多高层建筑钢结构设计

多高层建筑钢结构设计小组成员：傅星宇马稳潘正宇王友明吴灵枢

多高层建筑钢结构设计一、多高层钢结构的特点二、多高层框架钢结构体系三、多层钢结构房屋

四、高层建筑钢结构抗侧力体系五、设计方法六、节点设计七、组合板设计八、钢与混凝土组合梁

学什么？难点和重点？重点和难点1、多层钢框架结构体系的组成和设计方法2、组合梁、楼板、节点设计(1)自重轻:钢材材质均匀，强度高，因而结构构件截面小、自重轻，比钢筋混凝土结构可减轻自重1/3以上，从而减小地基基础的荷载和运输、吊装的费用。(2)抗震性能好:钢结构具有良好的延性和韧性，一般情况下，地震作用可减少40％左右。(3)增加建筑有效使用面积:钢结构构件截面小，可减结构占用空间面积，达到降低层高，增加使用面积的效果，比混凝土结构可增加建筑使用面积3％~4％。(4)建造速度快:钢结构构件，一般为T)--制作，现场安装，实施立体交叉作业，加快施工进度，比一般建设工期可缩短约1/4～1/3。(5)防火性能差:钢构件表面应做专门的防火涂料防护层。

一、多高层建筑钢结构的特点1、结构的特点

(1)荷载的特点:多、高层建筑随着高度的增加，结构上的控制荷载由竖向荷载变为水平荷载；地震区的地震作用比风荷载大得多。(2)内力特点:多、高层建筑，随着高度的增加，结构上的控制内力，由轴力起控制作用到弯矩起控制作用；结构的侧移随高度增加而迅速增加,故结构侧移成为重要的控制因素。(3)结构特点:随着高度增加，结构的抗侧力体系应改进和加强。2．设计特点二、结构体系常见类型：框架结构、框剪结构、筒体结构框架结构

最早用于高层建筑柱距宜控制在6～9m范围内次梁间距一般以3～4m为宜

纯框结构体系的特点:1.钢框架结构采用钢骨架和轻质围护结构自重轻,对地质条件要求低。2.结构构件标准,工厂化生产,现场安装,湿作业少施工占用场地少，速度快。3.用于住宅建筑可发挥钢结构延性好,塑性变形能力强抗震性好等优点,提高了住宅安全4.与传统钢混结构相比,能更好地满足大开间,灵活分隔的要求提高了建筑的使用面积率。5.结构各部分刚度分布比较均匀，构造简单框架结构的侧向刚度小，侧向位移大支撑框架体系结构体系的选择，不仅要从满足使用功能节约等考虑，更要取决于建筑的高度。建筑层数越多，高度越高，风力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚度来抵抗侧向力。因此，随着建筑层数的不断增加，结构体系也就需要不断的发展。支撑框架体系又可分为框支结构和框剪框筒结构一.框支结构体系：在框架体系中，沿结构的纵横两个方向布置一定数量的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连接，形成一个支撑芯筒。二.框剪结构组成

框架结构上设置适当的支撑或剪力墙

亦可二者皆设置侧向位移模式在侧向荷载的作用下，纯框架结构：剪切变形模式抗剪结构：弯曲变形模式二者组合（框剪结构）：

显著减少了纯框架结构的侧向位移这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于四十至六十层的高层钢结构；剪力墙数量应使框剪结构顶点位移满足规范限值。与剪力墙相连的梁端受力大，易产生塑性铰，可将梁刚度乘折减系数。用于地震区时，具有双重设防的优点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(8～9mm厚钢板)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：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）结构特点：当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间和卫生间）周围设置,就形成框架筒体结构体系这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度。结构受力1）内部设置剪力墙式的内筒，与钢框架竖向构件主要承受竖向荷载；2）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，以承受侧向荷载；3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的剪切变形，即为剪力滞后。为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力过大，通常可采取两个措施：

1）控制框筒平面的长宽比不宜过大

2）加大框筒梁和柱的线刚度之比剪力滞后束筒结构

由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结构组成(减缓框筒结构的剪力滞后效应)

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结构种类

结构体系

非抗震设防抗震设防烈度钢结构

框架-支撑（剪力墙板）各类筒体

110

260

360

110

220

300

90

200

260

50

140

180

钢框架-混凝土剪力墙220

180

100

70

有混凝土剪力墙的钢结构

220

180

15070

6,789框架钢框架-混凝土核心筒钢框筒-混凝土核心筒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）

芯筒体系亦称悬挂结构；打破了密柱深梁对建筑设计的桎梏；实现优势互补（充分发挥钢结构抗拉强度高和钢筋混凝土结构抗压性能好的优势）；通常设置一些称为帽桁架和腰桁架的水平桁架。支撑框筒结构或桁架筒体结构

支撑系统覆盖了整个建筑物表面；是较框筒结构更为优越的抗侧力体系。抗侧力结构位置框筒结构布置时的注意事项框筒结构高宽比不宜小于4；（更好地发挥框筒的立体作用）内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；框筒柱距一般为1.5～3.0m，且不宜大于层高；框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50％；内外筒之间的进深一般控制在10～16m之间；内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；框筒结构布置时的注意事项（续）控制角柱截面积为非角柱的1.5～2.0倍；外框筒为矩形平面时，宜将其作成切角矩形；（以削减角柱应力）为提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，可设置帽桁架和腰桁架；腰桁架一般布置于设备层；帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁架构成，等距满布于建筑物的横(纵)向。基础埋深的考虑敷设地下室；（补偿基础、增大结构抗侧倾能力）有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、不宜采用局部地下室；基础埋深：（从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度）

1）采用天然地基时，不宜小于H／152）采用桩基时，不宜小于H／20H：室外地坪至屋顶檐口的高度当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。室外地面标高至基础底面的距离高层建筑钢结构抗重力体系结构体系抗侧力体系竖向重力水平力抵抗抵抗高度大抗侧力体系结构体系的主要部分四、高层建筑钢结构之抗侧力体系抗侧力体系分类基本组成单元各类抗侧力体系

