PPT多高層鋼結構設計

第四章多高層鋼結構構設計10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系內容提要4.1多高層鋼結構構的特點與結結構體系4.2多高層鋼結構構的計算特點點4.3多層多跨框架架設計4.4組合樓蓋設計計10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系第四章多多高層鋼結構構設計4.1多高層鋼結構構的特點與結結構體系10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.1多高層層鋼結結構的的特點點與結結構體體系…14.1.1多高層層鋼結結構的的特點點高層建建筑發(fā)發(fā)展的的基本本原因因a)經濟的的發(fā)展展；b)城市人人口增增多；；c)建設用用地減減少；；d)地價上上漲；；e)建筑科科技進進步；；f)輕質高高強材材料的的應用用。高層建建筑的的發(fā)展展簡況況城市人人口集集中，，用地地緊張張，以以及商商業(yè)競競爭的的激烈烈化，，促使使近代代高層層建筑筑的出出現(xiàn)和和發(fā)展展。中國最最早的的高層層建筑筑是一一些寺寺、塔塔。10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.1多高層鋼結結構的特點點與結構體體系…1國外高層建建筑發(fā)展的的3個階段第一階段，在19世紀中期之之前，歐洲洲和美國一一般只能建建造6層左右的建建筑。第二階段，從19世紀中葉開開始到20世紀50年代，世界界上第一幢幢近代高層層建筑是美美國芝加哥哥的家庭保保險公司大大樓，11層，高55m，建于1884年。到19世紀末，高高層建筑已已突破100m大關。1931年在美國紐紐約曼哈頓頓建造的102層、高381m的著名的帝帝國大廈，，它保持世世界最高建建筑記錄達達42年之久。第三階段，從20世紀50年代到現(xiàn)在在，高層建建筑已出現(xiàn)現(xiàn)多種結構構體系，如如RC結構，S結構。10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系高層結構體體系的發(fā)展展過程

始用年代

結構體系和特點18851889190320世紀初二次大戰(zhàn)后20世紀50年代20世紀六七十年代20世紀80年代20世紀80年代中期磚墻、鑄鐵柱、鋼梁鋼框柱鋼筋混凝土框架鋼框架＋支撐鋼筋混凝土框架＋剪力墻、鋼筋混凝土剪力墻、預制鋼筋混凝土結構鋼框架＋鋼筋混凝土核芯筒、鋼骨鋼筋混凝土結構框筒、筒中筒、束筒、懸掛結構、偏心支撐和帶縫剪力墻板框架巨型結構、應力蒙皮結構、隔震結構被動耗能結構、主動控制結構、混合控制結構10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…1我國多高高層鋼結結構自20世紀80年代中期期起步，，隨后在在北京、、上海、、深圳、、大連等等地陸續(xù)續(xù)建成大大量多高高層建筑筑鋼結構構。多高層鋼鋼結構的的特點自重輕抗震性能能好有效使用用面積高高建造速度度快防火、防防腐性能能差10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…24.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…1-框架體系系10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…2-框架-剪力墻體體系4.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…210/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…2-框架-支撐結構構體系4.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…310/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…2-框架-筒體結構構體系4.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…410/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…2-筒體結構構體系西爾斯(Sears)大樓筒體體變化圖圖筒中筒結結構4.