第四章多高層鋼結構設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計11/27/2022昆明理工大學建1內容提要4.1多高層鋼結構的特點與結構體系4.2多高層鋼結構的計算特點4.3多層多跨框架設計4.4組合樓蓋設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系內容提要4.1多高層鋼結構的特點與結構體系4.3多層2第四章多高層鋼結構設計4.1多高層鋼結構的特點與結構體系11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.1多高層鋼結構的特點與結構34.1多高層鋼結構的特點與結構體系…14.1.1多高層鋼結構的特點高層建筑發(fā)展的基本原因a)經(jīng)濟的發(fā)展；b)城市人口增多；c)建設用地減少；d)地價上漲；e)建筑科技進步；f)輕質高強材料的應用。高層建筑的發(fā)展簡況城市人口集中，用地緊張，以及商業(yè)競爭的激烈化，促使近代高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展。中國最早的高層建筑是一些寺、塔。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…14.1.1多高層鋼44.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1國外高層建筑發(fā)展的3個階段第一階段，在19世紀中期之前，歐洲和美國一般只能建造6層左右的建筑。第二階段，從19世紀中葉開始到20世紀50年代，世界上第一幢近代高層建筑是美國芝加哥的家庭保險公司大樓，11層，高55m，建于1884年。到19世紀末，高層建筑已突破100m大關。1931年在美國紐約曼哈頓建造的102層、高381m的著名的帝國大廈，它保持世界最高建筑記錄達42年之久。第三階段，從20世紀50年代到現(xiàn)在，高層建筑已出現(xiàn)多種結構體系，如RC結構，S結構。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1國外高層建筑發(fā)展的3個5高層結構體系的發(fā)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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系高層結構體系的發(fā)展過程始用年代64.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1我國多高層鋼結構自20世紀80年代中期起步，隨后在北京、上海、深圳、大連等地陸續(xù)建成大量多高層建筑鋼結構。多高層鋼結構的特點自重輕抗震性能好有效使用面積高建造速度快防火、防腐性能差11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1我國多高層鋼結構自2074.1多高層鋼結構的特點與結構體系…24.1.2.多高層鋼結構的結構體系…1-框架體系11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…24.1.2.多高層84.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-剪力墻體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…211/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-剪力墻體系4.94.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-支撐結構體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…311/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-支撐結構體系4104.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-筒體結構體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…411/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-筒體結構體系4114.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-筒體結構體系西爾斯(Sears)大樓筒體變化圖筒中筒結構4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…511/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-筒體結構體系西爾斯(124.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-巨型框架體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…611/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-巨型框架體系4.1.13第四章多高層鋼結構設計4.2多高層鋼結構的計算特點11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.2多高層鋼結構的計算特點1144.2多高層鋼結構的計算特點…14.2.1荷載…1水平方向的風荷載和地震作用，對高層鋼結構設計起著主要的控制作用11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…14.2.1荷載…1水平方154.2多高層鋼結構的計算特點…21.豎向荷載永久荷載（結構自重）可變荷載（樓面及屋面活荷載）注：相關荷載按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001)的有關條文取值。