同濟(jì)大學(xué)高層建筑第7章71鋼結(jié)構(gòu)1

1、第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì) 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)高層鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)1 1、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)體系2 2、適用高度及高寬比限值適用高度及高寬比限值3 3、結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置4 4、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算5 5、內(nèi)力調(diào)整內(nèi)力調(diào)整6 6、鋼框架構(gòu)件設(shè)計(jì)及驗(yàn)算鋼框架構(gòu)件設(shè)計(jì)及驗(yàn)算第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 . 1 . 結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系 多高層鋼結(jié)構(gòu)體系分多高層鋼結(jié)構(gòu)體系分類類第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1

2、 1）. . 框架體系框架體系 框架體系是沿房屋縱橫方向由多榀平面框架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。這框架體系是沿房屋縱橫方向由多榀平面框架構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。這類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性類結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力主要決定于梁柱構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度與延性.根據(jù)受力變形特征，鋼框架梁、柱連接可分為三類。根據(jù)受力變形特征，鋼框架梁、柱連接可分為三類。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2）. . 鋼框架鋼框架- -支撐體系支撐體系 框架框架支撐體系是在框架體系中沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向均勻布支撐體系是在框架體系中沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個(gè)方向均勻布置一定數(shù)量的支撐所形成的結(jié)構(gòu)體系置一定數(shù)量的

3、支撐所形成的結(jié)構(gòu)體系. 在框架在框架支撐體系中，支撐體系中，框架框架是是剪切型結(jié)構(gòu)剪切型結(jié)構(gòu)，底部層間位移大，底部層間位移大，支支撐架撐架為為彎曲型結(jié)構(gòu)彎曲型結(jié)構(gòu)，底部層間位移小，兩者并聯(lián)，可以明顯減小建，底部層間位移小，兩者并聯(lián)，可以明顯減小建筑物下部的層間位移筑物下部的層間位移.第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1 1、中心支撐、中心支撐 指斜桿、橫梁及柱匯交于一點(diǎn)的支撐體系，或兩根斜桿與橫桿指斜桿、橫梁及柱匯交于一點(diǎn)的支撐體系，或兩根斜桿與橫桿匯交于一點(diǎn)，也可與柱子匯交于一點(diǎn)，但匯交時(shí)均無(wú)偏心距。匯交于一點(diǎn)，也可與柱子匯交于一點(diǎn)，但匯交時(shí)均無(wú)偏心距。 中心支撐類型中心

4、支撐類型(a)x(a)x形支撐形支撐；(b)(b)單斜支撐；單斜支撐；(c)(c)人字形支撐；人字形支撐；(d)K(d)K形支撐；形支撐；(e)V(e)V形支撐形支撐第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l 地震作用時(shí)中心支撐的破壞特點(diǎn)：地震作用時(shí)中心支撐的破壞特點(diǎn)： 在強(qiáng)烈地震的反復(fù)作用下，受壓易發(fā)生屈曲，反向荷載作用在強(qiáng)烈地震的反復(fù)作用下，受壓易發(fā)生屈曲，反向荷載作用下受壓屈曲的支撐斜桿不能完全拉直，而另一方向的斜桿又可下受壓屈曲的支撐斜桿不能完全拉直，而另一方向的斜桿又可能受壓屈曲，致使支撐框架的剛度和承載力降低。能受壓屈曲，致使支撐框架的剛度和承載力降低。l 對(duì)于地震區(qū)

5、建筑，不得采用對(duì)于地震區(qū)建筑，不得采用K形中心支撐形中心支撐（K形支撐斜桿的尖點(diǎn)形支撐斜桿的尖點(diǎn)與柱相交，受拉桿屈服和受壓桿屈服會(huì)使柱產(chǎn)生較大的側(cè)向變形，可與柱相交，受拉桿屈服和受壓桿屈服會(huì)使柱產(chǎn)生較大的側(cè)向變形，可能引起柱的壓屈甚至整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，所以抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜采用能引起柱的壓屈甚至整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，所以抗震設(shè)計(jì)時(shí)不宜采用）l 具有較大的側(cè)向剛度，對(duì)減小結(jié)構(gòu)的水平位移和改善結(jié)構(gòu)的內(nèi)具有較大的側(cè)向剛度，對(duì)減小結(jié)構(gòu)的水平位移和改善結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布是有效的。力分布是有效的。l 主要用于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)時(shí)不超過(guò)主要用于抗風(fēng)結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)時(shí)不超過(guò)12層的鋼結(jié)構(gòu)房屋；層的鋼結(jié)構(gòu)房屋；第七章第七章 其他