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…510/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.1多高層鋼鋼結構的的特點與與結構體體系…2-巨型框架架體系4.1.2.多高層鋼鋼結構的的結構體體系…610/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系第四章多多高高層鋼結結構設計計4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.2多高層鋼結構構的計算特點點…14.2.1荷載…1水平方向的風風荷載和地震震作用，對高層鋼結結構設計起著著主要的控制作作用10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…21.豎向荷荷載永久荷荷載（（結構構自重重）可變荷荷載（（樓面面及屋屋面活活荷載載）注：相相關荷荷載按按《建筑結結構荷荷載規(guī)規(guī)范》（GB50009-2001)的有關關條文文取值值。10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…32.風荷載載-風壓高度變化系數(shù)-風荷載體型系數(shù)-順風向z高度處的風振系數(shù)注：相關系系數(shù)按按《建筑結結構荷荷載規(guī)規(guī)范》（GB50009-2001)和《高層民民用建建筑鋼鋼結構構技術術規(guī)程程》（JGJ99-98）的有有關條條文取取值。。式中，-任意高度處的風荷載標準值（kN/m2）-高層建筑基本風壓（kN/m2）風荷載標準值由下式計算基本風風壓：當?shù)氐乇容^較空曠曠平坦坦地面面上離離地10m高統(tǒng)計計所得得的50年一遇遇10min平均最最大風風速v0為標準準，按按v02/1600確定的的風壓壓值.10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…43.地震作作用抗震設設防烈烈度按國家家規(guī)定定的權權限批批準作作為一一個地地區(qū)抗抗震設設防依依據的的地震震烈度度;必須按按國家家規(guī)定定的權權限審審批、、頒發(fā)發(fā)的文文件（（圖件件）確確定;設防范范圍6-9度抗震設設防目目標小震不不壞、、中震震可修修、大大震不不倒10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系階段目標烈度地震作用性質受力狀態(tài)驗算內容第一階段小震不壞（隱含中震可修）多遇地震作用對應的烈度（小震）可變作用彈性（部分彈塑性）構件的承載力和穩(wěn)定結構的層間位移第二階段大震不倒罕遇地震作用對應的烈度（大震）偶然作用彈塑性結構的層間位移及層間側移延性比兩階段段設計計4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…5注：1）第一一階段段為彈彈性分分析，，包括括截面面設計計和變變形計計算；；2）大部部分建建筑的的第二二階段段設計計主要要由概概念設設計和和構造造措施施來保保證。。10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系三水準準地震震作用用的標標定4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…6基本假假定地震強強度呈呈極值值分布布烈度符符合極極值III型IImI0Isf(I)地震影響50年超越概率地震重現(xiàn)期多遇地震對應的烈度-眾值烈度小震63.2%50年設防烈度中震10%475年罕遇地震對應的烈度大震2-3%1642-2475年Im=I0-1.55Is<=I0+110/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系建筑類類別與與設防防標準準4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…7建筑類別建筑的重要性抗震措施地震作用計算甲類特殊要求的建筑特殊考慮特殊考慮乙類國家重點抗震城市生命線工程的建筑提高一度（9度適當提高）原設防烈度丙類甲、乙、丁類以外的一般建筑原設防烈度原設防烈度丁類次要的建筑降低一度（6度不降）原設防烈度10/25/2022昆明明理理工工大大學學建建工工學學院院土土木木系系地震震作作用用計計算算4.2多高高層層鋼鋼結結構構的的計計算算特特點點…81)一般般說說明明和和計計算算原原則則影響響設設計計地地震震作作用