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…21.豎向荷載永久荷載（164.2多高層鋼結構的計算特點…32.風荷載-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：相關系數(shù)按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001)和《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》（JGJ99-98）的有關條文取值。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壓：當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速v0為標準，按v02/1600確定的風壓值.11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…32.風荷載-風174.2多高層鋼結構的計算特點…43.地震作用抗震設防烈度按國家規(guī)定的權限批準作為一個地區(qū)抗震設防依據(jù)的地震烈度;必須按國家規(guī)定的權限審批、頒發(fā)的文件（圖件）確定;設防范圍6-9度抗震設防目標小震不壞、中震可修、大震不倒11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…43.地震作用抗震設防烈度18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設計4.2多高層鋼結構的計算特點…5

注：1）第一階段為彈性分析，包括截面設計和變形計算；2）大部分建筑的第二階段設計主要由概念設計和構造措施來保證。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系階段目標烈度地震作用性質受力狀態(tài)驗算19三水準地震作用的標定4.2多高層鋼結構的計算特點…6基本假定地震強度呈極值分布烈度符合極值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+111/27/2022昆明理工大學建工學院土木系三水準地震作用的標定4.2多高層鋼結構的計算特點…6基本假20建筑類別與設防標準4.2多高層鋼結構的計算特點…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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系建筑類別與設防標準4.2多高層鋼結構的計算特點…7建筑類別21地震作用計算4.2多高層鋼結構的計算特點…81)一般說明和計算原則影響設計地震作用的因素地震動特性方面抗震設防烈度設計近遠震場地類別結構特性方面結構自振周期建筑質量（重力荷載）結構阻尼比（材料）11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系地震作用計算4.2多高層鋼結構的計算特點…81)一般說明和224.2多高層鋼結構的計算特點…9設計地震作用的方向設計地震作用的方向水平（兩個）豎向（一個）結構效應的方向平動（兩個水平、一個豎向）扭轉（豎軸）11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…9設計地震作用的方向設計地震234.2多高層鋼結構的計算特點…10地震作用的計算范圍和原則計算范圍水平地震作用豎向地震作用水平地震作用的計算原則一般正交布置抗側力構件的結構，可沿縱橫主軸方向分別計算；斜交布置抗側力構件的結構，宜按平行于抗側力構件方向計算；質量和剛度明顯不均勻、不對稱的結構，應考慮水平地震作用的扭轉影響。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…10地震作用的計算范圍和原則244.2多高層鋼結構的計算特點…11地震作用的計算方法及其適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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…11地震作用的計算方法及其適254.2多高層鋼結構的計算特點…12計算模型——集中質量模型多高層房屋無扭轉有扭轉單層廠房橫向縱向11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…12計算模型——集中質量模型264.2多高層鋼結構的計算特點…132）設計反應譜地震影響系數(shù)曲線圖中，γ－曲線下降段的衰減指數(shù)ξ－阻尼比η1－下降斜率調整系數(shù)η2－阻尼調整系數(shù)動力系數(shù)地震系數(shù)地震影響系數(shù)最大地震作用11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…132）設計反應譜地震影響系274.2多高層鋼結構的計算特點…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Tg（s）水平地震影響系數(shù)最大值αmax和Tg分別按下列表格取值11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…14烈度6789多遇地震0.284.2多高層鋼結構的計算特點…153）水平地震作用計算底部剪力法計算方法底部剪力的計算地震作用沿高度的分配頂部附加地震作用突出屋面小建筑物Geq——結構等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85或Geq=Sum(Gi)*0.80HiFiFEkΔFnmHi11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…153）水平地震作用計算底部294.2多高層鋼結構的計算特點…16振型分解反應譜法計算振型計算地震影響系數(shù)和振型參與系數(shù)計算振型地震作用計算振型地震效應振型組合a1ixg(t)ajianixi(t)11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…16振型分解反應譜法計算振型304.2多高層鋼結構的計算特點…17時程分析法豎向特別不規(guī)則的建筑高度較大的建筑采用時程分析法進行補充計算采用能反應當?shù)貓龅靥卣鞯牡卣鸩ú荒苌儆?