PPT多高层钢结构设计

第四章多高层钢结构构设计10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系内容提要4.1多高层钢结构构的特点与结结构体系4.2多高层钢结构构的计算特点点4.3多层多跨框架架设计4.4组合楼盖设计计10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系第四章多多高层钢结构构设计4.1多高层钢结构构的特点与结结构体系10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.1多高层层钢结结构的的特点点与结结构体体系…14.1.1多高层层钢结结构的的特点点高层建建筑发发展的的基本本原因因a)经济的的发展展；b)城市人人口增增多；；c)建设用用地减减少；；d)地价上上涨；；e)建筑科科技进进步；；f)轻质高高强材材料的的应用用。高层建建筑的的发展展简况况城市人人口集集中，，用地地紧张张，以以及商商业竞竞争的的激烈烈化，，促使使近代代高层层建筑筑的出出现和和发展展。中国最最早的的高层层建筑筑是一一些寺寺、塔塔。10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.1多高层钢结结构的特点点与结构体体系…1国外高层建建筑发展的的3个阶段第一阶段，在19世纪中期之之前，欧洲洲和美国一一般只能建建造6层左右的建建筑。第二阶段，从19世纪中叶开开始到20世纪50年代，世界界上第一幢幢近代高层层建筑是美美国芝加哥哥的家庭保保险公司大大楼，11层，高55m，建于1884年。到19世纪末，高高层建筑已已突破100m大关。1931年在美国纽纽约曼哈顿顿建造的102层、高381m的著名的帝帝国大厦，，它保持世世界最高建建筑记录达达42年之久。第三阶段，从20世纪50年代到现在在，高层建建筑已出现现多种结构构体系，如如RC结构，S结构。10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系高层结构体体系的发展展过程

始用年代

结构体系和特点18851889190320世纪初二次大战后20世纪50年代20世纪六七十年代20世纪80年代20世纪80年代中期砖墙、铸铁柱、钢梁钢框柱钢筋混凝土框架钢框架＋支撑钢筋混凝土框架＋剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土结构钢框架＋钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…1我国多高高层钢结结构自20世纪80年代中期期起步，，随后在在北京、、上海、、深圳、、大连等等地陆续续建成大大量多高高层建筑筑钢结构构。多高层钢钢结构的的特点自重轻抗震性能能好有效使用用面积高高建造速度度快防火、防防腐性能能差10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…24.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…1-框架体系系10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…2-框架-剪力墙体体系4.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…210/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…2-框架-支撑结构构体系4.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…310/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…2-框架-筒体结构构体系4.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…410/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…2-筒体结构构体系西尔斯(Sears)大楼筒体体变化图图筒中筒结结构4.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…510/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.1多高层钢钢结构的的特点与与结构体体系…2-巨型框架架体系4.1.2.多高层钢钢结构的的结构体体系…610/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系第四章多多高高层钢结结构设计计4.2多高层钢钢结构的的计算特特点10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.2多高层钢结构构的计算特点点…14.2.1荷载…1水平方向的风风荷载和地震震作用，对高层钢结结构设计起着着主要的控制作作用10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…21.竖向荷荷载永久荷荷载（（结构构自重重）可变荷荷载（（楼面面及屋屋面活活荷载载）注：相相关荷荷载按按《建筑结结构荷荷载规规范》（GB50009-2001)的有关关条文文取值值。