水平变形特点实例

做法应用范围一、抗侧力体系基本单元基本组成单元支撑桁架钢框架筒

高层建筑钢结构（包括钢—砼组合结构）钢框架支撑桁架筒支撑桁架+框架密柱深梁钢砼剪力墙（密柱深梁）筒(支撑桁架+框架)筒

(钢砼剪力墙)筒钢框架或钢筒支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架—支撑体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架—筒体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒大型支撑体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒支撑—筒体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒基本单元的组合筒束体系筒中筒体系抗侧力体系钢框架体系钢框架—支撑体系钢框架—筒体系大型支撑体系支撑—筒体系筒束体系筒中筒体系抗侧力体系钢框架体系钢框架—支撑体系钢框架—筒体系大型支撑体系支撑—筒体系筒束体系筒中筒体系二、钢框架体系1、做法把梁柱刚接成整体，形成空间杆系结构是最早出现、也是最基本的抗侧力体系

2、特点A、平面布置比较灵活，可以获得大空间B、安装简单方便，造价相对较低C、应用于30层以内的高层建筑结构种类结构体系非抗震设防抗震设防烈度6、789钢结构钢框架1101109070框架-支撑（剪力墙板）260220200140各类筒体360300260180D、在水平力作用下，抗侧力刚度小，顶层位移大顶层水平位移层间水平位移由柱弯曲剪切变形引起层间水平位移由梁引起框架弯曲变形引起柱弯曲、剪切变形引起层间位移δic

梁弯曲、剪切变形引起层间位移δig3、实例长富宫中心

北京地上25层，地下2层,94m1987年建成2层以下和地下室为型钢砼结构,以上全部为钢框架结构结构钢材(日本钢材)柱及主梁:SM50A次梁及压型钢板:SS41高强度螺栓:F10T国名标准号钢号力学性能屈服点(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率%冷弯试验试件厚度钢种日本JIS3106（1975）SM41245401~510241.0a低碳钢SM50323490~608221.5a低合金钢SM53363520~637191.5a低合金钢SM58460568~715201.5a低合金钢SS41245401~510261.5a低碳钢SS50284490~608192.0a低碳钢SS55401≥540172.0a低合金钢构件截面柱焊接箱型截面厚度42—19450╳450框架梁焊接H型截面宽度200—250梁高650翼缘板厚度32—19腹板厚度12次梁轧制H型钢楼板1.2mm压型钢板上浇混凝土楼板压型钢板支承于跨度小于3m的钢梁上三、钢框架—支撑体系1、做法把钢框架和支撑桁架共同组合，作为抗侧力体系2、特点A、平面布置比较灵活，不能获得大空间B、安装较为简单方便C、应用于30—60层的高层建筑D、抗侧力刚度比钢框架大结构种类结构体系非抗震设防抗震设防烈度6、789钢结构钢框架1101109070框架-支撑（剪力墙板）260220200140各类筒体360300260180剪切形3、分类（两种分类方法）按支撑杆的设置方法轴交支撑支撑杆一端位于梁柱节点，另一端与另一支撑杆相交于框架梁或节点上

偏交支撑支撑杆端点与梁柱节点之间（或）两支撑杆端点之间耗能梁段

存在轴交支撑轴交支撑特点用于抗风或不太强的地震力当有强震作用时，会有如下严重后果

A、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈,支撑抗侧力刚度降低C、往复的地震作用支撑斜杆会从受压的压屈状态受拉的拉伸状态支撑斜杆、节点、相邻构件中将产生很大附加应力结构受冲击作用D、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈后不能恢复（拉直）B、支撑的两侧柱子产生压缩变形和拉伸变形时，由于支撑的端点实际构造做法并非铰接，而导致支撑产生较大的附加内力及应力偏交支撑偏交支撑特点用于地震烈度大的地区A、存在一小段耗能梁段

B、地震作用时，耗能梁段先屈服，消耗地震能量，保护支撑杆耗能梁段的剪切屈服承载力支撑杆受压承载力a、耗能梁段的受弯承载力大于受剪承载力设计思路b、耗能梁段的设计剪力不超过剪力承载力的80%c、提高支撑杆的受压承载力，使其至少应为耗能梁段屈服时相应支撑轴力的1.6倍d、塑性铰应出现在梁而不是柱上按支撑桁架的设置位置框架—竖向支撑体系加劲的框架—竖向支撑体系框架—竖向支撑体系框架—竖向支撑体系每层设置支撑跨层设置支撑每层设置跨层设置杆件、节点数量多，费用高，传力路线长与上面相反，但杆件长加拿大国家银行大厦蒙特利尔地上31层，地下7层,127.08m1983年建成7层以下为钢砼结构,以上全部为钢框架—竖向支撑体系构件截面柱焊接H型截面厚度50760╳760（最大）框架梁W610梁高610次梁W410楼板压型钢板肋高76mm,混凝土楼板140mm梁高410间距3m加劲的框架—竖向支撑体系在设置竖向支撑的基础上，在顶层和每隔15层左右，沿房屋两个方向全长设置横向的伸臂桁架伸臂桁架伸臂桁架15层设置伸臂桁架和腰桁架（帽桁架）楼层水平加强层设备层或避难层腰桁架（帽桁架）外框架所有柱子均参与整体抗弯作用加劲的框架—竖向支撑体系伸臂桁架的作用伸臂桁架有很大的抗弯刚度和抗剪刚度结构在水平荷载作用下外框架所有柱子均参与整体抗弯作用一侧外柱受拉，另一侧受压相当于作用反弯矩减少结构水平位移抵消一部分倾覆力矩4、支撑的等效件——嵌入式墙板支撑杆件易屈曲支撑杆件截面尺寸大为提高结构抗侧力刚度原因嵌入式墙板采用代替支撑杆件嵌入式墙板钢板剪力墙板内藏钢板剪力墙墙板带竖缝砼剪力墙墙板钢板剪力墙板采用厚钢板，四周通过高强度螺栓与梁柱相连做法设防烈度大于等于7时，钢板两侧焊纵向或横向加劲肋仅承担框架内四周的剪力，不承担框架梁上的竖向荷载特点侧向刚度大，重量轻，安装方便，但用钢量大内藏钢板剪力墙墙板钢板支撑的基础上，外包钢砼做法预制板仅在支撑的上下端节点处与钢框架相连钢支撑有外包砼，不考虑屈曲带竖缝砼剪力墙墙板预制板，中间带竖缝做法竖缝宽度10mm，竖向长度为墙板净高的一半，缝间距为缝长一半多遇地震，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大预制板仅与框架柱用高强度螺栓连接受力特点罕遇地震，墙板处于弹塑性阶段而产生裂缝，起到抗震耗能的作用5、工程实例北京京广中心大厦地上52层，地下3层,196m高，1990年建成地下为钢骨砼框架和砼剪力墙，以上为钢框架—支撑体系结构钢材(日本钢材)钢板厚小于等于40mmSM50A