6、建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2、偏偏心支撐心支撐 是指支撐斜桿的兩端，是指支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁相交至少有一端與梁相交(不在柱節(jié)點(diǎn)處不在柱節(jié)點(diǎn)處)，另一端可在梁與柱交點(diǎn)處連接；或偏離另一根支撐斜桿一段長(zhǎng)度另一端可在梁與柱交點(diǎn)處連接；或偏離另一根支撐斜桿一段長(zhǎng)度與梁連接，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構(gòu)成一耗能梁段；或在與梁連接，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構(gòu)成一耗能梁段；或在兩柱支撐斜桿之間兩柱支撐斜桿之間構(gòu)成一耗能梁段構(gòu)成一耗能梁段的支撐。的支撐。 偏心支撐類型偏心支撐類型(a)(a)門(mén)梁式門(mén)梁式1 1；(b)(b)門(mén)梁式門(mén)梁式2 2；(c)(c)單斜桿式；單斜桿式；(d)(d

7、)人字形式；人字形式；(c)V(c)V字形式字形式第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)l 采用偏心支撐的主要目的是改變支撐斜桿與梁采用偏心支撐的主要目的是改變支撐斜桿與梁( (耗能梁段耗能梁段) )的先的先后屈服順序，即在罕遇地震時(shí)，耗能梁段在支撐失穩(wěn)之前就進(jìn)后屈服順序，即在罕遇地震時(shí)，耗能梁段在支撐失穩(wěn)之前就進(jìn)入彈塑性階段利用非彈性變形進(jìn)行耗能，從而保護(hù)支撐斜桿不入彈塑性階段利用非彈性變形進(jìn)行耗能，從而保護(hù)支撐斜桿不屈曲或屈曲在后。屈曲或屈曲在后。l 偏心支撐與中心支撐相比具有較大的延性，它是適用于高烈度偏心支撐與中心支撐相比具有較大的延性，它是適用于高烈度地區(qū)的一種新型支

8、撐體系。地區(qū)的一種新型支撐體系。l 抗震設(shè)計(jì)時(shí)超過(guò)抗震設(shè)計(jì)時(shí)超過(guò)1212層的鋼結(jié)構(gòu)房屋宜采用偏心支撐框架。層的鋼結(jié)構(gòu)房屋宜采用偏心支撐框架。 用鋼板剪力墻代替鋼支撐，墻板與框架梁焊接和螺栓連接，鑲用鋼板剪力墻代替鋼支撐，墻板與框架梁焊接和螺栓連接，鑲嵌在框架內(nèi)，構(gòu)成鋼框架嵌在框架內(nèi)，構(gòu)成鋼框架剪力墻板體系。與現(xiàn)澆混凝土剪力剪力墻板體系。與現(xiàn)澆混凝土剪力墻相比，鋼板墻的剛度較小，與鋼框架的剛度較匹配；鋼板墻不墻相比，鋼板墻的剛度較小，與鋼框架的剛度較匹配；鋼板墻不考慮其承擔(dān)的豎向荷載，僅考慮承擔(dān)的水平剪力?？紤]其承擔(dān)的豎向荷載，僅考慮承擔(dān)的水平剪力。 第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形

9、式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 3）. . 筒體體系筒體體系 1 1、框筒體系、框筒體系 當(dāng)建筑的高度較高時(shí)，可采用密柱深梁方式構(gòu)成框筒結(jié)構(gòu)當(dāng)建筑的高度較高時(shí)，可采用密柱深梁方式構(gòu)成框筒結(jié)構(gòu)第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2、束筒體系、束筒體系 在框筒垂直于水平力的翼緣的寬度過(guò)大時(shí)，由于剪力滯后效應(yīng)，在框筒垂直于水平力的翼緣的寬度過(guò)大時(shí)，由于剪力滯后效應(yīng)，筒體的整體抗彎能力將較大地減弱，筒體效果顯著降低。筒體的整體抗彎能力將較大地減弱，筒體效果顯著降低。 將一個(gè)大框筒分割成若干個(gè)小框筒，構(gòu)成框筒束結(jié)構(gòu)。將一個(gè)大框筒分割成若干個(gè)小框筒，構(gòu)成框筒束結(jié)構(gòu)。 由于小框筒翼緣的寬度減小，剪力滯后

