房屋建筑钢结构设计-41

第4章多层及高层房屋结构4.1多、高层房屋结构的组成4.2楼盖的布置方案和设计4.3柱和支撑的设计4.4多、高层房屋结构的分析和设计计算建筑面积13.1万m2楼层数量69层建筑高度381m南京：紫峰大厦核心筒+型钢混凝土柱框架+伸臂桁架建筑面积45.3万m2楼层数量66层/60层建筑高度281.1m苏州：东方之门核心筒+钢骨混凝土框架+伸臂桁架建筑面积38万m2楼层数量101层建筑高度492m上海：环球金融中心核心筒+巨柱框架+巨型斜撑+伸臂桁架80层及以上61-79层42层及以下钢管混凝土柱框架+剪力墙核心筒+伸臂桁架建筑面积30万m2楼层数量92层/地下4层建筑高度438m结构高度388m天津：富力大厦建筑面积10.7万m2楼层数量60层/地下3层建筑高度273m福州：世茂国际中心钢与混凝土混合框架+核心筒+伸臂桁架天津丽苑钢结构住宅8主要优点:重量轻抗震性能好施工周期短工业化程度高环保效果好多层钢结构住宅的开发和建造已得到重视。9

日本国土处于太平洋地区地震带中，特别重视居住者的生命和财产安全，追求住宅良好的抗震性。到20世纪90年代末，日本预制装配住宅中木结构占18%，混凝土结构占11%，钢结构占71%，其新建的1～4层建筑，大都采用了钢结构。

美国是最早采用钢框架结构建造住宅的国家和地区之一，越来越多的房屋开发商转而经营钢结构住宅。1965年轻钢结构在美国仅占建筑市场15％，1990年上升到53％，而1993年上升到68％，到2000年已经上升到75％。

在澳大利亚，钢框架住宅占全部住宅数量的30％，到2000年，这个比例达到50％。

英国、德国、法国，意大利，芬兰等国都有本国成熟的钢结构住宅体系，钢结构住宅占有较大的市场份额。

背景：（1）建筑物的英年早逝浙江在线宁波2011年3月31日讯(记者李利徐晓)400公斤炸药8秒“解决”高楼，宁波两座大楼今晨被爆破拆除。今天早上5点30分，随着宁波市江东区区长孙黎明一声令下，位于该市中心地段三江口附近的两座高楼——21层的雅戈尔滨江大厦和11层的宁波银行金融大厦瞬间在电光火石和雷鸣声中轰然倒地。这幢楼龄仅19年，曾是宁波的地标性建筑，又宣布其悲壮地“英年早逝”，同时，一声爆炸还生产出约5万吨污染环境的建筑垃圾……。建筑名称建成时间拆除时间楼龄建筑特点包头金融大厦19882011.122曾是包头的地标性建筑，地上13层，楼高48。北京凯莱酒店19902010.820曾是北京第一批涉外四星级酒店，京城的地标性建筑，地上16层，高60m南昌五湖大酒店19972010.213曾是南昌的地标性建筑，四星级酒店，地上22层，高85.7m沈阳夏宫19942009.215曾是亚洲跨度最大的拱体建筑，曾入选沈阳十大景观、辽宁省五十景观，沈阳的地标性建筑之一。无锡市第一人民医院综合楼20002008.48曾是无锡的高标准医院建筑，地上22层，高98m沈阳五里河体育场19892007.218曾见证了中国男足挺进世界杯决赛圈的历史时刻青岛铁道大厦19912007.116曾是青岛的地标性建筑之一，带上22层，高73m浙江大学湖滨校区教学主楼19912007.116曾是杭州西湖周边最高的建筑，地上20层，高67m青岛大酒店19862006.1020曾是山东省的地标性建筑，主楼地上19层，高61m重庆永川市渝西会展中心20002005.85曾是永川市行政接待中心，城市的地标性建筑，地上16层，高56m在我国，建筑能耗占据了全社会总能耗的30%左右，与工业能耗和交通能耗并称我国三大“耗能大户”，同时，随着国家城市化进程的不断推进，建筑面积不断增加；目前，中国是世界上年新建建筑量最大的国家，每年20亿平方米新建面积消耗了全世界40%的水泥和钢材。而就在这一片造楼热土上，“短命建筑”层出不穷，拆四星盖五星，未完工又推平。欧美建筑平均寿命是80年以上，相比之下，我国建筑平均寿命却只有30年。不及国标最低使用年限的60%。（2）节能减排是国策我国创造了两项世界第一：在消耗了全球最多的水泥和钢材的同时，也生产出全球最多的建筑垃圾——每年高达4亿吨，建筑垃圾数量已占到垃圾总量的30％～40％。我国著名的中国工程院院士、清华大学陈肇元教授不无担忧地说：“‘短命建筑’的后果相当严重，不仅造成社会资源的极大浪费，更对人类生存环境构成威胁。英国《金融时报》指出：“中国可能已经成为全球最大的建筑浪费国”。（2）节能减排是国策（3）钢材产量稳居世界第一：物质基础我国曾经是一个严重缺钢的国家。50～60岁左右的人大概都记得，1958年全民大炼钢铁，那时口号是“节约用钢、以木代钢”。现今中国的钢产量已经接近7亿吨，建筑技术政策也从“限制用钢、节约用钢”过渡到“合理用钢、鼓励用钢”。中国钢产量：世界都在关注中国钢铁工业“难以置信的产量”。2011年近7亿多吨，连续第15年钢产量居世界第一位，建筑钢结构所用的各类板材、型材、线材及钢管的年产能力有大幅度的增长，基本能满足建设的需求。