轧制H型钢SS41钢板厚大于40mmSM50B国名标准号钢号力学性能屈服点(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率%冷弯试验试件厚度钢种日本JIS3106（1975）SM41245401~510241.0a低碳钢SM50323490~608221.5a低合金钢SM53363520~637191.5a低合金钢SM58460568~715201.5a低合金钢SS41245401~510261.5a低碳钢SS50284490~608192.0a低碳钢SS55401≥540172.0a低合金钢构件截面柱箱型截面厚度80850╳850（最大）框架梁焊接H截面800╳200╳12╳36（外围框架梁端）800╳300╳12╳25（中心框架梁端）竖向支撑热轧及焊接H截面350╳350╳36╳36（最大）支撑主要采用带竖缝的预制墙板，在层高较大的部分则采用钢支撑（1-6层，23层，38层）竖向支撑布置R1轴支撑布置新锦江大酒店地上43层，地下1层,152m高，上海加劲的钢框架—

竖向支撑体系结构钢材(美国钢材)A572/50级钢抗拉强度390N/mm2屈服强度350N/mm2国名标准号钢号力学性能屈服点(MPa)抗拉强度(MPa)伸长率%冷弯试验试件厚度钢种美国ASTM（1975）A36245401~549231.0a~1.5a低碳钢A242343≥490211.0a~1.5a低合金钢A440343≥491211.0a~1.5a低合金钢A441343≥491211.0a~1.5a低合金钢A572686>84~911141.5a~3.0a高强度钢构件截面柱箱型截面700╳700╳80-20(6层以下)框架梁焊接H截面700╳300500╳500╳80-20(6层以上)外围柱500╳500中心柱东京新宿行政大厦地上54层，地下5层,223m高，1979年加劲的钢框架—

竖向支撑体系构件截面柱箱型截面550╳550╳65-13框架梁焊接H截面H=700概况设置嵌入式钢砼预制墙板为支撑体系东京新宿行政大厦平面结构布置图

东京新宿行政大厦立面结构布置图

(1)多层和高层建筑钢结构的分析:分弹性设计和塑性设计弹性设计:结构工作状态仅局限在理想弹性范围内进行内力和变形分析,用于一般有抗震设防要求的结构.塑性设计:考虑结构在弹一塑性工作状态时的结构分析。用于罕遇地震作用下的结构分析。(2)分析方法:一阶理论和二阶理论两种。一阶理论:结构受力后，考虑内力和外力平衡，忽略结构变形对几何关系的影响；二阶理论:将结构变形对其几何关系的影响考虑在力的平衡方程中。一般应按二阶理论进行结构分析。(3)楼盖:通常采用钢与混凝土组合楼盖，假定楼盖在自身平面内为绝对刚性。设计中应采取加设板梁抗剪件，或非刚性楼面加现浇混凝土叠合层等措施加以保证。5.1结构设计的原则规定五、结构设计方法

(4)多、高层建筑钢结构的结构分析的手段，一般应借助电子计算机完成，但在初步设计阶段，可参考有关资料和计算手册用手算方法进行。这些手算近似计算方法，常用的有分层法、D值法、空间协调工作分析、等效角柱法和等效截面法等。(5)多、高层建筑钢结构的内力和位移分析时，应考虑梁、柱的弯曲变形、柱的轴向变形和梁柱的剪切变形，梁的轴向变形随具体情况而定。

5.2多、高层建筑钢结构的布置多、高层建筑在确定结构形式和结构体系后，即可进行结构布置。结构布置应配合建筑设计进行，满足建筑功能要求，并且应尽力做到受力合理、施工方便、造价经济。

(1)满足建筑使用要求建筑的开问、进深、层高、层数及使用功能应得到保证，做到适用性。(2)满足抗震设计原则应做到“小震不裂、中震可修、大震不倒”的可靠性原则。(3)努力做到有利于建筑工程设计和施工的要求力求减少开间、进深，尽量统一柱网和层高尺寸，重复使用标准层，减少扭转

高层建筑结构的总体布置要求：1、准备设计资料(1)工程性质及建筑物安全等级。(2)荷载和作用。①恒荷载标准值及其分布。②活荷载标准值及其分布。③基本风压及地面粗糙度类型。④地震设防烈度。⑤环境温度变化状况。⑥基本雪荷载。5.3多、高层钢框架结构的设计内容和步骤

(3)地质条件。2．确定结构平面布置3．确定支撑体系的布置4．确定框架梁、柱截面形式并初估截面尺寸(1)框架梁的截面尺寸估算梁的截面高度应考虑建筑高度、刚度条件和经济条件。确定梁的翼缘、腹板尺寸应考虑局部稳定、经济条件和连接构造等因素。(2)框架柱的截面尺寸柱的截面尺寸可由一根柱所承受的轴力乘以1.2倍，按轴心受压估算所需柱截面尺寸。5．框架梁、柱线刚度计算及梁、柱计算长度的确定