10、效應(yīng)大大降低，筒體的整由于小框筒翼緣的寬度減小，剪力滯后效應(yīng)大大降低，筒體的整體抗側(cè)剛度將大大提高體抗側(cè)剛度將大大提高.第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 3、筒中筒體系、筒中筒體系 在框筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部，利用建筑中心部位電梯豎井的可封閉性，將其在框筒結(jié)構(gòu)內(nèi)部，利用建筑中心部位電梯豎井的可封閉性，將其周圍的一般框架改成密柱內(nèi)框筒，或采用混凝土芯筒，可構(gòu)成筒周圍的一般框架改成密柱內(nèi)框筒，或采用混凝土芯筒，可構(gòu)成筒中筒結(jié)構(gòu)中筒結(jié)構(gòu)。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 4）. . 巨型結(jié)構(gòu)體系巨型結(jié)構(gòu)體系 巨型框架結(jié)構(gòu)巨型框架結(jié)構(gòu)巨 型 斜 桿巨 型 柱 巨型支

11、撐結(jié)構(gòu)巨型支撐結(jié)構(gòu)第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 2、適用高度及高寬比限值適用高度及高寬比限值鋼結(jié)構(gòu)房屋適用的最大高度結(jié)構(gòu)類型6、7度（0.10g）7度（0.15g）8度9度（0.20g） （0.30g）（0.40g）框架結(jié)構(gòu)11090907050框架-中心支撐220200180150120框架-偏心支撐240220200180160筒體和巨型桁架300280260240180第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)民用房屋適用的最大高寬比烈度6、789最大高寬比6.56.05.5鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震等級(jí)房屋高度烈度6789 50m一四三二 50m四三

12、二一第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3 3、結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)布置 鋼結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)總體布置原則和抗震概念設(shè)計(jì)與混鋼結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)總體布置原則和抗震概念設(shè)計(jì)與混凝土高層建筑相同。凝土高層建筑相同。結(jié)構(gòu)布置的其它要求結(jié)構(gòu)布置的其它要求1 1、支撐框架在兩個(gè)方向的布置均宜基本對(duì)稱，支撐框架之間樓蓋、支撐框架在兩個(gè)方向的布置均宜基本對(duì)稱，支撐框架之間樓蓋的長(zhǎng)寬比不宜大于的長(zhǎng)寬比不宜大于3 3。2.2.支撐斜桿及剪力墻板應(yīng)沿豎向連續(xù)布置，以使結(jié)構(gòu)的剛度、承支撐斜桿及剪力墻板應(yīng)沿豎向連續(xù)布置，以使結(jié)構(gòu)的剛度、承載力連續(xù)均勻。載力連續(xù)均勻。3.3.超過(guò)超過(guò)1212層的鋼結(jié)構(gòu)

13、房屋應(yīng)層的鋼結(jié)構(gòu)房屋應(yīng)設(shè)置地下室時(shí)，框架設(shè)置地下室時(shí)，框架- -支撐結(jié)構(gòu)中豎向支撐結(jié)構(gòu)中豎向連續(xù)布置的支撐應(yīng)延伸至基礎(chǔ)；鋼框架柱應(yīng)至少延伸至地下一層，連續(xù)布置的支撐應(yīng)延伸至基礎(chǔ)；鋼框架柱應(yīng)至少延伸至地下一層，其豎向荷載應(yīng)直接傳至基礎(chǔ)。其豎向荷載應(yīng)直接傳至基礎(chǔ)。 4 4、鋼結(jié)構(gòu)的樓蓋鋼結(jié)構(gòu)的樓蓋宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或宜采用壓型鋼板現(xiàn)澆鋼筋混凝土組合樓板或非組非組合樓板，樓板應(yīng)與鋼梁可靠連接。合樓板，樓板應(yīng)與鋼梁可靠連接。 不超過(guò)不超過(guò)1212層層的鋼結(jié)構(gòu)，尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，的鋼結(jié)構(gòu)，尚可采用裝配整體式鋼筋混凝土樓板，也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋；但應(yīng)將樓板預(yù)埋

