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文档简介

1、钢 结 构,普通高等学校土建学科专业“十一五”规划教材,下册 房屋钢结构设计,陈绍蕃 主编,中国建筑工业出版社 2003年8月,第4章 多层及高层房屋结构,第4章 多层及高层房屋结构,多、高层房屋结构的组成 楼盖的布置方案和设计 柱和支撑的设计 多高层房屋结构的分析和设计计算,主要内容:,重点:,多高层房屋结构的类别和布置方案 楼盖、柱和支撑的布置和设计方法,第4章 多层及高层房屋结构,4.1 多、高层房屋结构的组成,特点:侧向荷载效应的影响突出-风荷载、地震作用 分类:按抵抗侧向荷载作用的功效分-框架结构、框剪 结构、筒体结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,结构类型,第4章 多层及高层房

2、屋结构,框架结构的特点 框剪结构的特点 筒体结构的特点,4.1.1 多高层房屋结构的类别,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,侧向位移模式,侧向位移模式,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,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),适用高度(JGJ99-98 依据地震设防烈度划分),第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,芯筒体系(悬挂结构),芯筒体系,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,支撑框筒体系,支撑框筒体系,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,非抗

3、震设防的多层房屋房屋形式(12层),多层房屋的抗侧力结构,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,抗震设防的多高层钢结构房屋形式 中心支撑体系(不超过12层),中心支撑体系,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.1 多高层房屋结构的类别,抗震设防的多高层钢结构房屋形式 偏心支撑体系,偏心支撑体系,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2 结构布置提要,几何尺寸示意,平面形式,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2 结构布置提要,平面尺寸,L、l、l、B的限值,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2 结构布置提要,平面不规则结构 偏心率,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2

4、结构布置提要,结构竖向布置 高宽比,高宽比的限值,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2 结构布置提要,竖向不规则结构,立面收进,第4章 多层及高层房屋结构,4.1.2 结构布置提要,基础 设地下室 埋深 地下室形式 过渡层,第4章 多层及高层房屋结构,4.2 楼盖的布置方案和设计,楼盖结构作用 方案选择要求,4.2.1 楼盖布置原则和方案,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.1 楼盖布置原则和方案,框架布置方案,楼盖结构组成 楼板 梁系,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.1 楼盖布置原则和方案,斜向主梁,梁系布置的其他要求 间距 空间体系 长细比 抗倾覆要求,第4章 多层及高层房屋结构,4

5、.2.1 楼盖布置原则和方案,腹板开圆孔的构造要求,腹板开洞要求,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.1 楼盖布置原则和方案,主次梁连接,主次梁连接:平接连接,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,压型钢板组合楼盖,布置方式,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,栓钉受剪承载力设计值 栓钉受剪承载力折减 梁负弯矩区 有压型钢板时,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,(压型钢板肋与钢梁平行时),(压型钢板肋与钢梁垂直时),承载力设计值应折减的栓钉布置,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,压型钢板与

6、混凝土的连接,水平剪力的传递形式,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,x x轴,组合楼板的设计 楼板分类:组合板和非组合板 承受的荷载:施工阶段荷载和使用阶段荷载 挠曲效应 施工阶段 验算内容 荷载 验算方法,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,使用阶段 非组合板,作模板使用 组合板:验算内容;荷载;验算方法,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,承载力验算的力学模型 单向弯曲板 双向弯曲板 内容:正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力和斜截面抗剪承载力,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,正截面抗弯

7、承载力验算 塑性中和轴在压型钢板顶面以上,塑性中和轴在压型钢板顶面以上,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,正截面抗弯承载力验算 塑性中和轴在压型钢板截面内,塑性中和轴在压型钢板截面内,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,抗冲剪承载力验算,剪力临界周界,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,斜截面抗剪承载力验算(一个波距),第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,承受局部荷载 有效工作宽度bef,集中荷载分布的有效宽度,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,承受局部荷载 有

8、效工作宽度bef,抗弯计算时,抗剪计算时,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁混凝土翼板的有效宽度,组合梁设计 翼板的计算厚度: h0或 hc,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁设计 翼板的有效宽度,bce= b0+bc1+bc2,组合梁混凝土翼板的有效宽度,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,弹性分析:将受压混凝土翼板折算成钢材 荷载标准组合 beq=bce E 荷载准永久组合 beq=bce (2E),组合梁弹性分析的换算截面,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,正截面抗弯

9、承载力计算的基本假定 纵向钢筋和钢梁 受拉侧的混凝土 受压侧的混凝土,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,钢梁板件的局部失稳要求,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁的正截面受弯承载力验算 正弯矩作用时,塑性中和轴在混凝土翼板内:,塑性中和轴在混凝土翼板内,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁的正截面受弯承载力验算 正弯矩作用时,塑性中和轴在钢梁截面内:,塑性中和轴在钢梁截面内,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁的正截面受弯承载力验算 负弯矩作用时: MMp+Asfsy(

10、y3+y4 /2),负弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁的受剪承载力验算:全部剪力由钢梁腹板承受 Vhwtwfv,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁栓钉连接件验算 剪跨区,组合梁剪跨区段划分,第4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁栓钉连接件验算 栓钉连接件总数n n=V/Nvc 正弯矩区剪跨段(图中剪跨段1,2和5) V=Af (塑性中和轴位于混凝土翼板内) V=bcehcfcm (塑性中和轴位于钢梁截面内) 负弯矩区剪跨段(图中剪跨段3和4) V=Asfsy,第