條，其中宜包括一條本地區(qū)歷史上發(fā)生地震時的實測記錄波地震波的持續(xù)時間不宜過短，宜取10～20s或更長11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…17時程分析法豎向特別不規(guī)則314.2多高層鋼結構的計算特點…184.2.2結構計算1.結構計算的一般原則結構計算可采用彈性方法計算。抗震設防結構尚應考慮罕遇地震下的彈塑性計算；現(xiàn)澆組合樓蓋可假設在其自身平面內絕對剛性；彈性分析時，宜考慮現(xiàn)澆樓蓋與鋼梁的共同工作，此時應保證樓板與鋼梁間有可靠連接；彈塑性分析時，不宜考慮樓板與鋼梁的共同工作；計算模型應視具體結構形式和計算內容確定，一般情況下可采用平面抗側力結構的空間協(xié)同計算模型；當結構布置規(guī)則、質量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉效應時，可采用平面結構計算模型；當結構平面或立面不規(guī)則、體型復雜、無法劃分成平面抗側力單元的結構，或為筒體結構時，應采用空間結構計算模型；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…184.2.2結構計算1.324.2多高層鋼結構的計算特點…19高層建筑鋼結構梁柱構件的跨高比較小，計算結構的內力和位移時，除考慮梁、柱的彎曲變形和柱的軸向變形外，尚應計算梁、柱的剪切變形；鋼框架－剪力墻體系中，現(xiàn)澆剪力墻的計算按照鋼筋混凝土結構設計，應記入墻的彎曲、剪切和軸向變形；柱間支撐兩端應為剛性連接，但可按兩端鉸接連接計算，其端部連接的剛度通過支撐構件的計算長度加以考慮；若采用偏心支撐，由于耗能梁段在大震時將首先屈服，計算時應取為單獨單元；鋼框架－支撐結構的斜桿可按端部鉸接桿計算；框架部分按計算得到的地震剪力應乘以調整系數(shù)，達到不小于結構底部總地震剪力的25％和框架部分地震剪力最大值1.8倍兩者中的較小者。中心支撐框架的斜桿軸線偏離梁柱軸線交點不超過支撐桿件的寬度時，仍可按中心支撐框架分析，但應計及由此產(chǎn)生的附加彎距；人字形和V形支撐組合的內力設計值應乘以增大系數(shù)，可取1.5。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…19高層建筑鋼結構梁柱構件的334.2多高層鋼結構的計算特點…202.內力與位移計算規(guī)范規(guī)定在進行內力及位移分析時可以采用較為精確的程序計算方法，也可以采用近似的簡化計算方法。－程序計算的基本方法－矩陣位移法－簡化近似計算方法－分層法、D值法采用近似計算方法計算高層鋼結構的內力與位移時，尚應注意以下問題應考慮梁柱節(jié)點域的剪切變形對側移的影響；高層建筑鋼結構的P-Δ效應較強，一般應驗算結構的整體穩(wěn)定性。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…202.內力與位移計算規(guī)范344.2多高層鋼結構的計算特點…21高層建筑鋼結構的P-Δ效應較強，一般應驗算結構的整體穩(wěn)定性。但同時符合下列條件時，可不驗算結構的整體穩(wěn)定。（1）結構各樓層柱的長細比和平均軸壓比滿足式中：λm－樓層柱的長細比；Nm－樓層柱的平均軸壓力設計值；Npm－樓層柱的平均全塑性軸壓力；式中：fy－鋼材的屈服強度；Am－柱截面面積的平均值；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…21高層建筑鋼結構的P-Δ效354.2多高層鋼結構的計算特點…22（2）結構按一階線彈性計算所得的各樓層層間相對位移值滿足式中：Δu－按一階線彈性計算所得的層間位移；ΣFh－計算樓層以上全部水平作用之和；對不符合以上兩條件的高層建筑鋼結構，需驗算結構的整體穩(wěn)定。ΣFv－計算樓層以上全部豎向作用之和；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…22（2）結構按一階線彈性計364.2多高層鋼結構的計算特點…233.承載力驗算鋼結構構件的承載能力應滿足下列公式要求：非抗震設計第一階段抗震設計時式中：γ0－結構重要性系數(shù)；S－地震作用效應組合設計值；R－結構構件承載力設計值；γRE－結構構件承載力的抗震調整系數(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構件承載力抗震調整系數(shù)11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…233.承載力驗算鋼結構構374.2多高層鋼結構的計算特點…244.位移限制不考慮地震作用時，結構在風荷載作用下第一階段抗震設計頂點側移層間側移層間側移第二階段抗震設計層間側移11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…244.位移限制不考慮地震38第四章多高層鋼結構設計4.3多層多跨框架設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.3多層多跨框架設計11/2394.3多層多跨框架設計…14.3.1構件設計-框架梁設計梁的抗彎強度梁的抗剪強度梁的整體穩(wěn)定梁的局部穩(wěn)定-框架柱設計框架節(jié)點處實現(xiàn)強柱弱梁設計概念的計算要求11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…14.3.1構件設計-框架梁設計404.3多層多跨框架設計…2軸壓比驗算強度柱平面內、外穩(wěn)定驗算柱的局部穩(wěn)定11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…2軸壓比驗算強度柱平面內、外穩(wěn)定驗414.3多層多跨框架設計…3中心支撐構件可用單斜桿、十字交叉斜桿、人字形或V形斜桿體系-中心支撐構件設計時應注意1）在計算中心支撐斜桿內力時，地震力應乘以增大系數(shù)，單斜桿支撐和交叉支撐乘以1.3，人字形支撐和V形支撐乘1.5。