6．荷载计算

(1)恒荷载。(2)活荷载。(3)风荷载。(4)地震作用。(5)温度作用。(6)施工荷载。

PS：对楼层数较多、竖向荷载较大的结构，应考虑竖向构件在竖向静载作用下发生弹性压缩变形对结构所产生的不利作用。结构在风荷载作用下，顶点质心位置的侧移不宜超过建筑高度的1/500，各楼层质心位置的层间侧移不宜超过楼层高度的1/400。7．荷载作用下的框架内力分析(可采用任一适用的结构力学方法)(1)恒载设计值=1.2X恒载标准值(2)活荷载设计值=1.4×活荷载标准值为便于内力组合，可将活荷载分跨布置进行计算。因非上人屋面活荷载一般较小，可不考虑活荷载的最不利布置，将活荷载在屋面满跨布置。(3)风荷载作用下的框架内力(建议采用D值法)风荷载设计值=1.4×风荷载标准值对非对称框架，应分别计算左风和右风作用下的结构内力。(4)地震作用下的框架内力(建议采用D值法，荷载底部剪力法)8．荷载组合和内力组合(1)考虑四种基本荷载组合(2)横梁内力组合(考虑活荷载的最不利布置)。(3)柱内力组合由于活荷载作用下的内力用分层法计算，因此，在计算组合柱弯矩时，只考虑在柱相邻层布置活荷载；在计算组合柱轴力时，则考虑在该柱以上各层布置活荷载。9、构件及连接设计(1)框架梁、柱设计。(2)节点设计。①铰接柱脚。②刚接柱脚。①组合1：恒载控制：1.35×恒载效应+1.4×0.7×活载效应②组合2：活载控制：1.2×恒载效应+1.4×活载效应③组合3：左风组合：1.2×恒载效应+1.4×活载效应+1.4×0.6×左风载效应④组合4：右风组合：1.2×恒载效应+1.4×活载效应+1.4×0.6×右风载效应⑤组合5：左震组合：1.2×重力荷载效应+1.3×左震作用效应⑥组合6：右震组合：1.2×重力荷载效应+1.3×右震作用效应⑦组合7：左震组合：1.0×重力荷载效应+1.3×左震作用效应⑧组合8：右震组合：1.0×重力荷载效应+1.3×右震作用效应承载力一般组合：使用设计值正常使用组合：使用标准值

多高层建筑钢结构节点设计内容节点的设计原则(总)节点设计时的构造要求各类节点的做法及特点节点分类

一、节点设计原则1、节点受力应该力求简捷、明确；2、保证节点足够的强度，后于构件破坏；3、节点连接应具有良好的延性，故设计中应采用合理的细部构造，不宜采用约束度大的和易产生层状撕裂的连接形式；4、构件拼接一般按等强度原则；5、尽量简化节点构造，以便于加工、安装。1、不考虑抗震要求时结构的主要荷载节点设计包括两种情况抗震非抗震风荷载结构一般处于弹性状态作用时与地震荷载相比不大满足构件内力要求即可节点设计原则2、当考虑抗震要求时结构的主要荷载地震荷载结构可能进入塑性状态作用时塑性区附近的节点塑性区内的杆件特殊的设计要求节点设计原则满足构件内力要求特殊设计要求针对构件塑性时的局部稳定节点极限承载力梁塑性时的侧向稳定A、节点极限承载力Mu≥1.2MpVu≥1.3(2Mp/l)Mu、Vu—节点的极限受弯、受剪承载力Mp—梁的全塑性弯矩承载力l—

梁的净跨度梁柱节点极限承载力Ru≥1.2An•fyRu—

支撑连接的极限承载力An—

支撑杆净截面面积fy—

支撑杆材料的屈服强度支撑节点极限承载力B、构件进入塑性状态时，板件的局部稳定应有保证框架梁板件7度及以上6度和非抗震设防工字形梁和箱形梁翼缘悬伸部分b/t911工字形梁和箱形梁腹版h0/tw72-100N/Af85-120N/Af箱形梁翼缘在两腹板之间的部分b0/t3036框架梁板件宽厚比限值注：1、表中，N为梁的轴向力，A为梁的截面面积，f为梁的钢材强度设计值；2、表列值适用于=Q235钢，当钢材为其它牌号时应乘以C、受弯构件塑性区应设置侧向支撑点避免梁发生侧向的弯扭失稳目的L0

两相邻支撑点之间的间距设置方法L0/b0≤?(根据钢结构规范）b0

受压翼缘的宽度二、节点设计的构造要求（总）1、设计时，应使节点构造简单，施工方便，便于就位和调整2、应防止厚钢板层状撕裂ZYX如图，通过轧制而成的钢板，三个方向的机械性能均不相同，其中Z向（厚度方向）最差，特别是塑性和韧性钢板受撕裂情况B、对于容易发生撕裂的部位，应要求严格检查A、尽量避免焊缝收缩方向垂直钢板板面方向C、在满足承载力要求的前提下，尽量减少焊缝尺寸构造措施3、在确定框架吊装单元时，应根据构件重量、运输和起吊设备综合确定柱二层或三层楼高一根（一、四层也可）梁每跨梁一根密柱深梁的框筒三根柱+三根梁树状柱吊装单元三根柱+二根梁

阿莫科大厦芝加哥标准石油大楼美国，芝加哥342m地上82层，地下5层1973年4、柱的工地接头一般设置在主梁顶面1.0–1.3m高处,以便于安装5、梁若需要现场接头，其位置应根据内力、运输、支撑综合确定一般距离柱轴线约0.5-1.5m6、焊条应与钢材的型号匹配，尽量选择强度低的，使节点有好的延性7、为了焊透和满焊，应设置引弧板和垫板，且焊件应加工成坡口8、对于主要承重构件的螺栓连接，应采用高强度螺栓位移小、强度高、延性好9、若节点为栓焊混合连接，应先安装螺栓，再施焊三、高层建筑钢结构节点的类型梁——