用的的因因素素地震震動動特特性性方方面面抗震震設設防防烈烈度度設計計近近遠遠震震場地地類類別別結構構特特性性方方面面結構構自自振振周周期期建筑筑質質量量（（重重力力荷荷載載））結構構阻阻尼尼比比（（材材料料））10/25/2022昆明明理理工工大大學學建建工工學學院院土土木木系系4.2多高高層層鋼鋼結結構構的的計計算算特特點點…9設計計地地震震作作用用的的方方向向設計計地地震震作作用用的的方方向向水平平（（兩兩個個））豎向向（（一一個個））結構構效效應應的的方方向向平動動（（兩兩個個水水平平、、一一個個豎豎向向））扭轉轉（（豎豎軸軸））10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…10地震作用用的計算算范圍和和原則計算范圍圍水平地震震作用豎向地震震作用水平地震震作用的的計算原原則一般正交交布置抗抗側力構構件的結結構，可可沿縱橫橫主軸方方向分別別計算；；斜交布置置抗側力力構件的的結構，，宜按平平行于抗抗側力構構件方向向計算；；質量和剛剛度明顯顯不均勻勻、不對對稱的結結構，應應考慮水水平地震震作用的的扭轉影影響。10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…11地震作用用的計算算方法及及其適用用范圍地震作用結構方法使用范圍水平彈性底部剪力法高度不超過60m，以剪切變形為主，質量和剛度分布較均勻振型分解反應譜法不滿足底部剪力法應用條件的結構時程分析法（補充計算）甲類建筑、特別不規(guī)則的建筑H>80m，7、8度I、II類場地乙、丙類建筑H>60m，8度III、IV類場地和9度乙、丙類建筑彈塑性簡化方法（略）時程分析法（略）豎向彈性底部軸力法需考慮豎向地震作用的結構10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…12計算模型型——集中質量量模型多高層房房屋無扭轉有扭轉單層廠房房橫向縱向10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…132）設計反反應譜地震影響響系數(shù)曲曲線圖中，γ－曲線下下降段的的衰減指指數(shù)ξ－阻尼比比η1－下降斜斜率調整整系數(shù)η2－阻尼調調整系數(shù)數(shù)動力系數(shù)數(shù)地震系數(shù)數(shù)地震影響響系數(shù)最大地震震作用10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…14烈度6789多遇地震0.040.08(0.12)0.16(0.24)0.32罕遇地震－0.50(0.72)0.90(1.20)1.40場地類別IIIIIIIV第一組0.250.350.450.65第二組0.300.400.550.75第三組0.350.450.650.90特征周期期Tg（s）水平地震影響系數(shù)最大值αmax和Tg分別按下下列表格格取值10/25/2022昆明理工工大學建建工工學院土土木木系4.2多高層鋼鋼結構的的計算特特點…153）水平地地震作用用計算底部剪力力法計算方方法底部剪剪力的的計算算地震作作用沿沿高度度的分分配頂部附附加地地震作作用突出屋屋面小小建筑筑物Geq——結構等等效重重力荷荷載代代表值值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85或Geq=Sum(Gi)*0.80HiFiFEkΔFnmHi10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…16振型分分解反反應譜譜法計算振振型計算地地震影影響系系數(shù)和和振型型參與與系數(shù)數(shù)計算振振型地地震作作用計算振振型地地震效效應振型組組合a1ixg(t)ajianixi(t)10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…17時程分分析法法豎向特特別不不規(guī)則則的建建筑高度較較大的的建筑筑采用時時程分分析法法進行行補充充計算算采用能能反應應當?shù)氐貓龅氐靥卣髡鞯牡氐卣鸩úú荒苣苌儆谟?條，其其中宜宜包括括一條條本地地區(qū)歷歷史上上發(fā)生生地震震時的的實測測記錄錄波地震波波的持持續(xù)時時間不不宜過過短，，宜取取10～20s或更長長10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…184.2.2結構計計算1.結構計計算的的一般般原則則結構計計算可可采用用彈性方方法計計算?？