高層建筑鋼結構

本文格式為Word版，下載可任意編輯——高層建筑鋼結構3布局體系和布置,3-1高層布局體系的若干概念,3-2框架布局,3-3框架-支撐布局,3-4伸臂及帶狀桁架布局,3-5交織桁架體系,3-7巨型布局,3-8特殊布局,3-9布局選型和布置原那么,3-6筒體布局,3.1高層布局體系的若干概念,1)懸臂(Cantilever)布局的根本變形曲線,2)框架(Frame)布局和承剪桁架(Sheartruss)布局的變形,3)伸臂(Outriggerarms)布局的工作特點,4)剪力滯后(Shearlag)現(xiàn)象和框筒(Framedtube)布局,腹板框架？翼緣框架？,3.2框架布局,1)框架分類類型1：剛接框架，rigid-frames類型2：鉸接框架（排架），frameswithsimpleconnections類型3：半剛接框架，frameswithsemi-rigidconnections,平面設計有較大的生動性可供給較大柱距和空間廣泛用于辦公樓、旅館及商場等公共建筑,梁柱節(jié)點構造形式,梁柱節(jié)點變形特點,M1/MFa0.9，為剛性，rigidframe；

M1/MFa0.2，為簡支simpleframe；

介于上述之間時為半剛性semi-rigidframe；

,,歐洲模范EC3分類法,2)剛接框架(Rigidframes)的工作特點,在水平荷載作用下，一榀框架在第i層的水平位移由以下幾片面組成：

柱彎曲變形引起的側移；

梁彎曲變形引起的側移；

柱拉壓變形引起的側移；

節(jié)點域剪切變形引起的側移；

整體二階效應引起的側移；

,柱彎曲變形引起的側移δic：,梁彎曲變形引起的側移δib：,柱拉壓變形引起的側移δif：,節(jié)點域剪切變形引起的側移δis：,節(jié)點域的剪力主要由梁、柱端部彎矩引起的翼緣集中力造成。（影響可達10％～20％）,整體二階效應引起的側移ΔⅡ：,理由：豎向荷載在水平荷載產(chǎn)生的側移上，產(chǎn)生了附加彎矩，從而增大了側移。即：ΔⅡ=Δ1+Δ2+…,高鋼規(guī)要求，對于無支撐布局和層間側移角大于1/1000的有支撐布局，應按能反映二階效應的方法驗算穩(wěn)定。（如等效水平荷載法、非線性分析法等）,總體層間變形：,δi＝δic+δib+δif+δis+ΔⅡ,由于δif相對較小，變形主要以梁、柱的彎曲變形為主，該兩種變形都與V成正比，故下大、上小，為整體剪切變形。δis對Δ的影響可達10％～20％。,層十足變形：

在水平荷載作用下，一榀框架在第i層的水平位移，是第1~i層的各層間位移之和，即,實例北京長富宮中心,1.建筑概況,地下2層、地上25層，旅館建筑，建于1987年。

高91m，層高3.3m，25.8×48m矩形平面，柱網(wǎng)8×9.8m。

外墻采用帶面磚的預制混凝土掛板。,2.布局體系及主要計算結果,為鋼框架體系，但在2層以下和地下室為鋼骨混凝土布局。

根本周期為3.6s，最大層間位移1/337，小于1/300的限值。,設計過程中曾與框架-支撐體系方案作對比?？蚣?支撐體系的根本周期為2.37s，最大層間位移角為1/1398；

其側向剛度與框架方案相比有很大的提高，但因施工繁雜等理由未取用該方案。,3.鋼材牌號及布局構件,4.主要節(jié)點連接做法,框架梁柱采用常用的栓焊法。主次梁之間采用高強度螺栓的鉸接相連法。

預制外墻板與鋼梁連接構造，見下圖,3.3框架-支撐體系(frameswithsheartrussorinteractingsystemofbracedandrigidframes),1)框架-支撐布局的分類,中心支撐框架布局框架-中心支撐布局（雙體系dualsystems）中心支撐的類型：單斜、交錯、人字型等,偏心支撐框架布局框架-偏心支撐布局（雙體系）,框架-剪力墻板布局（也可以是雙體系）剪力墻板類型有：鋼板剪力墻、開縫剪力墻和內藏鋼板支撐剪力墻,開縫剪力墻的工作原理,內藏鋼板支撐剪力墻,2)框架-支撐布局的工作特點,框架—支撐體系是由框架體系蛻變來的，即在框架體系中對片面框架柱之間設置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐框架。

使框架構件受彎為主，變?yōu)檩S力為主。,框架－支撐布局中的梁柱為剛接連接，按雙體系設計，具有框架和支撐兩道抗震防線；

支撐和框架的梁柱均需得志抗震的構造要求；

框架需根據(jù)抗震需要舉行內力調整。,框架－支撐與支撐框架的同異,支撐桁架（框架）布局中節(jié)點均為鉸接（剛接），不按雙體系設計；

支撐需要得志抗震要求，對框架的梁柱沒有要求；

對設防烈度大的高層鋼布局限制使用。,雙重體系的內力調整（用于抗震設計）,內力分析時，框架片面的所算得的剪力應乘以調整系數(shù)，使其任一層的地震剪力不小于布局底部總地震剪力的25％和框架片面層地震剪力最大值1.8倍二者中的較小值。,在水平荷載作用下，通過剛性（或彈性）樓板的變形協(xié)調，使支撐與剛接框架共同工作，形成雙重抗側力布局，即框架—支撐體系。,如何協(xié)同工作,變形特點,受力特點,,中心支撐的工作性能,中心支撐均具有較大的側向剛度，對減小布局的水平位移和改善布局的內力分布是有效的。