10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…32.风荷载载-风压高度变化系数-风荷载体型系数-顺风向z高度处的风振系数注：相关系系数按按《建筑结结构荷荷载规规范》（GB50009-2001)和《高层民民用建建筑钢钢结构构技术术规程程》（JGJ99-98）的有有关条条文取取值。。式中，-任意高度处的风荷载标准值（kN/m2）-高层建筑基本风压（kN/m2）风荷载标准值由下式计算基本风风压：当地地比较较空旷旷平坦坦地面面上离离地10m高统计计所得得的50年一遇遇10min平均最最大风风速v0为标准准，按按v02/1600确定的的风压压值.10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…43.地震作作用抗震设设防烈烈度按国家家规定定的权权限批批准作作为一一个地地区抗抗震设设防依依据的的地震震烈度度;必须按按国家家规定定的权权限审审批、、颁发发的文文件（（图件件）确确定;设防范范围6-9度抗震设设防目目标小震不不坏、、中震震可修修、大大震不不倒10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系阶段目标烈度地震作用性质受力状态验算内容第一阶段小震不坏（隐含中震可修）多遇地震作用对应的烈度（小震）可变作用弹性（部分弹塑性）构件的承载力和稳定结构的层间位移第二阶段大震不倒罕遇地震作用对应的烈度（大震）偶然作用弹塑性结构的层间位移及层间侧移延性比两阶段段设计计4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…5注：1）第一一阶段段为弹弹性分分析，，包括括截面面设计计和变变形计计算；；2）大部部分建建筑的的第二二阶段段设计计主要要由概概念设设计和和构造造措施施来保保证。。10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系三水准准地震震作用用的标标定4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…6基本假假定地震强强度呈呈极值值分布布烈度符符合极极值III型IImI0Isf(I)地震影响50年超越概率地震重现期多遇地震对应的烈度-众值烈度小震63.2%50年设防烈度中震10%475年罕遇地震对应的烈度大震2-3%1642-2475年Im=I0-1.55Is<=I0+110/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系建筑类类别与与设防防标准准4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…7建筑类别建筑的重要性抗震措施地震作用计算甲类特殊要求的建筑特殊考虑特殊考虑乙类国家重点抗震城市生命线工程的建筑提高一度（9度适当提高）原设防烈度丙类甲、乙、丁类以外的一般建筑原设防烈度原设防烈度丁类次要的建筑降低一度（6度不降）原设防烈度10/25/2022昆明明理理工工大大学学建建工工学学院院土土木木系系地震震作作用用计计算算4.2多高高层层钢钢结结构构的的计计算算特特点点…81)一般般说说明明和和计计算算原原则则影响响设设计计地地震震作作用用的的因因素素地震震动动特特性性方方面面抗震震设设防防烈烈度度设计计近近远远震震场地地类类别别结构构特特性性方方面面结构构自自振振周周期期建筑筑质质量量（（重重力力荷荷载载））结构构阻阻尼尼比比（（材材料料））10/25/2022昆明明理理工工大大学学建建工工学学院院土土木木系系4.2多高高层层钢钢结结构构的的计计算算特特点点…9设计计地地震震作作用用的的方方向向设计计地地震震作作用用的的方方向向水平平（（两两个个））竖向向（（一一个个））结构构效效应应的的方方向向平动动（（两两个个水水平平、、一一个个竖竖向向））扭转转（（竖竖轴轴））10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…10地震作用用的计算算范围和和原则计算范围围水平地震震作用竖向地震震作用水平地震震作用的的计算原原则一般正交交布置抗抗侧力构构件的结结构，可可沿纵横横主轴方方向分别别计算；；斜交布置置抗侧力力构件的的结构，，宜按平平行于抗抗侧力构构件方向向计算；；质量和刚刚度明显显不均匀匀、不对对称的结结构，应应考虑水水平地震震作用的的扭转影影响。10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…11地震作用用的计算算方法及及其适用用范围地震作用结构方法使用范围水平弹性底部剪力法高度不超过60m，以剪切变形为主，质量和刚度分布较均匀振型分解反应谱法不满足底部剪力法应用条件的结构时程分析法（补充计算）甲类建筑、特别不规则的建筑H>80m，7、8度I、II类场地乙、丙类建筑H>60m，8度III、IV类场地和9度乙、丙类建筑弹塑性简化方法（略）时程分析法（略）竖向弹性底部轴力法需考虑竖向地震作用的结构10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…12计算模型型——集中质量量模型多高层房房屋无扭转有扭转单层厂房房横向纵向10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…132）设计反反应谱地震影响响系数曲曲线图中，γ－曲线下下降段的的衰减指指数ξ－阻尼比比η1－下降