拐鹫鹪O防防結構構尚應應考慮慮罕遇遇地震震下的的彈塑性性計算算；現(xiàn)澆組組合樓樓蓋可假設設在其其自身平平面內內絕對對剛性性；彈性分分析時時，宜考慮慮現(xiàn)澆樓樓蓋與與鋼梁梁的共同工工作，此時時應保保證樓樓板與與鋼梁梁間有有可靠靠連接接；彈塑性性分析析時，不宜考考慮樓板與與鋼梁梁的共同工工作；計算模模型應應視具具體結結構形形式和和計算算內容容確定定，一一般情情況下下可采采用平平面抗抗側力力結構構的空間協(xié)協(xié)同計計算模模型；當結結構布布置規(guī)規(guī)則、、質量量及剛剛度沿沿高度度分布布均勻勻、不不計扭扭轉效效應時時，可可采用用平面結結構計計算模模型；當結結構平平面或或立面面不規(guī)規(guī)則、、體型型復雜雜、無無法劃劃分成成平面面抗側側力單單元的的結構構，或或為筒筒體結結構時時，應應采用用空間結結構計計算模模型；10/25/2022昆明理理工大大學建建工學學院土土木系系4.2多高層層鋼結結構的的計算算特點點…19高層建建筑鋼結構構梁柱柱構件的的跨高比比較小小，計算算結構構的內內力和和位移移時，，除考考慮梁梁、柱柱的彎彎曲變變形和和柱的的軸向向變形形外，，尚應計計算梁梁、柱柱的剪剪切變變形；鋼框架架－剪剪力墻墻體系系中，，現(xiàn)澆剪剪力墻墻的計算算按照鋼鋼筋混混凝土土結構構設計計，應記記入墻墻的彎彎曲、、剪切切和軸軸向變變形；；柱間支支撐兩兩端應應為剛剛性連連接，但可可按兩兩端鉸鉸接連連接計計算，，其端端部連連接的的剛度度通過過支撐撐構件件的計計算長長度加加以考考慮；；若采采用偏偏心支支撐，，由于于耗能能梁段段在大大震時時將首首先屈屈服，，計算算時應應取為為單獨獨單元元；鋼框架架－支支撐結結構的的斜桿桿可按按端部部鉸接接桿計計算；框架架部分分按計計算得得到的的地震震剪力力應乘乘以調調整系系數(shù)，，達到到不小小于結結構底底部總總地震震剪力力的25％和框框架部部分地地震剪剪力最最大值值1.8倍兩者者中的的較小小者。。中心支撐框框架的斜桿軸線偏偏離梁柱軸軸線交點不不超過支撐撐桿件的寬寬度時，仍仍可按中心心支撐框架架分析，但應計及及由此產生生的附加彎彎距；人字字形和V形支撐組合合的內力設設計值應乘乘以增大系系數(shù)，可取取1.5。10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.2多高層鋼結結構的計算算特點…202.內力與位移移計算規(guī)范規(guī)定在在進行內力力及位移分分析時可以以采用較為為精確的程程序計算方方法，也可可以采用近近似的簡化化計算方法法。－程序計算算的基本方方法－矩陣陣位移法－簡化近似似計算方法法－分層法法、D值法采用近似計計算方法計計算高層鋼鋼結構的內內力與位移移時，尚應應注意以下下問題應考慮梁柱柱節(jié)點域的的剪切變形形對側移的的影響；高層建筑鋼鋼結構的P-Δ效應較強，，一般應驗驗算結構的的整體穩(wěn)定定性。10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.2多高層鋼結結構的計算算特點…21高層建筑鋼鋼結構的P-Δ效應較強，，一般應驗驗算結構的的整體穩(wěn)定定性。但同同時符合下下列條件時時，可不驗驗算結構的的整體穩(wěn)定定。（1）結構各樓樓層柱的長長細比和平平均軸壓比比滿足式中：λm－樓層柱的的長細比；；Nm－樓層柱的的平均軸壓壓力設計值值；Npm－樓層柱的的平均全塑塑性軸壓力力；式中：fy－鋼材的屈屈服強度；；Am－柱截面面面積的平均均值；10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.2多高層鋼結結構的計算算特點…22（2）結構按一一階線彈性性計算所得得的各樓層層層間相對對位移值滿滿足式中：Δu－按一階線線彈性計算算所得的層層間位移；；ΣFh－計算樓層層以上全部部水平作用用之和；對不符合以以上兩條件件的高層建建筑鋼結構構，需驗算算結構的整整體穩(wěn)定。。ΣFv－計算樓層層以上全部部豎向作用用之和；10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.2多高層鋼結結構的計算算特點…233.承載力驗算算鋼結構構件件的承載能能力應滿足足下列公式式要求：非抗震設計計第一階段抗抗震設計時時式中：γ0－結構重要要性系數(shù)；；S－地震作用用效應組合合設計值；；R－結構構件件承載力設設計值；γRE－結構構件件承載力的的抗震調整整系數(shù)；構件名稱梁柱支撐節(jié)點節(jié)點焊縫節(jié)點螺栓γRE0.800.850.900.901.01.0構件承載力力抗震調整整系數(shù)10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系4.2多高層鋼結結構的計算算特點…244.