2）在多遇地震作用組合下，支撐斜桿的抗壓驗算按下式進行：支撐斜桿宜采用雙軸對稱截面，當采用單軸對稱截面時，宜防止出現(xiàn)繞截面對稱屈曲。3）剛度：滿足相關長細比的要求11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…3中心支撐構件可用單斜桿、十字交叉424.3多層多跨框架設計…44.3.2連接節(jié)點設計-節(jié)點設計的一般要求梁柱連接柱柱連接梁梁連接滿足傳力可靠、構造簡單、具有抗震延性及施工方便的要求。非抗震設計，彈性受力階段設計第一階段抗震設計，彈性受力階段設計第二階段抗震設計，彈塑性受力階段設計，按照結構抗震設計遵循的原則，節(jié)點的極限承載力要高于構件本身的承載力。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…44.3.2連接節(jié)點設計-節(jié)點設434.3多層多跨框架設計…54.3.2連接節(jié)點設計節(jié)點域穩(wěn)定-節(jié)點計算節(jié)點域抗剪強度-節(jié)點設計的一般要求梁柱連接柱柱連接梁梁連接連接彈塑性設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…54.3.2連接節(jié)點設計節(jié)點域穩(wěn)44第四章多高層鋼結構設計4.4組合樓蓋設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.4組合樓蓋設計11/27/454.4組合樓蓋設計…1-確定樓蓋結構方案時，應考慮以下要求：-保證樓蓋有足夠的平面整體剛度-減輕結構的自重及減小結構層的高度-有利于現(xiàn)場安裝方便及快速施工-鋼結構常用樓蓋做法-壓型鋼板組合樓板-預制樓板-疊合樓板-普通現(xiàn)澆樓板-具有較好的防火、隔音性能，并便于管線的鋪設11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…1-確定樓蓋結構方案時，應考慮以下要求464.4組合樓蓋設計…24.4.1壓型鋼板的形式-閉口形槽口的壓型鋼板-開口形槽口的壓型鋼板，在其腹板翼緣上軋制凹凸形槽紋作為剪力連接件-開口形槽口的壓型鋼板，同時在它的翼緣上另焊橫向鋼筋，以增強抗剪切粘結能力4.4.2組合板的極限狀態(tài)-沿正截面彎曲破壞-沿混凝土與壓型鋼板界面縱向水平剪切破壞-沿斜截面剪切破壞-沖剪破壞11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…24.4.1壓型鋼板的形式-閉口形槽474.4組合樓蓋設計…34.4.3組合板的設計-施工階段-使用階段施工階段的荷載內力計算截面承載力及撓度計算施工階段的荷載內力計算截面承載力及撓度計算（1）正截面抗彎承載力的計算a)當時，塑性中和軸在壓型鋼板頂面以上的混凝土內，組合板的抗彎承載力按下式計算11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…34.4.3組合板的設計-施工階段-484.4組合樓蓋設計…4（2）縱向抗剪計算b)當時，塑性中和軸在壓型鋼板內，組合板的抗彎承載力按下式計算國內開口壓型板的回歸公式11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…4（2）縱向抗剪計算b)當494.4組合樓蓋設計…5（3）斜截面抗剪承載力計算進口帶齒或閉口型可采用美國Porter和Ekbery教授得出的回歸公式：（4）抗沖剪計算（5）組合板的撓度（6）組合板的振動控制11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…5（3）斜截面抗剪承載力計算進口帶齒或504.4組合樓蓋設計…64.4.4組合板的構造要求壓型鋼板的表面應有鍍鋅保護層壓型鋼板的凈厚度不應小于0.75mm；組合樓板截面的全高不應小于90mm，且壓型鋼板頂面至組合板頂面的高度不應小于50mm；組合板中的壓型鋼板在鋼梁上的支承長度不應小于50mm，在鋼筋混凝土梁或砌體上的支承長度不應小于75mm；組合板通過帶頭栓釘穿過壓型鋼板焊接于鋼梁上或鋼筋混凝土梁的預埋鋼板上，栓釘?shù)脑O置應符合下列構造要求：（1）跨度小于3米的組合板，栓釘直徑宜為13mm或16mm；跨度3～6米的組合板，栓釘直徑宜為16mm或19mm；跨度大于6米的組合板，栓釘直徑宜為19mm；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…64.4.4組合板的構造要求壓型鋼板514.4組合樓蓋設計…7（2）焊后栓釘長度應滿足其高出壓型鋼板頂面≥30mm，且應設在支座處壓型鋼板的凹肋中穿透壓型鋼板焊牢在梁上。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.4組合樓蓋設計…7（2）焊后栓釘長度應滿足其高出壓型鋼52第四章多高層鋼結構設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計11/27/2022昆明理工大學建53內容提要4.1多高層鋼結構的特點與結構體系4.2多高層鋼結構的計算特點4.3多層多跨框架設計4.4組合樓蓋設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系內容提要4.1多高層鋼結構的特點與結構體系4.3多層54第四章多高層鋼結構設計4.1多高層鋼結構的特點與結構體系11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.1多高層鋼結構的特點與結構554.1多高層鋼結構的特點與結構體系…14.1.1多高層鋼結構的特點高層建筑發(fā)展的基本原因a)經(jīng)濟的發(fā)展；b)城市人口增多；c)建設用地減少；d)地價上漲；e)建筑科技進步；f)輕質高強材料的應用。