斜斜率调整整系数η2－阻尼调调整系数数动力系数数地震系数数地震影响响系数最大地震震作用10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…14烈度6789多遇地震0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32罕遇地震－0.50(0.72)0.90(1.20)1.40场地类别IIIIIIIV第一组0.250.350.450.65第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90特征周期期Tg（s）水平地震影响系数最大值αmax和Tg分别按下下列表格格取值10/25/2022昆明理工工大学建建工工学院土土木木系4.2多高层钢钢结构的的计算特特点…153）水平地地震作用用计算底部剪力力法计算方方法底部剪剪力的的计算算地震作作用沿沿高度度的分分配顶部附附加地地震作作用突出屋屋面小小建筑筑物Geq——结构等等效重重力荷荷载代代表值值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85或Geq=Sum(Gi)*0.80HiFiFEkΔFnmHi10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…16振型分分解反反应谱谱法计算振振型计算地地震影影响系系数和和振型型参与与系数数计算振振型地地震作作用计算振振型地地震效效应振型组组合a1ixg(t)ajianixi(t)10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…17时程分分析法法竖向特特别不不规则则的建建筑高度较较大的的建筑筑采用时时程分分析法法进行行补充充计算算采用能能反应应当地地场地地特征征的地地震波波不能能少于于4条，其其中宜宜包括括一条条本地地区历历史上上发生生地震震时的的实测测记录录波地震波波的持持续时时间不不宜过过短，，宜取取10～20s或更长长10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…184.2.2结构计计算1.结构计计算的的一般般原则则结构计计算可可采用用弹性方方法计计算。抗震震设防防结构构尚应应考虑虑罕遇遇地震震下的的弹塑性性计算算；现浇组组合楼楼盖可假设设在其其自身平平面内内绝对对刚性性；弹性分分析时时，宜考虑虑现浇楼楼盖与与钢梁梁的共同工工作，此时时应保保证楼楼板与与钢梁梁间有有可靠靠连接接；弹塑性性分析析时，不宜考考虑楼板与与钢梁梁的共同工工作；计算模模型应应视具具体结结构形形式和和计算算内容容确定定，一一般情情况下下可采采用平平面抗抗侧力力结构构的空间协协同计计算模模型；当结结构布布置规规则、、质量量及刚刚度沿沿高度度分布布均匀匀、不不计扭扭转效效应时时，可可采用用平面结结构计计算模模型；当结结构平平面或或立面面不规规则、、体型型复杂杂、无无法划划分成成平面面抗侧侧力单单元的的结构构，或或为筒筒体结结构时时，应应采用用空间结结构计计算模模型；10/25/2022昆明理理工大大学建建工学学院土土木系系4.2多高层层钢结结构的的计算算特点点…19高层建建筑钢结构构梁柱柱构件的的跨高比比较小小，计算算结构构的内内力和和位移移时，，除考考虑梁梁、柱柱的弯弯曲变变形和和柱的的轴向向变形形外，，尚应计计算梁梁、柱柱的剪剪切变变形；钢框架架－剪剪力墙墙体系系中，，现浇剪剪力墙墙的计算算按照钢钢筋混混凝土土结构构设计计，应记记入墙墙的弯弯曲、、剪切切和轴轴向变变形；；柱间支支撑两两端应应为刚刚性连连接，但可可按两两端铰铰接连连接计计算，，其端端部连连接的的刚度度通过过支撑撑构件件的计计算长长度加加以考考虑；；若采采用偏偏心支支撑，，由于于耗能能梁段段在大大震时时将首首先屈屈服，，计算算时应应取为为单独独单元元；钢框架架－支支撑结结构的的斜杆杆可按按端部部铰接接杆计计算；框架架部分分按计计算得得到的的地震震剪力力应乘乘以调调整系系数，，达到到不小小于结结构底底部总总地震震剪力力的25％和框框架部部分地地震剪剪力最最大值值1.8倍两者者中的的较小小者。。中心支撑框框架的斜杆轴线偏偏离梁柱轴轴线交点不不超过支撑撑杆件的宽宽度时，仍仍可按中心心支撑框架架分析，但应计及及由此产生生的附加弯弯距；人字字形和V形支撑组合合的内力设设计值应乘乘以增大系系数，可取取1.5。10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.2多高层钢结结构的计算算特点…202.内力与位移移计算规范规定在在进行内力力及位移分分析时可以以采用较为为精确的程程序计算方方法，也可可以采用近近似的简化化计算方法法。－程序计算算的基本方方法－矩阵阵位移法－简化近似似计算方法法－分层法法、D值法采用近似计计算方法计计算高层钢钢结构的内内力与位移移时，尚应应注意以下下问题应考虑梁柱柱节点域的的剪切变形形对侧移的的影响；高层建筑钢钢结构的P-Δ效应较强，，一般应验验算结构的的整体稳定定性。10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.2多高层钢结结构的计算算特点…21高层建筑钢钢结构的P-Δ效应较强，，一般应验验算结构的的整体稳定定性。但同同时符合下下列条件时时，可不验验算结构的的整体稳定定。