同济大学 高层建筑第7章 7.1 钢结构-1

1、第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计高层钢结构建筑设计高层钢结构建筑设计 高层建筑结构设计高层建筑结构设计第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计高层钢结构建筑设计高层钢结构建筑设计1 1、结构体系、结构体系2 2、适用高度及高宽比限值、适用高度及高宽比限值3 3、结构布置、结构布置4 4、结构内力计算、结构内力计算5 5、内力调整、内力调整6 6、钢框架构件设计及验算、钢框架构件设计及验算第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计1 1 . . 结构体系结构体系 多高层钢结构体系分多高层钢结构体系分类类第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式

2、结构设计1 1）. . 框架体系框架体系 框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构体系。这框架体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构体系。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件节点的强度与延性类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件节点的强度与延性.根据受力变形特征，钢框架梁、柱连接可分为三类。根据受力变形特征，钢框架梁、柱连接可分为三类。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计2 2）. . 钢框架钢框架- -支撑体系支撑体系 框架框架支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系置

3、一定数量的支撑所形成的结构体系. 在框架在框架支撑体系中，支撑体系中，框架框架是是剪切型结构剪切型结构，底部层间位移大，底部层间位移大，支支撑架撑架为为弯曲型结构弯曲型结构，底部层间位移小，两者并联，可以明显减小建，底部层间位移小，两者并联，可以明显减小建筑物下部的层间位移筑物下部的层间位移.第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计1 1、中心支撑、中心支撑 指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆指斜杆、横梁及柱汇交于一点的支撑体系，或两根斜杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时均无偏心距。 中心支

4、撑类型中心支撑类型(a)x(a)x形支撑；形支撑；(b)(b)单斜支撑；单斜支撑；(c)(c)人字形支撑；人字形支撑；(d)K(d)K形支撑；形支撑；(e)V(e)V形支撑形支撑第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计l 地震作用时中心支撑的破坏特点：地震作用时中心支撑的破坏特点： 在强烈地震的反复作用下，受压易发生屈曲，反向荷载作用在强烈地震的反复作用下，受压易发生屈曲，反向荷载作用下受压屈曲的支撑斜杆不能完全拉直，而另一方向的斜杆又可能下受压屈曲的支撑斜杆不能完全拉直，而另一方向的斜杆又可能受压屈曲，致使支撑框架的刚度和承载力降低。受压屈曲，致使支撑框架的刚度和承载力降低。l

5、 对于地震区建筑，不得采用对于地震区建筑，不得采用K形中心支撑（形中心支撑（K形支撑斜杆的尖点形支撑斜杆的尖点与柱相交，受拉杆屈服和受压杆屈服会使柱产生较大的侧向变形，可能与柱相交，受拉杆屈服和受压杆屈服会使柱产生较大的侧向变形，可能引起柱的压屈甚至整个结构的倒塌，所以抗震设计时不宜采用引起柱的压屈甚至整个结构的倒塌，所以抗震设计时不宜采用）l 具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的。力分布是有效的。l 主要用于抗风结构；抗震设计时不超过主要用于抗风结构；抗震设计时不超过12层的钢结构房屋；层的钢结构房屋；第七

6、章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计2 2、偏心支撑、偏心支撑 是指支撑斜杆的两端，是指支撑斜杆的两端，至少有一端与梁相交至少有一端与梁相交(不在柱节点处不在柱节点处)，另一端可在梁与柱交点处连接；或偏离另一根支撑斜杆一段长度另一端可在梁与柱交点处连接；或偏离另一根支撑斜杆一段长度与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段；或在与梁连接，并在支撑斜杆杆端与柱子之间构成一耗能梁段；或在两柱支撑斜杆之间两柱支撑斜杆之间构成一耗能梁段构成一耗能梁段的支撑。的支撑。 偏心支撑类型偏心支撑类型(a)(a)门梁式门梁式1 1；(b)(b)门梁式门梁式2 2；(c)(c)单斜杆式；单斜