高層建筑的發(fā)展簡況城市人口集中，用地緊張，以及商業(yè)競爭的激烈化，促使近代高層建筑的出現(xiàn)和發(fā)展。中國最早的高層建筑是一些寺、塔。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…14.1.1多高層鋼564.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1國外高層建筑發(fā)展的3個階段第一階段，在19世紀中期之前，歐洲和美國一般只能建造6層左右的建筑。第二階段，從19世紀中葉開始到20世紀50年代，世界上第一幢近代高層建筑是美國芝加哥的家庭保險公司大樓，11層，高55m，建于1884年。到19世紀末，高層建筑已突破100m大關。1931年在美國紐約曼哈頓建造的102層、高381m的著名的帝國大廈，它保持世界最高建筑記錄達42年之久。第三階段，從20世紀50年代到現(xiàn)在，高層建筑已出現(xiàn)多種結構體系，如RC結構，S結構。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1國外高層建筑發(fā)展的3個57高層結構體系的發(fā)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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系高層結構體系的發(fā)展過程始用年代584.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1我國多高層鋼結構自20世紀80年代中期起步，隨后在北京、上海、深圳、大連等地陸續(xù)建成大量多高層建筑鋼結構。多高層鋼結構的特點自重輕抗震性能好有效使用面積高建造速度快防火、防腐性能差11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…1我國多高層鋼結構自20594.1多高層鋼結構的特點與結構體系…24.1.2.多高層鋼結構的結構體系…1-框架體系11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…24.1.2.多高層604.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-剪力墻體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…211/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-剪力墻體系4.614.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-支撐結構體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…311/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-支撐結構體系4624.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-筒體結構體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…411/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-框架-筒體結構體系4634.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-筒體結構體系西爾斯(Sears)大樓筒體變化圖筒中筒結構4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…511/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-筒體結構體系西爾斯(644.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-巨型框架體系4.1.2.多高層鋼結構的結構體系…611/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.1多高層鋼結構的特點與結構體系…2-巨型框架體系4.1.65第四章多高層鋼結構設計4.2多高層鋼結構的計算特點11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.2多高層鋼結構的計算特點1664.2多高層鋼結構的計算特點…14.2.1荷載…1水平方向的風荷載和地震作用，對高層鋼結構設計起著主要的控制作用11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…14.2.1荷載…1水平方674.2多高層鋼結構的計算特點…21.豎向荷載永久荷載（結構自重）可變荷載（樓面及屋面活荷載）注：相關荷載按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001)的有關條文取值。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…21.豎向荷載永久荷載（684.2多高層鋼結構的計算特點…32.風荷載-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：相關系數(shù)按《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001)和《高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程》（JGJ99-98）的有關條文取值。