（1）结构各楼楼层柱的长长细比和平平均轴压比比满足式中：λm－楼层柱的的长细比；；Nm－楼层柱的的平均轴压压力设计值值；Npm－楼层柱的的平均全塑塑性轴压力力；式中：fy－钢材的屈屈服强度；；Am－柱截面面面积的平均均值；10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.2多高层钢结结构的计算算特点…22（2）结构按一一阶线弹性性计算所得得的各楼层层层间相对对位移值满满足式中：Δu－按一阶线线弹性计算算所得的层层间位移；；ΣFh－计算楼层层以上全部部水平作用用之和；对不符合以以上两条件件的高层建建筑钢结构构，需验算算结构的整整体稳定。。ΣFv－计算楼层层以上全部部竖向作用用之和；10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.2多高层钢结结构的计算算特点…233.承载力验算算钢结构构件件的承载能能力应满足足下列公式式要求：非抗震设计计第一阶段抗抗震设计时时式中：γ0－结构重要要性系数；；S－地震作用用效应组合合设计值；；R－结构构件件承载力设设计值；γRE－结构构件件承载力的的抗震调整整系数；构件名称梁柱支撑节点节点焊缝节点螺栓γRE0.800.850.900.901.01.0构件承载力力抗震调整整系数10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系4.2多高层钢结结构的计算算特点…244.位移限制不考虑地震震作用时，，结构在风荷荷载作用下下第一阶段抗抗震设计顶点侧移层间侧移层间侧移第二阶段抗抗震设计层间侧移10/25/2022昆明理工大大学建建工学院土土木系系第四章多多高层钢钢结构设计计4.3多层多跨框框架设计10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.3多层多跨框架架设计…14.3.1构件设计-框架梁设计梁的抗弯强度度梁的抗剪强度度梁的整体稳定定梁的局部稳定定-框架柱设计框架节点处实实现强柱弱梁梁设计概念的的计算要求10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.3多层多跨框架架设计…2轴压比验算强度柱平面内、外外稳定验算柱的局部稳定定10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.3多层多跨框架架设计…3中心支撑构件件可用单斜杆杆、十字交叉叉斜杆、人字字形或V形斜杆体系-中心支撑构件件设计时应注意意1）在计算中心心支撑斜杆内内力时，地震震力应乘以增增大系数，单单斜杆支撑和和交叉支撑乘乘以1.3，人字形支撑撑和V形支撑乘1.5。2）在多遇地震震作用组合下下，支撑斜杆杆的抗压验算算按下式进行行：支撑斜杆宜采采用双轴对称称截面，当采采用单轴对称称截面时，宜宜防止出现绕绕截面对称屈屈曲。3）刚度：满足足相关长细比比的要求10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.3多层多跨框架架设计…44.3.2连接节点设计计-节点设计的一一般要求梁柱连接柱柱连接梁梁连接满足传力可靠靠、构造简单单、具有抗震震延性及施工工方便的要求求。非抗震设计，，弹性受力阶阶段设计第一阶段抗震震设计，弹性性受力阶段设设计第二阶段抗震震设计，弹塑塑性受力阶段段设计，按照照结构抗震设设计遵循的原原则，节点的的极限承载力力要高于构件件本身的承载载力。10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.3多层多跨框架架设计…54.3.2连接节点设计计节点域稳定-节点计算节点域抗剪强强度-节点设计的一一般要求梁柱连接柱柱连接梁梁连接连接弹塑性设设计10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系第四章多多高层钢结构构设计4.4组合楼盖设计计10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.4组合楼盖设计计…1-确定楼盖结构构方案时，应应考虑以下要要求：-保证楼盖有足足够的平面整整体刚度-减轻结构的自自重及减小结结构层的高度度-有利于现场安安装方便及快快速施工-钢结构常用楼楼盖做法-压型钢板组合合楼板-预制楼板-叠合楼板-普通现浇楼板板-具有较好的防防火、隔音性性能，并便于于管线的铺设设10/25/2022昆明理工大学学建工学学院土木木系4.4组合楼盖设计计…24.4.1压型钢板的形形式-闭口形槽口的的压型钢板-开口形槽口的的压型钢板，，在其腹板翼翼缘上轧制凹凹凸形槽纹作作为剪力连接接件-开口形槽口的的压型钢板，，同时在它的的翼缘上另焊焊横向钢筋，，以增强抗剪剪切粘结能力力4.4.2组合板的极限限状态-沿正截面弯曲曲破坏-沿混凝土与压压型钢板界面面纵向水平剪剪切破坏-沿斜截面剪切切破坏-冲剪破坏10/25/2022昆明明理理工工大大学学建建工工学学院院土土木木系系4.4组合合楼楼盖盖设设计计…34.4.3组合合板板的的设设计计-施工工阶阶段段-使用用阶阶段段施工工阶阶段段的的荷荷载载内力力计计算算截面面承承载载力力及及挠挠度度计计算算施工工阶阶段段的的荷荷载载内力力计计算算截面面承承载载力力及及挠挠度度计计算算（1）正正截截面面抗抗弯弯承承载载力力的的计计算算a)当时时，，塑塑性性中中和和轴轴在在压压型型钢钢板板顶顶面面以以上上的的混混凝凝土土内内，，组组合合板板的的抗抗弯弯承承载载力力按按下下式式计计算算10/25/2022昆明明理理工工大大学学建建工工