鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計4_1

1、第 4 章 多層及高層房屋結(jié)構(gòu)4.1 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成4.2 樓蓋的布置方案和設(shè)計4.3 柱和支撐的設(shè)計4.4 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的分析 和設(shè)計計算多、高層鋼結(jié)構(gòu)的認識n多層和高層房屋建筑之間無嚴格的界線；n大致可以12層(高度約40m)為界； n世界高層建筑委員會1972年建議，將高層建筑劃分為以下四類：H第一類：第一類：9 16層，高度不超過層，高度不超過50m;H第二類：第二類：17 25層，高度不超過層，高度不超過75m;H第三類：第三類：26 40層，高度不超過層，高度不超過100m;H第四類：第四類：40層以上，高度層以上，高度100m以上。以上。3我國我國民用建筑設(shè)計通則民用

2、建筑設(shè)計通則 (JGJ 37 ) 、高層民用建筑設(shè)高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范計防火規(guī)范(GB 50045)中規(guī)定：中規(guī)定：n住宅建筑住宅建筑10層及層及10層以上為高層建筑；層以上為高層建筑；n除住宅建筑之外的民用建筑高度超過除住宅建筑之外的民用建筑高度超過24m者為高層建筑者為高層建筑(不包括建筑高度超過不包括建筑高度超過24m的單層公共建筑的單層公共建筑)。我國我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 33 )中規(guī)定：中規(guī)定：n10層及層及10層以上和總高度超過層以上和總高度超過28m的民用建筑為高層建的民用建筑為高層建筑。筑。建筑高度超過建筑高度超過100m的建筑均

3、為超高層建筑。的建筑均為超高層建筑。注：注：建筑高度從建筑高度從室外地面至檐口或屋面面層的高度室外地面至檐口或屋面面層的高度計算，屋計算，屋頂上的水箱間、電梯機房、排煙機房和樓梯出口小間等設(shè)備頂上的水箱間、電梯機房、排煙機房和樓梯出口小間等設(shè)備用房不計入建筑高度內(nèi)。用房不計入建筑高度內(nèi)。4n主要優(yōu)點主要優(yōu)點: :重量輕重量輕抗震性能好抗震性能好施工周期短施工周期短工業(yè)化程度高工業(yè)化程度高環(huán)保效果好環(huán)保效果好多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)和建造已得到重視多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)和建造已得到重視。5p 日本國土處于太平洋地區(qū)地震帶中，特別重視居日本國土處于太平洋地區(qū)地震帶中，特別重視居住者的生命和財產(chǎn)安全，追求

4、住宅良好的抗震性。到住者的生命和財產(chǎn)安全，追求住宅良好的抗震性。到20世紀世紀90 年代末，日本預(yù)制裝配住宅中木結(jié)構(gòu)占年代末，日本預(yù)制裝配住宅中木結(jié)構(gòu)占18%，混凝土結(jié)構(gòu)占，混凝土結(jié)構(gòu)占11%，鋼結(jié)構(gòu)占，鋼結(jié)構(gòu)占71%，其新，其新建的建的14 層建筑，大都采用了鋼結(jié)構(gòu)。層建筑，大都采用了鋼結(jié)構(gòu)。p 美國是最早采用鋼框架結(jié)構(gòu)建造住宅的國家和地區(qū)之一，美國是最早采用鋼框架結(jié)構(gòu)建造住宅的國家和地區(qū)之一，越來越多的房屋開發(fā)商轉(zhuǎn)而經(jīng)營鋼結(jié)構(gòu)住宅。越來越多的房屋開發(fā)商轉(zhuǎn)而經(jīng)營鋼結(jié)構(gòu)住宅。1965年輕鋼結(jié)年輕鋼結(jié)構(gòu)在美國僅占建筑市場構(gòu)在美國僅占建筑市場15，1990 年上升到年上升到53，而，而1993 年

5、上升到年上升到68，到，到2000 年已經(jīng)上升到年已經(jīng)上升到75。p 在澳大利亞，鋼框架住宅占全部住宅數(shù)量的在澳大利亞，鋼框架住宅占全部住宅數(shù)量的30，到，到2000 年，這個比例達到年，這個比例達到50。p 英國、德國、法國，意大利，芬蘭等國都有本國成熟的鋼英國、德國、法國，意大利，芬蘭等國都有本國成熟的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，鋼結(jié)構(gòu)住宅占有較大的市場份額。結(jié)構(gòu)住宅體系，鋼結(jié)構(gòu)住宅占有較大的市場份額。天津麗苑鋼結(jié)構(gòu)住宅天津麗苑鋼結(jié)構(gòu)住宅天津麗苑鋼結(jié)構(gòu)住宅天津麗苑鋼結(jié)構(gòu)住宅青島即墨鋼結(jié)構(gòu)住宅青島即墨鋼結(jié)構(gòu)住宅萊鋼開發(fā)的青島鋼結(jié)構(gòu)住宅萊鋼開發(fā)的青島鋼結(jié)構(gòu)住宅4.1 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成4.1.1 多、