柱梁柱节点柱——

柱柱柱节点梁——

梁梁梁节点柱——

基础柱脚节点支撑—

梁柱支撑节点钢梁—

钢砼剪力墙墙梁节点1、梁柱节点半刚性连接刚性连接铰接梁柱之间的转动刚度A、刚性连接全焊连接全栓连接栓焊连接工厂中采用，现场不宜采用适合现场安装现场采用，材料耗费多梁-柱全焊接刚性节点梁-柱栓焊混合连接刚性节点T型铸钢件角钢T型铸钢件和角钢可以在工厂力先焊在柱上，以减少现场工作量，但运输应注意全栓连接梁-柱T形件连接B、半刚性连接介于刚性和铰接之间，有较大的延性和吸能性能用于低烈度地震区，层数不多的钢框架梁-柱端板连接C、铰接连接梁可绕节点转动，节点不能传递弯矩M连接方法简单，施工方便当不考虑钢框架抵抗水平力时，可以考虑铰接梁-柱的柔性连接2、柱柱节点宽翼缘工字型矩型管截面A、柱截面热轧宽翼缘工字型截面焊接的工字型截面四块钢板通过焊接而成B、柱腹板、翼缘之间的焊接构造①焊接的工字型截面角焊缝，承受腹板、翼缘之间的竖向剪力②焊接的矩形管截面a、当不考虑抗震要求时部分熔透的“

V”

型熔透的“

U”

型转角处焊缝hf≥1/3t;hf≥14mm箱形柱角部组合焊缝（a）部分熔透焊缝；（b）全熔透焊缝C、柱接头做法①不考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，厚度大于10mm宽翼缘工字型矩型管截面设于柱翼缘两相对的翼缘上b、柱接头处采用部分焊透的单边“V”“J”型坡口

c、柱接头位置一般在梁上1.0-1.3m处，以方便施工部分焊透焊缝工形柱工地拼接②考虑抗震要求a、柱上下两段应设置耳板，方法同上b、柱接头位于塑性区范围以外

1/10L和2h(取大值）c、对于工字型截面，翼缘熔透坡口焊，承受弯矩M

腹板高强度螺栓，承受剪力Q

轴力由两者共同承担d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊箱形柱工地焊接③柱的变截面连接a、尽量不改变截面高度而改变翼缘厚度b、若改变截面高度，则做法如图c、变截面位置一般位于接头部位柱的变截面连接（1）柱的变截面连接（2）3、梁梁节点A、主梁的拼接拼接位置应在框架节点塑性区以外主梁的拼接形式B、主次梁的相互连接为防止受扭，宜采用铰接方法次梁与主梁的简支连接次梁高度较小时与主梁的连接次梁与主梁的刚性连接C、主梁的侧向隅撑为防止主梁塑性区侧向失稳，设置隅撑距离柱轴线1/8—1/10梁跨处设置设置在梁的下翼缘设置方法梁的侧向隅撑4、墙梁节点A、钢梁与砼墙的连接采用铰接，承受拉力和剪力钢梁与混凝土墙连接

钢梁与混凝土墙的简支连接B、钢梁与砼梁的连接钢梁与混凝土梁的连接多高层建筑钢结构楼板设计内容楼板设计的基本要求楼板的类型作法

每类楼板相关的内容特点

设计方法构造要求建筑使用受力一、楼板设计的基本要求A、承受和传递荷载(水平和竖向荷载)B、隔音的要求具体满足两个方面的要求刚度强度保证住宅私密性C、防火要求采取防火措施,保护钢梁和楼板D、防水要求楼面和屋面,均应进行防水处理E、管线敷设要求管线竖向水平一般敷设在楼板内二、楼板的分类做法不同现浇钢砼楼板预制钢砼楼板压型钢板砼楼板四类钢砼叠合楼板1、现浇钢砼楼板做法由钢筋与砼现场浇注而成，两者共同受力特点B、由支模、拆模、扎筋、浇灌、养护等工序构成，施工复杂、繁琐，且影响钢构件的吊装A、可以浇住成任意平面形状，整体刚度好应用一般很少用于高层建筑钢结构C、楼板与钢梁表面之间应加抗剪连接件（栓钉）2、预制钢砼楼板做法直接由工厂或现场预制，置于钢梁上，用细实混凝土浇灌槽口和板缝特点B、省去了支模、拆模、扎筋、浇灌、养护等复杂工序，但需吊装，且影响钢构件的吊装A、楼板整体刚度差，不能与钢梁一起共同工作应用在高层建筑钢结构中应用不多分类预制预应力钢砼楼板预制钢砼楼板3、钢砼叠合楼板做法把钢砼楼板分两层特点B、省去了支模、拆模、扎筋、浇灌、养护等复杂工序，但需吊装，且影响钢构件的吊装A、楼板整体刚度好，但不能与钢梁一起共同工作应用在高层建筑钢结构中应用不多上层：在下层预制板上完成现浇作业下层：较薄的预制板，吊装到钢梁上，起模板作用4、压型钢板砼板三、压型钢板砼楼板的做法、特点做法把压型钢板首先铺在钢梁上，并与梁翼缘焊接，然后在压型钢板上现浇砼或钢砼。砼与压型钢板之间、压型钢板与钢梁之间均有抗剪构造连接件纵向水平剪切粘结破坏