位移限制不考慮地震震作用時，，結構在風荷荷載作用下下第一階段抗抗震設計頂點側移層間側移層間側移第二階段抗抗震設計層間側移10/25/2022昆明理工大大學建建工學院土土木系系第四章多多高層鋼鋼結構設計計4.3多層多跨框框架設計10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.3多層多跨框架架設計…14.3.1構件設計-框架梁設計梁的抗彎強度度梁的抗剪強度度梁的整體穩(wěn)定定梁的局部穩(wěn)定定-框架柱設計框架節(jié)點處實實現(xiàn)強柱弱梁梁設計概念的的計算要求10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.3多層多跨框架架設計…2軸壓比驗算強度柱平面內、外外穩(wěn)定驗算柱的局部穩(wěn)定定10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.3多層多跨框架架設計…3中心支撐構件件可用單斜桿桿、十字交叉叉斜桿、人字字形或V形斜桿體系-中心支撐構件件設計時應注意意1）在計算中心心支撐斜桿內內力時，地震震力應乘以增增大系數(shù)，單單斜桿支撐和和交叉支撐乘乘以1.3，人字形支撐撐和V形支撐乘1.5。2）在多遇地震震作用組合下下，支撐斜桿桿的抗壓驗算算按下式進行行：支撐斜桿宜采采用雙軸對稱稱截面，當采采用單軸對稱稱截面時，宜宜防止出現(xiàn)繞繞截面對稱屈屈曲。3）剛度：滿足足相關長細比比的要求10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.3多層多跨框架架設計…44.3.2連接節(jié)點設計計-節(jié)點設計的一一般要求梁柱連接柱柱連接梁梁連接滿足傳力可靠靠、構造簡單單、具有抗震震延性及施工工方便的要求求。非抗震設計，，彈性受力階階段設計第一階段抗震震設計，彈性性受力階段設設計第二階段抗震震設計，彈塑塑性受力階段段設計，按照照結構抗震設設計遵循的原原則，節(jié)點的的極限承載力力要高于構件件本身的承載載力。10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.3多層多跨框架架設計…54.3.2連接節(jié)點設計計節(jié)點域穩(wěn)定-節(jié)點計算節(jié)點域抗剪強強度-節(jié)點設計的一一般要求梁柱連接柱柱連接梁梁連接連接彈塑性設設計10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系第四章多多高層鋼結構構設計4.4組合樓蓋設計計10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.4組合樓蓋設計計…1-確定樓蓋結構構方案時，應應考慮以下要要求：-保證樓蓋有足足夠的平面整整體剛度-減輕結構的自自重及減小結結構層的高度度-有利于現(xiàn)場安安裝方便及快快速施工-鋼結構常用樓樓蓋做法-壓型鋼板組合合樓板-預制樓板-疊合樓板-普通現(xiàn)澆樓板板-具有較好的防防火、隔音性性能，并便于于管線的鋪設設10/25/2022昆明理工大學學建工學學院土木木系4.4組合樓蓋設計計…24.4.1壓型鋼板的形形式-閉口形槽口的的壓型鋼板-開口形槽口的的壓型鋼板，，在其腹板翼翼緣上軋制凹凹凸形槽紋作作為剪力連接接件-開口形槽口的的壓型鋼板，，同時在它的的翼緣上另焊焊橫向鋼筋，，以增強抗剪剪切粘結能力力4.4.2組合板的極限限狀態(tài)-沿正截面彎曲曲破壞-沿混凝土與壓壓型鋼板界面面縱向水平剪剪切破壞-沿斜截面剪切切破壞-沖剪破壞10/25/2022昆明明理理工工大大學學建建工工學學院院土土木木系系4.4組合合樓樓蓋蓋設設計計…34.4.3組合合板板的的設設計計-施工工階階段段-使用用階階段段施工工階階段段的的荷荷載載內力力計計算算截面面承承載載力力及及撓撓度度計計算算施工工階階段段的的荷荷載載內力力計計算算截面面承承載載力力及及撓撓度度計計算算（1）正正截截面面抗抗彎彎承承載載力力的的計計算算a)當時時，，塑塑性性中中和和軸軸在在壓壓型型鋼鋼板板頂頂面面以以上上的的混混凝凝土土內內，，組組合合板板的的抗抗彎彎承承載載力力按按下下式式計計算算10/25/2022昆明明理理工工大大學學建建工工