6、高層房屋結(jié)構(gòu)的類別4.1.2 結(jié)構(gòu)布置提要本節(jié)內(nèi)容結(jié)構(gòu)類型n常見類型：常見類型：框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)、框剪框剪結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)筒體結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu) 最早用于高層建筑，現(xiàn)多用于最早用于高層建筑，現(xiàn)多用于6 6層以下多層建筑；層以下多層建筑；柱距柱距宜控制在宜控制在6 69m9m范圍內(nèi)范圍內(nèi)次梁間距次梁間距一般以一般以3 34m4m為宜為宜 優(yōu)點優(yōu)點: :平面布置較靈活，剛度分布均勻，延性較平面布置較靈活，剛度分布均勻，延性較大，自振周期較長，對地震作用不敏感；大，自振周期較長，對地震作用不敏感；缺點：缺點：側(cè)向剛度差，適用于多層，采用剛接節(jié)點；側(cè)向剛度差，適用于多層，采用剛接節(jié)點；1

7、112框剪結(jié)構(gòu) v 框架結(jié)構(gòu)上設(shè)置適當?shù)闹位蚣袅σ嗫啥呓栽O(shè)置亦可二者皆設(shè)置n側(cè)向位移模式：側(cè)向位移模式： 純框架結(jié)構(gòu)純框架結(jié)構(gòu)： 剪切變形模式剪切變形模式 抗剪結(jié)構(gòu)抗剪結(jié)構(gòu)： 彎曲變形模式彎曲變形模式 二者組合（框剪結(jié)構(gòu)）二者組合（框剪結(jié)構(gòu)）： 顯著減少了純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移顯著減少了純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移 n地震作用下，雙重設(shè)防，兩道防線；地震作用下，雙重設(shè)防，兩道防線；n用于地震區(qū)時，具有雙重設(shè)防的優(yōu)點用于地震區(qū)時，具有雙重設(shè)防的優(yōu)點n可用于不超過可用于不超過40406060層的高層建筑層的高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的特點鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu): :需采取構(gòu)造措施需采取構(gòu)造措施鋼板結(jié)構(gòu)鋼板

8、結(jié)構(gòu)(8(89mm9mm厚鋼板厚鋼板) ) 研究表明，研究表明，在側(cè)向剛度相同時，鋼板剪在側(cè)向剛度相同時，鋼板剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)力墻的框剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)用鋼量少。用鋼量少。剪力墻：剪力墻：框筒結(jié)構(gòu) v框筒結(jié)構(gòu)是筒體結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)布置（筒中筒）框筒結(jié)構(gòu)是筒體結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)布置（筒中筒）v適用的建筑高度可超過適用的建筑高度可超過9090層（因橫向剛度較大）層（因橫向剛度較大）結(jié)構(gòu)及受力特點：結(jié)構(gòu)及受力特點：內(nèi)部設(shè)置剪力墻式的內(nèi)部設(shè)置剪力墻式的內(nèi)筒內(nèi)筒，與其他豎向構(gòu)件，與其他豎向構(gòu)件 主要承受豎向荷載主要承受豎向荷載；外筒體外筒體采用密排框架柱和各層樓蓋處的深梁剛采用密排框架柱和各層樓蓋處的

9、深梁剛 接，接，形成一個懸臂筒形成一個懸臂筒（豎直方向）以承受側(cè)向（豎直方向）以承受側(cè)向 荷載；荷載；同時設(shè)置剛性樓面結(jié)構(gòu)作為同時設(shè)置剛性樓面結(jié)構(gòu)作為框筒的橫隔框筒的橫隔。束筒結(jié)構(gòu) u 由各筒體之間共用筒壁的一束筒狀結(jié)由各筒體之間共用筒壁的一束筒狀結(jié) 構(gòu)組成構(gòu)組成( (減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)) )u 可較靈活地組成平面形式可較靈活地組成平面形式鋼筋混凝土筒體鋼筋混凝土筒體( (常作為內(nèi)筒出現(xiàn)常作為內(nèi)筒出現(xiàn)) )u 可將各筒體在不同的高度中止可將各筒體在不同的高度中止密柱深梁的鋼結(jié)構(gòu)筒體密柱深梁的鋼結(jié)構(gòu)筒體筒體筒體18西西爾爾斯斯大大廈廈 結(jié)構(gòu)種類 結(jié)構(gòu)體系 非抗震