国产压型钢板板型国外板型组合板的组合方式压型钢板组合梁(a)肋平行于主钢梁(b)肋垂直于主钢梁压型钢板砼楼板特点施工设计从设计角度B、极限承载力大，达到30-50kN/m2A、组合后刚度大、延性好、抗震性能好C、楼板的刚度大，能有效地传递水平荷载D、楼板可作为钢梁的一部分，提高了钢梁的抗弯刚度和承载力（20-30%），增加了梁的侧向稳定E、合理利用材料，充分发挥其各自优势钢梁外露的组合梁从施工角度B、压型钢板一旦铺设，可作为工作平台A、压型钢板很轻，安装时方便、速度快C、浇灌砼可单独进行，与其它安装工序不打搅D、压型钢板的沟槽可以用来敷设管线E、不需要支模，大大方便了施工应用在高层建筑钢结构中应用非常普遍瑞金大厦，107m,地上29层，地下1层，上海，于1986年竣工10层以上采用压型钢板砼板，梁上抗剪栓钉：1Φ16@2302Φ16@230瑞金大厦北京，82.75m,地上26层，于1986年竣工京城大厦北京，地上25层，地下2层,94m，1987年建成长富宫中心北京，地上52层，地下3层,196m高，1990年建成京广中心中国，北京,153.55m，地下2层,地上39层中国国际贸易中心深圳,151m，地上40层，地下1层深圳发展中心大厦上海，地下1层，地上43层，143.62m上海静安希尔顿酒店上海，129.55m，地下2层,地上35层上海国际贸易中心四、压型钢板砼楼板的分类做法、受力不同非组合板组合板组合板B、压型钢板为使用阶段的受力钢板A、压型钢板为施工阶段的模板C、砼中不配钢筋B、组合板（压型钢板+素砼）在使用阶段的计算A、压型钢板在施工阶段的验算做法计算内容计算方法同普通钢砼非组合板做法A、压型钢板仅为施工阶段的模板B、使用阶段受力的部分为钢砼板B、钢砼板在使用阶段的计算A、压型钢板在施工阶段的验算计算内容应用最为普遍C、砼中配钢筋五、压型钢板计算（施工阶段）所受荷载施工荷载，包括人、设备和材料，大于1.5kN/m2湿的砼、压型钢板自重正应力剪应力腹板局部承载力折算应力计算内容刚度强度正应力计算σmax≤f剪应力计算τmax≤fv折算应力计算（σ/[σ]）2+（τ/[τ]）2≤1.0ABAB腹板局部承载力计算原因压型钢板较薄腹板可能受较大集中力或支座反力

腹板压跛

为避免压跛现象出现，根据欧洲所做的大量试验，以及我国现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》建议采用如下公式进行验算式中——支座反力；

——一块腹板的局部受压承载力设计值；

——钢材抗压强度设计值；

——系数，中间支座取0.12，端部支座取0.06；

——腹板厚度（mm）；

——支座处的支承长度100mm＜＜200mm,端部支座可取＝100mm；

——腹板倾角（45°＜＜90°）。

压型钢板刚度验算

（5）挠度验算压型钢板在施工阶段应进行挠度计算。当均布荷载作用时简支板双跨连续板

式中——板的挠度；

——单位宽度均布短期荷载值，取荷载标准值；

——压型钢板弹性模量；

——单位宽度均布压型钢板的惯性矩；

——板的容许挠度。根据我国近十年来的工程实验经验，对于应用于楼板中的压型钢板，其最大挠度不应超过跨度的1/200和20mm的较小值。六、组合板计算（使用阶段）所受荷载使用荷载砼、压型钢板自重横截面抗弯强度叠合面抗剪强度集中力作用下的抗冲切计算斜截面抗剪强度计算内容复杂，不介绍刚度强度横截面抗弯强度砼只考虑受压,不考虑受拉压型钢板考虑受拉、压拉、压材料同时达到设计值计算原则两种情形组合板正截面抗弯能力计算图情形1：中性轴位于压型钢板以外(1)当时塑性中和轴在压型钢板上翼缘以上混凝土内（如上图），组合板的抗弯刚度按下式计算式中——组合板受压区高度，当时，取；

——组合板的有效高度；

——压型钢板截面应力合力至混凝土受压区截面应力的合力的距离，取；

——压型钢板的波距；

——压型钢板波距内的截面面积；

——压型钢板的抗拉强度设计值。情形2：中性轴位于压型钢板以内

(2)当时塑性中和轴在压型钢板内（如上图），组合板的抗弯刚度按下式计算式中——塑性中和轴以上的压型钢板面积；

——压型钢板受拉区截面拉应力的合力的距离。斜面抗剪强度斜截面承载力计算组合板的斜截面受剪承载力应按下式计算式中——截面高度系数，；当mm时，取mm；当mm时，取mm；

——组合板斜截面上的最大剪力设计值；

——混凝土轴心抗拉强度设计值；

——组合板平均肋宽。集中力作用下的抗冲切计算抗冲切强度计算组合板在集中荷载作用下的抗冲切强度按下式计算式中——临界周边长度，如下图所示；

——混凝土最小浇注厚度；

——混凝土轴心抗拉强度设计值。临界周边长度刚度的计算fmax≤[f]两个简化组合板的等效惯性矩为开裂和不开裂的平均值将钢板根据弹模之比简化成砼七、抗剪栓钉的构造要求B、栓钉应设置在压型钢板的凹肋处穿透钢板，与压型钢板一起焊在钢梁上A、组合楼板的端部均应设置栓钉C、栓钉直径一般小于19mm板跨小于

3md=13mmord=16mm板跨3-6md=16mmord=19mm板跨大于6md=19mmD、栓钉间距应在每个凹肋处设置一个，栓钉间距S

梁轴线方向：S≥5d

垂直于梁轴线方向：S≥4d

距离钢梁翼缘边：S≥35mmE、栓钉顶面的砼保护层≥15mm

栓钉总高度大于压型钢板30mm钢与混凝土组合梁11.1组合梁的应用和发展

组合梁的应用开始于本世纪（20世纪）20年代，我国从50年代开始开展组合梁的研究和应用。最初主要用于桥梁结构，自80年代以来，由于在多层及高层建筑中更多地采用了钢结构，使得组合梁在建筑结构领域也得到了长足的发展。在设计方法方面，大约在60年代以前，组合梁基本上按弹性理论设计，60年代开始逐步转变为按塑性理论设计。

