钢丝 GB/T14958-1994 6 碳钢药芯焊丝 GB/T 10045-2001 7 气体爱护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB/T 8110-1995 8 碳素钢埋弧焊用碳钢焊丝与焊剂 GB95293 9 低合金钢埋弧焊用焊剂 GB/T 12470-1990

53、10 铸铁焊条及焊丝 GB/T 10044-1988 11 堆焊焊条 GB/T 984-2001 （6）连接标准 1 钢结构用高强度大六角头螺栓 GB/T 1228-20062 钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈型式尺寸与技术条件 GB1231-2006 3 钢结构用扭剪型高强度连接副型式尺寸与技术条件 GB3633-2008 4 钢结构用高强度垫圈 GB/T 1230-1991 从上表可见，目前与钢结构相关的规范体系特不繁杂，尤其是关于材料和结构部分的规范，如何合理的选用上述规范，既保证结构的安全，又可在一定条件下精细化设计，合理的降低结构用钢量，将是一件十分有意义的情况。几种体系

54、之间的关系是：在无专门研究的情况下，国标和地标体系要严格遵守；行业标准与国标表述不同时按谁严执行谁的原则；协会标准一般是针对专门结构的设计规定，可参照进行；其他行业的标准作为辅助参照来进行相关设计。后续章节会对各规范体系进行研究，针对具体问题进行相关设计的明确规定。第4章 结构选型4.1 钢框架体系框架体系是指沿房屋的纵向和横向均采纳框架作为承重和抵抗侧力的要紧构件所形成的结构体系。每一榀框架在纵、横两个方向均为刚接框架，其承载能力及空间刚度均由刚接框架提供，适用于柱距较大而又无法设置支撑的建筑物，其特点为杆件类型少，构造简单，施工周期短。钢框架结构是民用建筑经常应用的结构形式之一，尤其是在住

55、宅钢结构中常用于48层住宅。依照工程项目的经验，为取得较好的经济性，这种结构形式建议使用在50m以下的建筑物中。在高烈度地区，尽量使得建筑物的高宽比操纵在4以内，扭转易于操纵，如此采纳框架结构才具有优势。推断采纳钢框架是否具有合理的另一个简单判不方法是，若在结构底层柱的轴压比差不多小于0.4的情况下，现在结构的侧移仍不能满足规范规定的要求或者虽满足规范要求，但结构刚度明显偏低（如风荷载下层间位移1/500；地震作用下层间位移1/350）时，可考虑采纳其他抗侧力体系。4.2 钢管混凝土柱框架体系钢管混凝土柱框架体系从本质上讲仍然是一种框架体系。钢管混凝土柱框架和钢框架相比，若用于同一建筑物比较时

56、，当选择柱截面形式不同时（钢框架体系选择H型截面柱，钢管体系选择圆型或矩形）会导致两个方面的不同：一是柱侧向刚度不同（考虑同等柱应力水平和相关构造要求情况下，侧向刚度专门难推断哪种结构形式更大），二是结构自重变化（由于混凝土的加入，钢管混凝土柱的自重相对较大），地震作用随之增加。上述变化实际是把双刃剑，若钢管混凝土柱的侧向刚度增大，但由于地震作用也增大，那么在地震作用下的侧移可能较钢框架体系为低；另外由于钢框架柱采纳了H型钢截面，腹板部分的面积较钢管截面为小，截面利用率高，柱截面更为节约，钢框架整体用钢量反而低，关于低、多层建筑这种情况更为普遍，这已被专门多工程实例所证实。把钢管混凝土柱框架用

57、于中、高层建筑中，如此更能充分发挥结构良好的抗侧能力和优越的承压性能，尤其当柱选择圆钢管混凝土截面时，由于其优越的套箍作用和宽松的径厚比构造要求，往往柱的用钢量更为节约。4.3 钢框架（钢管混凝土柱框架）支撑体系钢框架（钢管混凝土柱框架）支撑体系是在框架体系中的部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带竖向支撑的支撑框架。该体系具有良好的抗震性能和较大的侧向刚度，支撑起到如同剪力墙的作用，承担大部分水平侧力。在罕遇地震作用下，若支撑系统破坏，内力重分布由框架承担水平力，即所谓的两道抗震防线。这类体系的建筑适用高度约为框架体系的2倍，可用于3040层的高层建筑，原则上超过50m的钢结构就需要考虑采

58、纳这种结构形式。水平剪力要紧由腹杆而不是柱承受，腹杆轴力的水平重量承担侧向剪力，可接近于一个真正悬臂梁的性能，这种结构形式不管是从强度或变形的角度看，差不多上十分有效的。梁柱框架能够是铰接或半刚接，其侧向刚度能够忽略不计，柱仅承受由墙、梁、楼板传来的竖向荷载。一般来讲，此体系比纯框架结构用钢量少，尤其是当柱采纳钢管混凝土时，节点构造较其他体系相对简单。同时，采纳支撑结构能大大增加整体刚度，提高抗侧能力。因为建筑所承受的侧向荷载可能反向，支撑轮换着承受压力和拉力，因而支撑常按更严格的受压情况设计。钢框架（钢管混凝土柱框架）支撑体系有中心支撑和偏心支撑两种。中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，或

59、2根斜杆与横梁汇交于一点，或与柱汇交于一点，汇交时均无偏心距。依照斜杆的不同布置，可分为十字交叉支撑、单斜杆支撑、人字形（有称K字形）支撑，以及V形支撑等，见图4.1。图4.1 中心支撑类型 框架中心支撑体系是常用的双重抗侧力体系之一。该类体系具有较大的抗侧刚度，保证了正常使用极限的状态要求，在常遇地震作用下能有效防止非结构构件的破坏，然而设计不当的框架中心支撑结构在罕遇地震中易遭到破坏。地震中当某一层钢支撑出现刚度、强度退化后，专门容易在该层形成软弱层，甚至会引起整体结构的倒塌。因此，在抗震区应该慎用中心支撑，应用时应当慎重。国外一方面通过严格操纵建筑适用高度来规范使用；另一方面，通过提高钢

60、框架的抗侧能力来保证其安全使用。 偏心支撑框架是近年进展起来的一种支撑结构形式。1977年美国加州大学通过1：3模型框架的试验，首次验证了偏心支撑钢框架出色的抗震性能。随后，美国的一些高层建筑工程相继使用偏心支撑框架，作为抗侧力体系的一部分。偏心支撑的要紧特点是每一根支撑斜杆的两端，至少有一端与梁不在柱节点处相连，见图4.2。支撑斜杆和柱之间，或斜杆和斜杆之间就构成了一个耗能梁段a，采纳耗能梁段的目的是改变支撑斜杆与梁（耗能梁段）的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，一方面通过耗能梁段的非弹性变形进行耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先（同跨的其余梁段未屈服），爱护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，从而有