7、杆式；(d)(d)人字形式；人字形式；(c)V(c)V字形式字形式第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计l 采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁( (耗能梁段耗能梁段) )的先的先后屈服顺序，即在罕遇地震时，耗能梁段在支撑失稳之前就进入后屈服顺序，即在罕遇地震时，耗能梁段在支撑失稳之前就进入弹塑性阶段利用非弹性变形进行耗能，从而保护支撑斜杆不屈曲弹塑性阶段利用非弹性变形进行耗能，从而保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。或屈曲在后。l 偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适用于高烈度偏心支撑与中心支撑相比具有较大的延性，它是适用于高烈度

8、地区的一种新型支撑体系。地区的一种新型支撑体系。l 抗震设计时超过抗震设计时超过1212层的钢结构房屋宜采用偏心支撑框架。层的钢结构房屋宜采用偏心支撑框架。 用钢板剪力墙代替钢支撑，墙板与框架梁焊接和螺栓连接，镶用钢板剪力墙代替钢支撑，墙板与框架梁焊接和螺栓连接，镶嵌在框架内，构成钢框架嵌在框架内，构成钢框架剪力墙板体系。与现浇混凝土剪力剪力墙板体系。与现浇混凝土剪力墙相比，钢板墙的刚度较小，与钢框架的刚度较匹配；钢板墙不墙相比，钢板墙的刚度较小，与钢框架的刚度较匹配；钢板墙不考虑其承担的竖向荷载，仅考虑承担的水平剪力。考虑其承担的竖向荷载，仅考虑承担的水平剪力。 第七章第七章 其他建筑形式结

9、构设计其他建筑形式结构设计3 3）. . 筒体体系筒体体系 1 1、框筒体系、框筒体系 当建筑的高度较高时，可采用密柱深梁方式构成框筒结构当建筑的高度较高时，可采用密柱深梁方式构成框筒结构第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计2 2、束筒体系、束筒体系 在框筒垂直于水平力的翼缘的宽度过大时，由于剪力滞后效应，在框筒垂直于水平力的翼缘的宽度过大时，由于剪力滞后效应，筒体的整体抗弯能力将较大地减弱，筒体效果显著降低。筒体的整体抗弯能力将较大地减弱，筒体效果显著降低。 将一个大框筒分割成若干个小框筒，构成框筒束结构。将一个大框筒分割成若干个小框筒，构成框筒束结构。 由于小框筒翼缘的宽

10、度减小，剪力滞后效应大大降低，筒体的整由于小框筒翼缘的宽度减小，剪力滞后效应大大降低，筒体的整体抗侧刚度将大大提高体抗侧刚度将大大提高.第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计3 3、筒中筒体系、筒中筒体系 在框筒结构内部，利用建筑中心部位电梯竖井的可封闭性，将其在框筒结构内部，利用建筑中心部位电梯竖井的可封闭性，将其周围的一般框架改成密柱内框筒，或采用混凝土芯筒，可构成筒周围的一般框架改成密柱内框筒，或采用混凝土芯筒，可构成筒中筒结构。中筒结构。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计4 4）. . 巨型结构体系巨型结构体系 巨型框架结构巨型框架结构巨型斜杆巨型柱

11、 巨型支撑结构巨型支撑结构第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计2 2、适用高度及高宽比限值、适用高度及高宽比限值钢结构房屋适用的最大高度结构类型6、7度（0.10g）7度（0.15g）8度9度（0.20g） （0.30g）（0.40g）框架结构11090907050框架-中心支撑220200180150120框架-偏心支撑240220200180160筒体和巨型桁架300280260240180第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计钢结构民用房屋适用的最大高宽比烈度6、789最大高宽比6.56.05.5钢结构房屋的抗震等级房屋高度烈度6789 50m一四三二

12、50m四三二一第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计3 3、结构布置、结构布置 钢结构高层建筑结构的结构总体布置原则和抗震概念设计与混钢结构高层建筑结构的结构总体布置原则和抗震概念设计与混凝土高层建筑相同。凝土高层建筑相同。结构布置的其它要求结构布置的其它要求1 1、支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖、支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于的长宽比不宜大于3 3。2.2.支撑斜杆及剪力墙板应沿竖向连续布置，以使结构的刚度、承支撑斜杆及剪力墙板应沿竖向连续布置，以使结构的刚度、承载力连续均匀。载力连续均匀。3.3.超过超过121