10、設(shè)防抗震設(shè)防烈度鋼結(jié)構(gòu) 框架-支撐（剪力墻板）各類筒體 110 260 360 110 220 300 90 200 260 50 140 180 鋼框架-混凝土剪力墻220 180 100 70 有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu) 220 180 15070 6, 789框架鋼框架-混凝土核心筒鋼框筒-混凝土核心筒鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的適用高度（m） 芯筒體系亦稱懸掛結(jié)構(gòu)；亦稱懸掛結(jié)構(gòu)；打破了密柱深梁對建筑設(shè)計的打破了密柱深梁對建筑設(shè)計的桎梏；桎梏；實現(xiàn)優(yōu)勢互補實現(xiàn)優(yōu)勢互補（充分發(fā)揮鋼結(jié)（充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉強度高和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗拉強度高和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能好的優(yōu)勢）；構(gòu)抗壓性能好

11、的優(yōu)勢）；通常設(shè)置一些稱為通常設(shè)置一些稱為帽桁架帽桁架和和腰腰桁架桁架的水平桁架。的水平桁架。支撐框筒結(jié)構(gòu)或桁架筒體結(jié)構(gòu) 支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng)覆蓋了整覆蓋了整個建筑物表面；個建筑物表面；是較框筒結(jié)構(gòu)更為是較框筒結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的優(yōu)越的抗側(cè)力體系抗側(cè)力體系。22v 單純采用單純采用框架結(jié)構(gòu)或斜撐框架結(jié)構(gòu)或斜撐( (或或剪力墻剪力墻) )體系；體系；1 1）框架體系：）框架體系： 未必所有的梁柱都剛性連接未必所有的梁柱都剛性連接2 2）斜撐體系：）斜撐體系： 少數(shù)柱之間設(shè)斜撐少數(shù)柱之間設(shè)斜撐（梁柱連接可做成鉸接）（梁柱連接可做成鉸接）v 少數(shù)柱參與抗側(cè)力體系；少數(shù)柱參與抗側(cè)力體系；v 梁柱梁柱剛性連接剛性

12、連接構(gòu)造復(fù)雜，應(yīng)構(gòu)造復(fù)雜，應(yīng) 該盡量該盡量少用少用；v 抗側(cè)力體系也可混合使用。抗側(cè)力體系也可混合使用。v 多層：中心支撐；高層：偏多層：中心支撐；高層：偏心支撐心支撐樓蓋梁柱支撐墻板多層多跨框架的組成多層結(jié)構(gòu)房屋多層結(jié)構(gòu)房屋多層房屋的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)多層房屋的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)4.1.2 結(jié)構(gòu)布置提要v多層房屋應(yīng)首選由光滑曲線構(gòu)成的平面形式；多層房屋應(yīng)首選由光滑曲線構(gòu)成的平面形式；( (為了減少風(fēng)壓作用為了減少風(fēng)壓作用) )v盡可能地采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式；盡可能地采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式；( (以減小在風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動，以減小在風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動，a a，舒適度，舒適度) )

13、v避免以狹長形作平面形式；避免以狹長形作平面形式；( (因風(fēng)荷載作用會產(chǎn)生嚴重的剪切滯后現(xiàn)象因風(fēng)荷載作用會產(chǎn)生嚴重的剪切滯后現(xiàn)象) )v框筒結(jié)構(gòu)采用矩形平面形式時，應(yīng)控制其平面框筒結(jié)構(gòu)采用矩形平面形式時，應(yīng)控制其平面長寬比小于長寬比小于1.51.5；（不滿足時，宜采用束筒結(jié)構(gòu)）（不滿足時，宜采用束筒結(jié)構(gòu)）v需抗震設(shè)防時平面尺寸關(guān)系應(yīng)符合要求。需抗震設(shè)防時平面尺寸關(guān)系應(yīng)符合要求。 0.5 B / / Bmax 大洞口寬度比大洞口寬度比 1 1.5 l / / Bmax l / / b 凹凸部分的長寬比凹凸部分的長寬比 需抗震設(shè)防時平面尺寸關(guān)系4 5 L / / Bmax L/ /B 平面的長寬比

14、平面的長寬比 抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)置部位 v抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況水平荷載下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)水平荷載下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)? ? 1) 1)抗側(cè)力剛度中心應(yīng)和水平合力線盡量接近；抗側(cè)力剛度中心應(yīng)和水平合力線盡量接近； 2)2)度量抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況的力學(xué)參量度量抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況的力學(xué)參量: : 偏心率偏心率任一層的偏心率大于任一層的偏心率大于0.150.15時，時，稱為稱為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)任一層的任一層的偏心率偏心率大于大于0.150.15時；時；結(jié)構(gòu)平面形狀有結(jié)構(gòu)平面形狀有凹角凹角，凹角的伸出部分在一個方，凹角的伸出部分在一個方向的尺度，超過該方向建筑總尺寸的向的尺度，超過該