组合梁是钢梁和所支承的钢筋混凝土板通过抗剪连接件组合成一个整体而共同工作的梁。组合梁能更好地发挥钢和混凝土各自的材质特点，即充分发挥钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能。与单独工作的钢梁相比，组合梁的稳定性和抗扭性能均有提高，防锈和耐火性能也有所增强，可以节省钢20～40％，从而取得较大的经济效益。组合梁的整体刚度比钢梁单独工作时要大得多，挠度可减小1/3～1/2。如果保持挠度大小不变，则钢梁高度可减低15～20％，使建筑高度降低。现行《钢结构设计规范》新增加了下列主要内容：（１）连续组合梁负弯矩处的计算方法。（２）楼板为压型钢板组合板时组合梁的设计。（３）部份抗剪连接组合梁的设计。部份抗剪连接对梁的强度影响很小，只挠度增大，可节约连接件和施工费用。（４）组合梁的挠度计算（主要是考虑滑移效应的折减刚度的计算方法）。压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件与钢梁连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共同受力的组合梁结构。

组合梁的组成及其工作原理压型钢板组合梁通常由三部分组成，即：钢筋混凝土翼板、抗剪连接件、钢梁。

11.2一般规定（1）钢筋混凝土翼板——组合梁的受压翼缘；（2）抗剪连接件——混凝土翼板与钢梁共同工作的基础，主要用来承受翼板与钢梁接触面之间的纵向剪力；同时可承受翼板与钢梁之间的掀起力。（3）钢梁——在组合梁中主要承受拉力和剪力，钢梁的上翼缘用作混凝土翼板的支座并用来固定抗剪连接件，在组合梁受弯时，抵抗弯曲应力的作用远不及下翼缘，故钢梁宜设计成上翼缘截面小于下翼缘截面的不对称截面。

组合梁的工作原理1.组合梁混凝土翼板的形式组合梁混凝土翼板可用现浇混凝土板、混凝土叠合板或压型钢板混凝土组合板。混凝土叠合板翼板由预制板和现浇混凝土层组成，施工时可在混凝土预制板表面采取拉毛及设置抗剪钢筋等措施，以保证预制板和现浇混凝土层形成整体。压型钢板上现浇混凝土翼板并通过抗剪连接件与钢梁连接组合成整体后，钢梁与楼板成为共同受力的组合梁结构。

11.3

组合梁的截面形式和翼板的有效宽度

2.钢梁的形式钢梁的形式应根据组合梁跨度、荷载、施工条件等综合考虑。一般来说，采用上窄下宽的焊接工字形截面耗钢量较少。当荷载或跨度较小时，也可采用热轧H型钢或普通工字钢，或在其下面加一块盖板。当跨度较大而荷载相对较小的情况，可考虑采用H型钢的腹板切割为锯齿形，错开半齿焊合而成的蜂窝梁。它将H型钢高度提高约50％，有较好的经济效果，而空洞又便于铺设管线。

3.混凝土翼板的计算宽度计算组合梁时，将其截面视为T形截面，上部受压翼缘为混凝土板的一部份甚至全部。由于剪力滞后的影响，混凝土翼板内的压应力分布沿宽度方向是不均匀的，所谓计算宽度（即有效宽度）实质上是指以应力均匀分布为前提的当量宽度。规范取用的组合梁混凝土翼板有效宽度，系按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定采用的。

混凝土翼板的有效宽度取下式中的最小值：式中bc1、bc2——相邻钢梁间净距s0的1/2。

公式中最重要的是bc2值（有些情况bc1值与bc2值相等），世界各国或地区的规范，对bc2值的规定颇不一致，组合梁翼板的计算宽度与梁格尺寸、梁的位置（在楼盖外侧或中部）、荷载方式（均布或集中荷载）、简支单跨或连续等因素有关，只不过有些国家的规范忽略了某些因素，而其他规范又忽略另外一些因素而已。严格说来。楼盖边部无翼板时，其内侧的bc2应小于中部两侧有翼板bc2的；集中荷载作用时的bc2值应小于均布荷载作用的情况；连续梁的bc2值应小于简支梁的该值。

此外，各国规范对bc2的取值相差较大，与梁跨度l的关系从0.083l（美国，一侧有翼板）到0.2l（日本，简支组合梁）。与板厚有关与否也不尽统一。对于日本AIJ的规定，有试验证明，在低应力时是合适的，但在极限荷载情况下，有效宽度应予减小。总的来看，我国规范对翼板计算宽度的规定有些偏大。由于组合梁混凝土板与钢梁之间仅用连接件连结，不能考虑两者完全粘连,按理，其计算宽度应小于全混凝土的，但规范的规定与《混凝土结构设计规范》一致，似值得再加以研究。

混凝土翼板计算厚度的取值：（1）对现浇混凝土，取如图中的值；（2）对预制混凝土叠合板，当按《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定采取相应的构造措施后，可取为预制板加现浇层的厚度；（3）当采用压型钢板作混凝土底模时，若用薄弱截面的厚度将过于保守，参照试验结果和美国资料，翼板厚度可采用有肋处板的总厚度。1.组合梁截面的基本假定（1）组合梁截面变形符合平面假定；（2）钢梁与混凝土翼板之间的相互连接可靠，虽然有微小的相对位移，但可忽略不计；（3）钢材与混凝土均为理想的弹塑性体。（4）忽略钢筋混凝土翼板受压区中钢筋的作用；（5）假定剪力全部由钢梁承受，同时不考虑剪力对组合梁抗弯承载力的影响。11.4组合梁的截面设计

2.组合梁的截面设计组合梁的截面高度一般为跨度的1/15~1/16，为使钢梁的抗剪强度与组合梁的抗弯强度相协调，钢梁截面高度不宜小于组合梁截面总高度h的1/2.5。组合梁的截面计算有弹性分析法和塑性分析法两种，在20世纪50年代及以前，组合梁的抗弯强度主要按弹性理论计算。假定钢梁和混凝土均为弹性体，变形后截面保持平面，混凝土不能受拉，不考虑板托截面。计算时，将受压区混凝土截面除以n0，换算成钢截面。