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壓：當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速v0為標準，按v02/1600確定的風壓值.11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…32.風荷載-風694.2多高層鋼結構的計算特點…43.地震作用抗震設防烈度按國家規(guī)定的權限批準作為一個地區(qū)抗震設防依據(jù)的地震烈度;必須按國家規(guī)定的權限審批、頒發(fā)的文件（圖件）確定;設防范圍6-9度抗震設防目標小震不壞、中震可修、大震不倒11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…43.地震作用抗震設防烈度70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設計4.2多高層鋼結構的計算特點…5

注：1）第一階段為彈性分析，包括截面設計和變形計算；2）大部分建筑的第二階段設計主要由概念設計和構造措施來保證。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系階段目標烈度地震作用性質受力狀態(tài)驗算71三水準地震作用的標定4.2多高層鋼結構的計算特點…6基本假定地震強度呈極值分布烈度符合極值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+111/27/2022昆明理工大學建工學院土木系三水準地震作用的標定4.2多高層鋼結構的計算特點…6基本假72建筑類別與設防標準4.2多高層鋼結構的計算特點…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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系建筑類別與設防標準4.2多高層鋼結構的計算特點…7建筑類別73地震作用計算4.2多高層鋼結構的計算特點…81)一般說明和計算原則影響設計地震作用的因素地震動特性方面抗震設防烈度設計近遠震場地類別結構特性方面結構自振周期建筑質量（重力荷載）結構阻尼比（材料）11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系地震作用計算4.2多高層鋼結構的計算特點…81)一般說明和744.2多高層鋼結構的計算特點…9設計地震作用的方向設計地震作用的方向水平（兩個）豎向（一個）結構效應的方向平動（兩個水平、一個豎向）扭轉（豎軸）11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…9設計地震作用的方向設計地震754.2多高層鋼結構的計算特點…10地震作用的計算范圍和原則計算范圍水平地震作用豎向地震作用水平地震作用的計算原則一般正交布置抗側力構件的結構，可沿縱橫主軸方向分別計算；斜交布置抗側力構件的結構，宜按平行于抗側力構件方向計算；質量和剛度明顯不均勻、不對稱的結構，應考慮水平地震作用的扭轉影響。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…10地震作用的計算范圍和原則764.2多高層鋼結構的計算特點…11地震作用的計算方法及其適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11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…11地震作用的計算方法及其適774.2多高層鋼結構的計算特點…12計算模型——集中質量模型多高層房屋無扭轉有扭轉單層廠房橫向縱向11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…12計算模型——集中質量模型784.2多高層鋼結構的計算特點…132）設計反應譜地震影響系數(shù)曲線圖中，γ－曲線下降段的衰減指數(shù)ξ－阻尼比η1－下降斜率調整系數(shù)η2－阻尼調整系數(shù)動力系數(shù)地震系數(shù)地震影響系數(shù)最大地震作用11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…132）設計反應譜地震影響系794.2多高層鋼結構的計算特點…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Tg（s）水平地震影響系數(shù)最大值αmax和Tg分別按下列表格取值11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…14烈度6789多遇地震0.804.2多高層鋼結構的計算特點…153）水平地震作用計算底部剪力法計算方法底部剪力的計算地震作用沿高度的分配頂部附加地震作用突出屋面小建筑物Geq——結構等效重力荷載代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85或Geq=Sum(Gi)*0.80HiFiFEkΔFnmHi11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…153）水平地震作用計算底部814.2多高層鋼結構的計算特點…16振型分解反應譜法計算振型計算地震影響系數(shù)和振型參與系數(shù)計算振型地震作用計算振型地震效應振型組合a1ixg(t)ajianixi(t)11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…16振型分解反應譜法計算振型824.2多高層鋼結構的計算特點…17時程分析法豎向特別不規(guī)則的建筑高度較大的建筑采用時程分析法進行補充計算采用能反應當?shù)貓龅靥卣鞯牡卣鸩ú荒苌儆?