但在水平地震作用下，中心支撐輕易產(chǎn)生側向屈曲，尤其在往復的水平地震作用下，會產(chǎn)生以下后果：,(1)支撐斜桿重復壓曲后，其受壓承載力急劇降低；

(2)支撐端點實際構造做法并非鉸接，引發(fā)支撐產(chǎn)生很大的次內力；

(3)往復的水平地震作用，斜桿會從受壓的壓曲狀態(tài)變?yōu)槭芾睦鞝顟B(tài)，這將對布局產(chǎn)生沖擊性作用力，使支撐及其節(jié)點和相鄰的構件產(chǎn)生很大的附加應力；

(4)往復的水平地震作用，使同一層支撐框架內的斜桿輪替壓曲又不能恢復拉直，樓層的受剪承載力急速降低。,偏心支撐的工作性能,采用偏心支撐的主要目的是變更支撐斜桿與梁(耗能梁段)的先后屈服依次。

在罕遇地震時，一方面通過耗能梁段的非彈性變形舉行耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先，從而養(yǎng)護支撐斜桿不屈曲或屈曲在后。

耗能梁段在多遇地震下應保持彈性狀態(tài)，在罕遇地震下產(chǎn)生剪切或彎曲屈服。

務必提高支撐斜桿的受壓承載力，使其至少應為耗能梁段達成屈服強度時相應支撐軸力的1.6倍。,3.4伸臂桁架布局(outriggertrusssystems),1)布局形式,2)受力特點,通過設置伸臂桁架及腰桁架使外框架參與整體抗彎作用，從而提高布局側向剛度、減小布局水平位移，也裁減內筒所承受的傾覆力矩。,3)伸臂桁架的位置及特點,利用設備層或避難層設置伸臂桁架；

伸臂桁架的高度為設備層的層高；

其腹桿布置需考慮便于人員通行及管道穿越而過。,對應伸臂桁架的樓層位置，宜沿外框架周邊設置腰桁架或帽桁架，以使外框架的全體柱子能與內筒起到整體抗彎作用。腰桁架的高度也與設備層的層高一致。,3.5交織桁架體系(staggeredtrusssystems),1)布局構成,2)受力特點,3.6筒體布局(tubestructures),1)筒體布局的分類,外筒體系,筒中筒,成束筒,框架筒體,桁架筒體,,,密柱深梁剛性連接柱距1.5~3m為方、圓、八角形長寬比小于1.5,3.6筒體布局(tubestructures),1)筒體布局的分類,外筒體系,筒中筒,成束筒,框架筒體,桁架筒體,,,不必密柱深梁梁柱可為鉸接柱距可以3~6m以上長寬比小于1.5較好消釋剪力滯后角柱受力較大,3.6筒體布局(tubestructures),1)筒體布局的分類,外筒體系,筒中筒,成束筒,框架筒體,桁架筒體,,,外筒要求和形式同上內筒采用支撐框架或支撐排架外筒承受彎矩和一片面水平剪力內筒主要承受水平剪力和豎向荷載,3.6筒體布局(tubestructures),1)筒體布局的分類,外筒體系,筒中筒,成束筒,框架筒體,桁架筒體,,,有多榀腹板框架，剛度更大整體性更好，減小剪力滯后可適當加大柱距、減小梁高,2)框筒與成束筒的剪力滯后,3)腰桁架、帽桁架和轉換桁架,柱距較大時、長寬對比大時，剪力滯后效應明顯，如何消釋之？,利用設備層和避難層，設置腰桁架和帽桁架,如何實現(xiàn)上下層柱網(wǎng)尺寸的變換？,利用設備層和避難層，轉換桁架,4)筒體布局的用鋼量,3.7巨型布局體系(megastructuresystems),1)巨型桁架(支撐)布局megatrusses,2)巨型框架布局megaframes,上海證券大廈,3)巨型懸掛布局megasuspensionstructures,4)巨型分開式布局megaseparatedstructures,3.8特殊布局體系,1)受力蒙皮布局stressedskinsystem2)巨型框撐布局megabracedframesystem,3.9布局選型和布置原那么,1)布局選型的總體原那么根據(jù)建筑物用途、高度、所處地區(qū)的自然和地質條件與建筑師合作選擇適合的布局體系，并操縱布局的高寬比H/B。

應具有明確的計算簡圖和傳力途徑。

抗震布局應制止因片面構件或布局的破壞，引起整個體系失效，應有多道抗震防線；

布局應具有必要的剛度、承載力，良好的變形才能(延性)和耗能才能；

應具有平勻的剛度和承載力分布，平面外形應盡量規(guī)矩、簡樸、對稱。

宜積極采用輕質高強材料。,2)柱網(wǎng)、梁格布置原那么柱網(wǎng)形式和柱距應根據(jù)建筑和受力要求確定，盡量使主要受力柱與主要抗側力構件在同一平面內，且應使主要受力柱周邊布置。

柱網(wǎng)尺寸一般應根據(jù)荷載大小，鋼梁經(jīng)濟跨度及布局受力特點等確定。

將較多的樓蓋自重直接傳遞至抗爭傾覆力矩需較大豎向荷載作為平