13、2层的钢结构房屋应设置地下室时，框架层的钢结构房屋应设置地下室时，框架- -支撑结构中竖向支撑结构中竖向连续布置的支撑应延伸至基础；钢框架柱应至少延伸至地下一层，连续布置的支撑应延伸至基础；钢框架柱应至少延伸至地下一层，其竖向荷载应直接传至基础。其竖向荷载应直接传至基础。 4 4、钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组、钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板，楼板应与钢梁可靠连接。合楼板，楼板应与钢梁可靠连接。 不超过不超过1212层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，层的钢结构，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；

14、但应将楼板预埋件与钢梁也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖；但应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。 对于超过对于超过1212层的钢结构房屋，必要时可设置水平支撑。层的钢结构房屋，必要时可设置水平支撑。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计4 4、结构计算、结构计算 高层钢结构在水平荷载作用下的内力和位移的弹性计算，其力高层钢结构在水平荷载作用下的内力和位移的弹性计算，其力学模型、数学方法等与其他结构类似或相同，不再赘述，但需注学模型、数学方法等与其他结构类似或相同，不再赘述，但需注意以下几点：意以下几点：1. 1. 阻尼比

15、阻尼比多遇地震下的计算，高度不大于多遇地震下的计算，高度不大于50m50m时可取时可取0.040.04；高度大于；高度大于50m50m且小于且小于200m200m时，可取时，可取0.030.03；高度不小于；高度不小于200m200m时，宜取时，宜取0.020.02。当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆当偏心支撑框架部分承担的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的力矩的5050时，其阻尼比可相应增加时，其阻尼比可相应增加0.0050.005。在罕遇地震下的弹塑性分析，阻尼比可取在罕遇地震下的弹塑性分析，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

16、震下的地震总水平剪力时，可取估算多遇地震下的地震总水平剪力时，可取T T1 1=0.1n =0.1n (n(n地面以上的层数，不包括出屋面的电梯间、水箱等地面以上的层数，不包括出屋面的电梯间、水箱等) )。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计3.3.梁柱节点域剪切变形对侧移的影响梁柱节点域剪切变形对侧移的影响 对对工字形截面柱工字形截面柱，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影，宜计入梁柱节点域剪切变形对结构侧移的影响响将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析。将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析。 对对箱形柱框架、中心支撑框架箱形柱框架、中心支撑框架和不超过和不超过

17、50m50m的钢结构，其层间的钢结构，其层间位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线位移计算可不计入梁柱节点域剪切变形的影响，近似按框架轴线进行分析。进行分析。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计4. 4. 现浇混凝土楼板的影响现浇混凝土楼板的影响考虑现浇楼板与钢梁共同工作，对现浇楼盖考虑现浇楼板与钢梁共同工作，对现浇楼盖, ,中框架取中框架取I=1.5II=1.5I0 0，边框架取边框架取I=1.2II=1.2I0 0；I I0 0为钢梁的截面惯性矩。为钢梁的截面惯性矩。大震的弹塑性变形是不考虑楼板对钢梁刚度的增大作用。大震的弹塑性变形是不考虑楼板对钢梁刚度

18、的增大作用。简支梁及框架梁的跨中截面，可考虑现浇楼板对受弯承载力的简支梁及框架梁的跨中截面，可考虑现浇楼板对受弯承载力的增大作用。增大作用。5. P-5. P-效应效应高层钢结构宜计入重力二阶效应高层钢结构宜计入重力二阶效应考虑重力荷载产生的附加弯考虑重力荷载产生的附加弯矩和对侧移的增大作用。矩和对侧移的增大作用。当满足下式要求时，必须计入当满足下式要求时，必须计入P-P-效应效应 0.1VhPVP 计算楼层以上全部水平力之和；计算楼层以上全部水平力之和；计算楼层以上全部竖向力之和。计算楼层以上全部竖向力之和。第七章第七章 其他建筑形式结构设计其他建筑形式结构设计6. 6. 支撑斜杆的处理支撑斜杆的处理 钢框架钢框架支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计