條，其中宜包括一條本地區(qū)歷史上發(fā)生地震時的實測記錄波地震波的持續(xù)時間不宜過短，宜取10～20s或更長11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…17時程分析法豎向特別不規(guī)則834.2多高層鋼結構的計算特點…184.2.2結構計算1.結構計算的一般原則結構計算可采用彈性方法計算?？拐鹪O防結構尚應考慮罕遇地震下的彈塑性計算；現(xiàn)澆組合樓蓋可假設在其自身平面內絕對剛性；彈性分析時，宜考慮現(xiàn)澆樓蓋與鋼梁的共同工作，此時應保證樓板與鋼梁間有可靠連接；彈塑性分析時，不宜考慮樓板與鋼梁的共同工作；計算模型應視具體結構形式和計算內容確定，一般情況下可采用平面抗側力結構的空間協(xié)同計算模型；當結構布置規(guī)則、質量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉效應時，可采用平面結構計算模型；當結構平面或立面不規(guī)則、體型復雜、無法劃分成平面抗側力單元的結構，或為筒體結構時，應采用空間結構計算模型；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…184.2.2結構計算1.844.2多高層鋼結構的計算特點…19高層建筑鋼結構梁柱構件的跨高比較小，計算結構的內力和位移時，除考慮梁、柱的彎曲變形和柱的軸向變形外，尚應計算梁、柱的剪切變形；鋼框架－剪力墻體系中，現(xiàn)澆剪力墻的計算按照鋼筋混凝土結構設計，應記入墻的彎曲、剪切和軸向變形；柱間支撐兩端應為剛性連接，但可按兩端鉸接連接計算，其端部連接的剛度通過支撐構件的計算長度加以考慮；若采用偏心支撐，由于耗能梁段在大震時將首先屈服，計算時應取為單獨單元；鋼框架－支撐結構的斜桿可按端部鉸接桿計算；框架部分按計算得到的地震剪力應乘以調整系數(shù)，達到不小于結構底部總地震剪力的25％和框架部分地震剪力最大值1.8倍兩者中的較小者。中心支撐框架的斜桿軸線偏離梁柱軸線交點不超過支撐桿件的寬度時，仍可按中心支撐框架分析，但應計及由此產(chǎn)生的附加彎距；人字形和V形支撐組合的內力設計值應乘以增大系數(shù)，可取1.5。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…19高層建筑鋼結構梁柱構件的854.2多高層鋼結構的計算特點…202.內力與位移計算規(guī)范規(guī)定在進行內力及位移分析時可以采用較為精確的程序計算方法，也可以采用近似的簡化計算方法。－程序計算的基本方法－矩陣位移法－簡化近似計算方法－分層法、D值法采用近似計算方法計算高層鋼結構的內力與位移時，尚應注意以下問題應考慮梁柱節(jié)點域的剪切變形對側移的影響；高層建筑鋼結構的P-Δ效應較強，一般應驗算結構的整體穩(wěn)定性。11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…202.內力與位移計算規(guī)范864.2多高層鋼結構的計算特點…21高層建筑鋼結構的P-Δ效應較強，一般應驗算結構的整體穩(wěn)定性。但同時符合下列條件時，可不驗算結構的整體穩(wěn)定。（1）結構各樓層柱的長細比和平均軸壓比滿足式中：λm－樓層柱的長細比；Nm－樓層柱的平均軸壓力設計值；Npm－樓層柱的平均全塑性軸壓力；式中：fy－鋼材的屈服強度；Am－柱截面面積的平均值；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…21高層建筑鋼結構的P-Δ效874.2多高層鋼結構的計算特點…22（2）結構按一階線彈性計算所得的各樓層層間相對位移值滿足式中：Δu－按一階線彈性計算所得的層間位移；ΣFh－計算樓層以上全部水平作用之和；對不符合以上兩條件的高層建筑鋼結構，需驗算結構的整體穩(wěn)定。ΣFv－計算樓層以上全部豎向作用之和；11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…22（2）結構按一階線彈性計884.2多高層鋼結構的計算特點…233.承載力驗算鋼結構構件的承載能力應滿足下列公式要求：非抗震設計第一階段抗震設計時式中：γ0－結構重要性系數(shù)；S－地震作用效應組合設計值；R－結構構件承載力設計值；γRE－結構構件承載力的抗震調整系數(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構件承載力抗震調整系數(shù)11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…233.承載力驗算鋼結構構894.2多高層鋼結構的計算特點…244.位移限制不考慮地震作用時，結構在風荷載作用下第一階段抗震設計頂點側移層間側移層間側移第二階段抗震設計層間側移11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.2多高層鋼結構的計算特點…244.位移限制不考慮地震90第四章多高層鋼結構設計4.3多層多跨框架設計11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系第四章多高層鋼結構設計4.3多層多跨框架設計11/2914.3多層多跨框架設計…14.3.1構件設計-框架梁設計梁的抗彎強度梁的抗剪強度梁的整體穩(wěn)定梁的局部穩(wěn)定-框架柱設計框架節(jié)點處實現(xiàn)強柱弱梁設計概念的計算要求11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…14.3.1構件設計-框架梁設計924.3多層多跨框架設計…2軸壓比驗算強度柱平面內、外穩(wěn)定驗算柱的局部穩(wěn)定11/27/2022昆明理工大學建工學院土木系4.3多層多跨框架設計…2軸壓比驗算強度柱平面內、外穩(wěn)定驗934.3多層多跨框架設計…3中心支撐構件可用單斜桿、十字交叉斜桿、人字形或V形斜桿體系-中心支撐構件設計時應注意1）在計算中心支撐斜桿內力時，地震力應乘以增大系數(shù)，單斜桿支撐和交叉支撐乘以1.3，人字形支撐和V形支撐乘1.5。2）在多遇地震作用組合下，支撐斜桿的抗壓驗算按下