11、4章 多层及高层房屋结构,4.2.2 压型钢板组合楼盖设计,组合梁栓钉连接件验算 栓钉分布,集中力作用时栓钉连接件的布置,第4章 多层及高层房屋结构,4.3 柱和支撑的设计,柱截面形式 板件宽厚比,4.3.1 框架柱设计概要,框架柱板件宽厚比,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.1 框架柱设计概要,板件宽厚比,框架柱板件宽厚比,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.1 框架柱设计概要,长细比 多层(12层)框架柱在68度设防时不应大于120,9度设防时不应大于100。 高层(12层)框架柱在设防烈度为6,7为120,8度为80,9度为60。,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.1 框架柱设计概要

12、,强柱弱梁计算 Wpc(fycN/Ac)Wpbfyb JGJ99-98不验算的条件 N0.6Acf GB50011规定不验算的条件(三者之一) 柱所在楼层的受剪承载力比上一层高出25%; N0.4Ac f ; 地震力加大一倍后组合的柱轴力下,柱作为轴心受压构件能保证稳定性,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.1 框架柱设计概要,节点域的稳定性 twc(h0b+h0c)/90 (Mb1+Mb2) /VP(4/3)fv/RE 纯框架柱的计算长度 有侧移时 无侧移时,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.2 柱与梁的连接,连接形式:多为刚性连接,梁与柱的刚性连接,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.2

13、 柱与梁的连接,梁柱连接的地震裂缝,梁柱连接的地震裂缝,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.2 柱与梁的连接,改进形式 骨式连接 梁端部加腋 悬臂梁段,改进的节点构造,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.2 柱与梁的连接,半刚性连接 端板高强螺栓连接方式 上、下角钢和高强螺栓方式,梁和柱的半刚性连接,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.3 水平支撑布置,支撑类型 横向水平支撑 纵向水平支撑 作用 临时水平支撑 永久水平支撑 形式:平面桁架,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.3 水平支撑布置,水平支撑布置,水平支撑布置,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,构成:贯通整个建筑物

14、高度的平面桁架形式 分类 竖向中心支撑 竖向偏心支撑 布置 一部分柱间布置 横向或纵横两向布置 可沿外墙布置,也可沿内墙布置,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,中心支撑 形式,中心支撑类型,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,中心支撑 长细比 非抗震设防结构:受拉杆件300,受压杆件150 抗震设防结构,中心支撑杆件长细比限值,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,板件宽厚比: 6度抗震设防和非抗震设防:按钢结构设计规范GB50017 抗震设防结构:,中心支撑杆件长细比限值,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,截面形式 P

15、-效应的附加效应 附加弯曲效应 人字形和V形支撑:楼面垂直荷载 弹性压缩变形的附加压应力,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,支撑斜杆验算,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,中心支撑节点构造,中心支撑节点构造,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,偏心支撑 形式 特征 长细比 板件宽厚比 至少一端与耗能梁段连接 耗能梁段的局部稳定要求,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,偏心支撑框架,偏心支撑框架,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,耗能梁段的局部稳定性 翼缘板宽厚比 腹板高厚比,第4章 多层及高层房屋结

16、构,4.3.4 竖向支撑设计,耗能梁段的塑性受剪承载力Vp Vp =0.58fy h0 tw 塑性受弯承载力Mp Mp =Wpfy 受轴向力时的全塑性受弯承载力Mpc Mpc=Wp(fyN),当N 0.15fy时,取N=0,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,耗能梁段的塑性受剪承载力Vp 当N 0.15Af时: VVl/RE Vl=0.58Awfay或Vl=Mlp/a的较小值 当N 0.15Af时: VVlc/RE Vlc为以下两式的较小值:,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,耗能梁段分类 剪切屈服型 弯曲屈服型 宜设计成剪切屈服型,第4章 多层及高层房屋

17、结构,4.3.4 竖向支撑设计,多遇地震下耗能梁段的强度校核 腹板强度 翼缘强度,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,偏心支撑斜杆的承载力计算,第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,强柱弱梁 Mc=min(2VpMc,com Vlb,2MpcMc,com Mlb) Nc=min(2VpNc,com Vlb,2MpcNc,com Mlb),第4章 多层及高层房屋结构,4.3.4 竖向支撑设计,偏心支撑构造,偏心支撑构造,第4章 多层及高层房屋结构,4.4 多高层房屋结构的分析和设计计算,竖向荷载 风荷载 地震荷载 抗震设防类别 抗震设计目标 抗震设防原则,4.4

18、.1 荷载,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.1 荷载,弹性设计谱,弹性设计谱,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.1 荷载,计算方法 底部剪力法 振型分解反应谱法 竖向地震作用 时程分析法,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,计算模型的建立 计算原则 计算模型 注意要点,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,静力分析方法 矩阵位移法 位移相等原则,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,多、高层框架近似分析方法 分层法:竖向荷载作用的平面框架,分层法示意图,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,多、高层框架近似分析方法 D值法:水平荷载作用 反弯点法 改进反弯点法(D值法),第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,稳定分析方法 一阶弹性分析方法:计算长度法 二阶弹性分析方法:放大系数法 M=Mb+2Ms,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.2 结构分析,地震作用分析方法 基本原则 第一阶段抗震设计计算方法 底部剪力法 振型分解反应谱法 时程分析法 第二阶段抗震设计计算方法 时程分析法 静力弹塑性方法,第4章 多层及高层房屋结构,4.4.3 结构设计,地震

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