15、方向建筑總尺寸的2525；樓面不連續(xù)或樓面不連續(xù)或剛度突變剛度突變，包括開洞面積超過該層，包括開洞面積超過該層總面積的總面積的5050；抗水平力構(gòu)件既抗水平力構(gòu)件既不平行又不對稱不平行又不對稱于側(cè)力體系的兩于側(cè)力體系的兩個互相垂直的主軸。個互相垂直的主軸。防震逢設(shè)置問題v防震逢設(shè)置不當防震逢設(shè)置不當而導(dǎo)致高層建筑在地震時相互碰而導(dǎo)致高層建筑在地震時相互碰撞的破壞后果是嚴重的；撞的破壞后果是嚴重的；v高層建筑在發(fā)生地震時高層建筑在發(fā)生地震時具有很大的側(cè)向位移，防具有很大的側(cè)向位移，防震縫的合理設(shè)置是困難的；震縫的合理設(shè)置是困難的；v因此高層建筑因此高層建筑一般不宜設(shè)置防震縫；一般不宜設(shè)置防震縫；

16、v地震區(qū)的多高層建筑，應(yīng)當?shù)卣饏^(qū)的多高層建筑，應(yīng)當建立精細的力學(xué)模型，建立精細的力學(xué)模型，作較精確的地震分析作較精確的地震分析，并采取相應(yīng)的措施，并采取相應(yīng)的措施提高其提高其薄弱部位和構(gòu)件的抗震能力薄弱部位和構(gòu)件的抗震能力。結(jié)構(gòu)豎向布置n使結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力剛度中心與水平合力中心接使結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力剛度中心與水平合力中心接近重合；近重合；n各層的剛度中心應(yīng)接近在同一豎直線上；各層的剛度中心應(yīng)接近在同一豎直線上；n要強調(diào)建筑開間、進深的盡量統(tǒng)一；要強調(diào)建筑開間、進深的盡量統(tǒng)一；n多高層房屋的橫向剛度、風(fēng)振加速度還和其高寬多高層房屋的橫向剛度、風(fēng)振加速度還和其高寬比有關(guān)，其比有關(guān)，其限值限值為：為：

17、設(shè)防烈度設(shè)防烈度6 6， 7 78 89 9最大高寬比最大高寬比6.56.56.06.05.55.5豎向布置的不規(guī)則結(jié)構(gòu) n樓層剛度樓層剛度小于其相鄰上層剛度的小于其相鄰上層剛度的70%70%，且連續(xù)，且連續(xù)三層總的剛度降低超過三層總的剛度降低超過50%50%n相鄰樓層質(zhì)量相鄰樓層質(zhì)量之比超過之比超過1.51.5n立面收進尺寸立面收進尺寸的比例為的比例為L L1 1/ /L L 0.75 0.75n豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)n任一樓層抗側(cè)力構(gòu)件的總剪承載力任一樓層抗側(cè)力構(gòu)件的總剪承載力 小于其相鄰上層的小于其相鄰上層的8080框筒結(jié)構(gòu)布置時的注意事項n框筒結(jié)構(gòu)框筒結(jié)構(gòu)高寬比高寬比

18、不宜小于不宜小于4 4；（更好地發(fā)揮框筒的立（更好地發(fā)揮框筒的立體作用）體作用）n內(nèi)筒的內(nèi)筒的邊長邊長不宜小于相應(yīng)外框筒邊長的不宜小于相應(yīng)外框筒邊長的1/31/3；n框筒框筒柱距柱距一般為一般為1.51.53.0m3.0m，且不宜大于層高；，且不宜大于層高；n框筒的框筒的開洞面積開洞面積不宜大于其總面積的不宜大于其總面積的5050；n內(nèi)外筒之間的內(nèi)外筒之間的進深進深一般控制在一般控制在101016m16m之間；之間；n內(nèi)筒亦為框筒時，其柱距宜與外框筒柱距相同，且內(nèi)筒亦為框筒時，其柱距宜與外框筒柱距相同，且在每層樓蓋處都設(shè)置鋼梁將相應(yīng)內(nèi)外柱相連接；在每層樓蓋處都設(shè)置鋼梁將相應(yīng)內(nèi)外柱相連接；框筒結(jié)構(gòu)布置時的注意事項（續(xù)）n控制控制角柱截面積角柱截面積