弹性设计法假定钢和混凝土都是理想弹塑性体，因而截面始终保持平面，不能全面反映组合梁的实际工作。试验研究发现，弹性理论对弯曲刚度和截面开始屈服前的曲率能给出较准确的预测，但由于收缩、徐变和温度作用等的影响，截面开始屈服时的弯矩My却过高地估计了13％左右。组合梁开始屈服后的承载潜力较大，最后破坏的极限弯矩Mu比My大得多，若以极限弯矩为准，就显得弹性设计太保守。所以从60年代开始，各国对承受静态荷载和间接承受动态荷载的一般结构，均逐渐转为按简单塑性理论进行计算。组合梁的计算分两阶段——施工阶段和使用阶段。（1）施工阶段：钢梁承受混凝土和钢梁的自重以及施工活荷载，钢梁应计算强度、稳定性和刚度。（2）使用阶段：钢梁上的混凝土翼板已终凝形成组合梁承受在使用期间的荷载。应按钢与混凝土组合梁进行截面的强度、刚度及裂缝宽度计算。组合梁在正弯矩作用下的抗弯强度计算正弯矩作用下，组合梁的塑性中和轴可能位于钢筋混凝土翼板内，也可能位于钢梁截面内，计算时分两种情况考虑。（1）当塑性中和轴位于混凝土受压翼板内，即Af

bcehcfc时：

（2）当塑性中和轴位于钢梁截面内即Af>bcehcfc时:

组合梁在负弯矩作用下的抗弯强度计算

对连续组合梁，在负弯矩作用下极限状态的一般特征为：负弯矩区混凝土翼板受拉开裂后退出工作，同时混凝土板中的纵向受拉钢筋达到或超过屈服应变，钢梁的拉区和压区大部分也达到或超过屈服应变，其受力状态类似钢筋混凝土梁。我国规范规定可以采用塑性理论计算抗弯承载力，并在计算中假定钢梁与混凝土翼板有可靠连接，能保证钢筋应力的充分发挥，忽略混凝土抗拉强度的贡献。

规范规定组合梁在负弯矩作用区段拉力全部由翼板内配置的纵向钢筋承受，梁的抗弯强度应满足下式的要求：

Ms=(S1+S2)f

在负弯矩作用下，组合梁的混凝土翼板还应进行最大裂缝宽度计算。因为连续组合梁负弯矩区混凝土翼板的工作状态很接近于钢筋混凝土轴心受拉构件，故最大裂缝宽度的计算可参照《混凝土结构设计规范》进行。在验算混凝土裂缝时，可仅按荷载的标准组合进行计算，因为在荷载标准组合下计算裂缝的公式中已考虑了荷载长期作用的影响。

连续组合梁由于混凝土开裂的影响，正负弯矩区抗弯刚度有较大差异，相对于大部分单一材料的梁或钢筋混凝土连续梁，其弯矩重分布的程度较高，且在正常使用极限状态弯矩重分布就有很大发展。因此，计算混凝土翼板中纵向钢筋时，应当考虑弯矩重分布的影响。由荷载效应标准组合计算的负弯矩区钢筋应力可以按下式计算：由纵向钢筋与钢梁形成的钢截面的惯性矩

Mk—由荷载效应标准组合计算的截面负弯矩：

Mse—由荷载效应标准组合按弹性方法计算得到的连续组合梁支座负弯矩值（按等截面计算）：

a—连续组合梁支座负弯矩调幅系数：

r—钢筋截面重心至钢筋和钢梁形成的组合截面塑性中和轴的距离。钢筋与钢梁的力比，

f=Astfst/Af11.5部分抗剪连接的组合梁设计

钢-混凝土组合梁的混凝土板与钢梁之所以能形成整体共同工作，关键是由于抗剪连接件传递二者之间的剪力。规范规定，抗剪连接件应以控制截面间的区段分段进行布置，控制截面一般取弯矩最大截面及零弯矩截面。在每个正弯矩计算区段（剪跨）内，钢梁与混凝土板交界面的纵向剪力Vs取（Af）和（behc1fc）中的较小值。在负弯矩区段，Vs等于钢筋屈服时所能提供的纵向拉力Astfst。

因此，完全抗剪连接所需要的抗剪连接件数目为：当剪力连接件的设置受构造等原因影响不能全部配置，即剪跨内的实际抗剪连接件数目nr<nf，不足以承受组合梁上最大弯矩点和邻近零弯矩点之间的剪跨区段内总的纵向水平剪力时，可采用部分抗剪连接设计法。国内外研究成果表明，在承载力和变形都能满足要求时，采用部分抗剪连接组合梁是可行的。

在承载力和变形许可的条件下，采用部分抗剪连接可以减少连接件用量，降低造价并方便施工。对采用压型钢板混凝土组合板为翼板的组合梁，由于受板肋几何尺寸的限制，栓钉布置的数量有限，有时也不得不采用部分抗剪连接的设计方法。由于梁的跨度愈大对连接件柔性性能要求愈高，所以用这种方法设计的组合梁其跨度不宜超过20m。

对于单跨简支梁，部分抗剪连接的抗弯强度计算方法是根据简化塑性理论按下列假定确定的：（1）在所计算截面左右两个剪跨内，取连接件承载力设计值之和nr

的较小者作为混凝土翼板中的剪力；（2）梁与混凝土翼板间产生相对滑移，以至混凝土翼板与钢梁有各自的中和轴。

部分抗剪连接时，混凝土翼板受压区高度由抗剪连接件能够提供的最大剪力所确定:——部分抗剪连接时一个剪跨区的抗剪连接件数目；

——每个抗剪连接件的纵向抗剪承载力。钢梁受压区面积为：

A——钢梁截面面积。

部分抗剪连接时组合梁截面抗弯承载力为：

y1——钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区形心的距离；

y2——钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区形心的距离。部分抗剪连接组合梁在负弯矩作用区段的抗弯强度，按nr

和Astfst

两者中的较小值计算。计算略偏保守，以补偿混凝土的抗拉作用、钢筋的强化作用以及构造钢筋的作