2011年我国的钢产量比日本、美国等排名在第2～10名国家的总和还要多，占到了全世界钢产量的45.5%，我国已是真正的钢铁大国。我国钢结构建筑的发展已奠定了强大的基础。我国建筑钢结构企业的总产值约为1200亿元左右，浙江省钢结构企业的总产值就已接近600亿元。2011年4月11日，中国钢结构30强揭晓：浙江共有12家企业上榜，占40%，其中前10名有5家，占50%。钢结构优质工程最高荣誉——中国钢结构金奖：浙江共44项，占40.4%；

杭州萧山被授予“中国建筑钢结构产业基地”

北京奥运会新建场馆中钢结构工程，浙江占41.7%；上海世博会、广州亚运会、现代化高铁建设……都作出了巨大的贡献。浙江省钢结构行业发展现状天津丽苑钢结构住宅

天津丽苑钢结构住宅青岛即墨钢结构住宅莱钢开发的青岛钢结构住宅武汉世纪家园包头万郡大都城4.1多、高层房屋结构的组成4.1.1多、高层房屋结构的类别4.1.2结构布置提要本节内容结构类型常见类型：框架结构、支撑结构、框剪结构、筒体结构框架结构

最早用于高层建筑，现多用于6层以下多层建筑；梁柱采用刚性连接；柱距6-9m；优点:平面布置较灵活，刚度分布均匀，延性较大，自振周期较长，对地震作用不敏感；制作安装方便，施工速度快；缺点：侧向刚度差，适用于多层，采用刚接节点；2526框剪结构、框-支撑结构

钢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：

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

地震作用下，双重设防，两道防线；用于地震区时，具有双重设防的优点可用于不超过40～60层的高层建筑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

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）结构及受力特点：1）内部设置剪力墙式的内筒，与其他竖向构件

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（竖直方向）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。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32西尔斯大厦

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。36单纯采用框架结构或斜撑(或剪力墙)体系；1）框架体系：

未必所有的梁柱都刚性连接2）斜撑体系：

少数柱之间设斜撑（梁柱连接可做成铰接）少数柱参与抗侧力体系；梁柱刚性连接构造复杂，应该尽量少用；抗侧力体系也可混合使用。多层：中心支撑；高层：偏心支撑楼盖梁柱支撑墙板多层多跨框架的组成多层结构房屋多层房屋的抗侧力结构4.1.2

结构布置提要多层房屋应首选由光滑曲线构成的凸平面形式；(为了减少风压作用)尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；(以减小在风荷载作用下的扭转振动，a，舒适度)避免以狭长形作平面形式；(因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象)框筒结构采用矩形平面形式时，应控制其平面长宽比小于1.5；（不满足时，宜采用束筒结构）需抗震设防时平面尺寸关系应符合要求。≤0.5

B'

/

Bmax

大洞口宽度比

≥1

≤1.5

l'/

Bmax

l/

b

凹凸部分的长宽比

需抗震设防时平面尺寸关系≤4

≤5

L/

Bmax

L/B

平面的长宽比

抗侧力构件设置部位

抗侧力构件布置状况→水平荷载下出现扭转?1)抗侧力刚度中心应和水平合力线尽量接近；

2)度量抗侧力构件布置状况的力学参量:

偏心率任一层的偏心率大于0.15时，称为平面不规则结构。平面不规则结构任一层的偏心率大于0.15时；结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的尺度，超过该方向建筑总尺寸的25％；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％；抗水平力构件既不平行又不对称于侧力体系的两个互相垂直的主轴。防震逢设置问题防震逢设置不当而导致高层建筑在地震时相互碰撞的破坏后果是严重的；高层建筑在发生地震时具有很大的侧向位移，防震缝的合理设置是困难的；因此高层建筑一般不宜设置防震缝；地震区的多高层建筑，应当建立精细的力学模型，作较精确的地震分析，并采取相应的措施提高其薄弱部位和构件的抗震能力。结构竖向布置使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接近重合；各层的刚度中心应接近在同一竖直线上；要强调建筑开间、进深的尽量统一；多高层房屋的横向刚度、风振加速度还和其高宽比有关，其限值为：设防烈度6，789最大高宽比6.56.05.5竖向布置的不规则结构

楼层刚度小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层总的刚度降低超过50%相邻楼层质量之比超过1.5立面收进尺寸的