14、件與鋼梁也可采用裝配式樓板或其他輕型樓蓋；但應(yīng)將樓板預(yù)埋件與鋼梁焊接，或采取其他保證樓蓋整體性的措施。焊接，或采取其他保證樓蓋整體性的措施。 對(duì)于超過(guò)對(duì)于超過(guò)1212層的鋼結(jié)構(gòu)房屋，必要時(shí)可設(shè)置水平支撐。層的鋼結(jié)構(gòu)房屋，必要時(shí)可設(shè)置水平支撐。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4 4、結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)計(jì)算 高層鋼結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的高層鋼結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下的內(nèi)力和位移的彈性計(jì)算，其力內(nèi)力和位移的彈性計(jì)算，其力學(xué)模型、數(shù)學(xué)方法等與其他結(jié)構(gòu)類似或相同，不再贅述，但需注學(xué)模型、數(shù)學(xué)方法等與其他結(jié)構(gòu)類似或相同，不再贅述，但需注意以下幾點(diǎn)：意以下幾點(diǎn)：1. 1. 阻尼比阻尼比多遇地震下

15、的計(jì)算，高度不大于多遇地震下的計(jì)算，高度不大于50m50m時(shí)可取時(shí)可取0.040.04；高度大于；高度大于50m50m且小于且小于200m200m時(shí)，可取時(shí)，可取0.030.03；高度不小于；高度不小于200m200m時(shí)，宜取時(shí)，宜取0.020.02。當(dāng)偏心支撐框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆當(dāng)偏心支撐框架部分承擔(dān)的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的力矩的5050時(shí)，其阻尼比可相應(yīng)增加時(shí)，其阻尼比可相應(yīng)增加0.0050.005。在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取在罕遇地震下的彈塑性分析，阻尼比可取0.050.05。2. 2. 基本自振周期基本自振周期 估算多遇地震下的地震總水平

16、剪力時(shí)，可取估算多遇地震下的地震總水平剪力時(shí)，可取T T1 1=0.1n =0.1n (n(n地面以上的層數(shù)，不包括出屋面的電梯間、水箱等地面以上的層數(shù)，不包括出屋面的電梯間、水箱等) )。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.梁柱梁柱節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)域域剪切變形剪切變形對(duì)側(cè)移對(duì)側(cè)移的影響的影響 對(duì)對(duì)工字形截面柱工字形截面柱，宜計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影，宜計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)移的影響響將梁柱節(jié)點(diǎn)域當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。將梁柱節(jié)點(diǎn)域當(dāng)作一個(gè)單獨(dú)的單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 對(duì)對(duì)箱形柱框架、中心支撐框架箱形柱框架、中心支撐框架和不超過(guò)和不超過(guò)50m50m的鋼

17、結(jié)構(gòu)，其層間的鋼結(jié)構(gòu)，其層間位移計(jì)算可不計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形的影響，近似按框架軸線位移計(jì)算可不計(jì)入梁柱節(jié)點(diǎn)域剪切變形的影響，近似按框架軸線進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4. 4. 現(xiàn)澆混凝土樓板的影響現(xiàn)澆混凝土樓板的影響考慮現(xiàn)澆樓板與鋼梁共同工作，對(duì)現(xiàn)澆樓蓋考慮現(xiàn)澆樓板與鋼梁共同工作，對(duì)現(xiàn)澆樓蓋, ,中框架取中框架取I=1.5II=1.5I0 0，邊框架取邊框架取I=1.2II=1.2I0 0；I I0 0為鋼梁的截面慣性矩。為鋼梁的截面慣性矩。大震的彈塑性變形是不考慮樓板對(duì)鋼梁剛度的增大作用。大震的彈塑性變形是不考慮樓板對(duì)鋼梁剛度的增大作用。簡(jiǎn)支

18、梁及框架梁的跨中截面，可考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)受彎承載力的簡(jiǎn)支梁及框架梁的跨中截面，可考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)受彎承載力的增大作用。增大作用。5. 5. P-P-效應(yīng)效應(yīng)高層鋼結(jié)構(gòu)宜計(jì)入重力二階效應(yīng)高層鋼結(jié)構(gòu)宜計(jì)入重力二階效應(yīng)考慮重力荷載產(chǎn)生的附加彎考慮重力荷載產(chǎn)生的附加彎矩和對(duì)側(cè)移的增大作用。矩和對(duì)側(cè)移的增大作用。當(dāng)滿足當(dāng)滿足下式下式要求時(shí)，必須計(jì)入要求時(shí)，必須計(jì)入P-P-效應(yīng)效應(yīng) 0.1VhPVP 計(jì)算樓層以上全部水平力之和；計(jì)算樓層以上全部水平力之和；計(jì)算樓層以上全部豎向力之和。計(jì)算樓層以上全部豎向力之和。第七章第七章 其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)其他建筑形式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)6. 6. 支撐支撐斜桿斜桿的處理的處理 鋼框架鋼框架支撐結(jié)構(gòu)的斜桿可按端部鉸接桿計(jì)