高层建筑钢结构(讲稿)2-设计原则

高层建筑钢结构

内容1、概述2、设计原则8、结构计算方法4、抗重力体系

5、抗侧力体系

6、楼板设计7、连接设计3、钢材及连接材料

一、概述

1、多、高层钢结构建筑的应用（1）建筑用钢量国内：全部钢产量的20%～25%

国外（美国、日本）：50%

我国真正用于钢结构的钢材仅为200～300

万吨（年产量1亿吨）2、典型的高层钢结构建筑台北国际金融中心（101楼）101层高508米台北西尔斯大楼110层高443米美国芝加哥上海金茂大廈88层高420米1998年落成国际金融中心大厦（二期）高416米中国香港中信广场大厦中国广州信兴广场大厦中国深圳帝国大厦高381米美国纽约中央广场大厦高374米中国香港阿联酋迪拜大厦二、高层建筑钢结构的特点(1)自重轻、强度高采用钢结构承重骨架,比钢筋混凝土结构轻1/3以上。结构自重轻,可以减少运输和吊装费用,基础的负载也相应减少,在地质条件较差地区,可以降低基础造价。(2)抗震性能好钢材的弹塑性性能好,地震作用下具有良好的延性。自重轻也显著减少地震作用,一般可减少40%左右主要表现在:具有良好的综合经济效益和力学性能(3)有效使用面积高构件断面小,所占面积小；同时还可适当降低建筑层高。与同类钢筋混凝土高层结构相比,可相应增加建筑使用面积约4%。(4)建造速度快构件制造工厂化，现场安装，现场施工作业面宽敞。可实施平行立体交叉作业。与同类钢筋混凝土高层结构相比.一般可缩短建设周期约1/4～1/3。(5)防火性能差无耐火防护的钢构件,其平均耐火时限约15min左右,明显低于混凝土结构。故有防火要求时，构件表面必须用专门的防火涂料防护,以满足防火规范的要求。第二部分高层建筑钢结构设计原则高层建筑钢结构设计三个阶段扩初设计阶段方案设计阶段

施工图设计阶段

方案设计阶段地位最重要的方案设计阶段

内容平面形状房屋形状的确定立面形状高度高宽比结构体系的选择结构布置场地的选择结构平面布置结构竖向布置主要介绍上述内容的确定原则具体内容平面形状立面形状高度高宽比结构体系的选择（以后介绍）场地的选择结构平面布置结构竖向布置结合中国规范简称《高钢规程》一、房屋平面形状

原则1宜采用双轴对称的简单规则平面圆形、方形、六边形、八边形、椭圆形原因A、防止在风载作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产生扭矩，从而降低结构承载能力，且使居者感到不适。

B、防止在地震作用下，结构质量中心与刚度中心不重合，产生扭矩，从而加重地震灾害。

原则２

房屋平面形状应采用风荷载对其影响较小的形状，最好是流线型的圆形椭圆形切边的矩形其风载体型系数与矩形相比降低30%台北101大厦2003年10月17日竣工，508m，101层，高度世界第一正方形平面佩特纳斯大厦混凝土外筒直径46．33m，高强钢筋混凝土内筒22.8×22.98m

马来西亚，吉隆坡452m,95层，1996年竣工世界贸易中心63.5m方形平面

美国，纽约411m,110层，1973年竣工金茂大厦八边形平面

中国，上海4２１m,８８层，19９８年竣工国际金融中心中国，香港4１５m,８８层，２００３年竣工八边形平面迪拜塔竣工后已更名为哈利法塔，2004年9月21日动工，是目前世界第一高楼与建筑。2高度828米，162层。2010年1月4日竣工。原则３

若根据建筑要求需采用不规则平面形状，则尺寸应受到一定程度的限制。否则，应进行精确的抗震计算和分析。原因

防止在风载和地震作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产生扭矩A、不满足下列要求不规则平面形状

B、任意一层的偏心率>0.15《高钢规程》附录2C、结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的长度，超过该方向建筑总尺寸的25%D、楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的50%E、抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴中央电视台主楼含两栋分别为52层、高234米和44层、高194米的塔楼，并由14层、56米高，重1.8万吨的悬臂钢结构连接，总建筑面积47.3万平方米。

原则4防震缝的设置

设置条件1、若房屋形状复杂，且无条件进行精确抗震分析时，可设

2、若房屋长度太大，须设深缩缝时，则应设置

3、若房屋两部分之间质量相差悬殊，或有较大错层，或两部分基础类型不同，沉降不同，需设沉降缝时4、裙房和主楼之间应根据情况确定

设置原则1、伸缩缝、沉降缝均应满足抗震缝要求

2、防震缝宽度应根据规范确定

3、防震缝应沿房屋高度方向通长设置。若不作为沉降缝，则基础可不分开二、房屋立面形状原则1

尽量采用简单且沿高度变化均匀的形状。否则将使结构质量和刚度突变，对抗震极为不利采用平面尺寸沿高度方向巨变的形状或倒梯形立面。矩形、梯形、三角形、避免后果原则2

使建筑物外柱内倾,形成锥状体型或平面逐渐收进,形成收进式阶梯型立面。原因锥状体型上部迎风面积小,可以减少上部结构所受风荷载减少风荷载引起的倾覆力矩，增加房屋的稳定性减少侧移三个好处数据40层楼房，外柱内倾8%,顶层侧移可减少50%。SanFrancisco,California,USATime1969-1972Materials:reinforcedconcretesteelHeight260mnumberoffloors(aboveground)48TransamericaPyramid(泛美大厦）TransamericaPyramid

(泛美大厦）原则３

对于竖向不规则的结构，则在薄弱地方采取措施，并根据实际模型进行详细的计算和分析。目的避免抗侧力刚度沿高度方向突变竖向不规则的结构A、楼层侧向刚度小于相邻上层的70%，且连