【正文】 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 本章目錄 基本要求 概述 高層鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算特點(diǎn) 壓型鋼板組合樓（屋 )蓋結(jié)構(gòu) 構(gòu)件及連接的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 1．了解多、高層鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系和特點(diǎn)及組合樓蓋的設(shè)計(jì)。 2．掌握高層鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 第 概述 1. 多、高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 2. 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系 1 .了解多、高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 2 .了解常用的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系 本節(jié)目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 多、高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 世界上第一幢高層鋼結(jié)構(gòu)是美國芝加哥的家庭保險公司大樓 (10層，高 55m)，建于 1884年。 20世紀(jì)開始，鋼結(jié)構(gòu)高層建筑在美國大量建成，最具代表性的有： l02層、高 381m的紐約帝國大廈 (圖 ) 110層、高 411m的世界貿(mào)易中心 目前世界上最高的鋼結(jié)構(gòu)建筑為 110層、高 443m的芝加哥西爾斯大廈 (圖 )。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 圖 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 我國現(xiàn)代高層建筑鋼結(jié)構(gòu)自 80年代中期起步，第一幢高層建筑鋼結(jié)構(gòu)為 43層、高 165m的深圳發(fā)展中心大廈（圖 ）。此后，較具代表性有： 44層、高 144m的上海希爾頓飯店 60層、高 208m的北京京廣中心 81層、高 325m的深圳地王大廈（圖 ） 88層、高 1998年底，我國頒布 《 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 》（ JGJ99— 98）。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 圖 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 圖 鋼結(jié)構(gòu)住宅 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的 特點(diǎn) 主要表現(xiàn)在： (1)自重輕 (2)抗震性能好 (3)有效使用面積高 (4)建造速度快 (5)防火性能差 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系 常用的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的 結(jié)構(gòu)體系 主要有： 框架結(jié)構(gòu)體系 框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 框架 — 支撐結(jié)構(gòu)體系 框架 — 核心筒結(jié)構(gòu)體系及筒體體系 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (1)框架結(jié)構(gòu)體系 純框架結(jié)構(gòu)一般適用于層數(shù) 30的高層鋼結(jié)構(gòu)，如圖 。 框架結(jié)構(gòu)的平面布置靈活，可為建筑提供較大的室內(nèi)空間，且結(jié)構(gòu)各部分剛度比較均勻?？蚣芙Y(jié)構(gòu)有較大延性，自震周期較長，因而對地震作用不敏感，抗震性能好。但框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，由于側(cè)向位移大，易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (2)框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系 在框架結(jié)構(gòu)中布置一定數(shù)量的剪力墻可以組成框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系，如圖。 這種結(jié)構(gòu)以剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度，可用于 40～ 60層的高層鋼結(jié)構(gòu)。 剪力墻按其材料和結(jié)構(gòu)的形式可分為鋼筋混凝土剪力墻、鋼筋混凝土帶縫剪力墻和鋼板剪力墻等。 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (3)框架 — 支撐結(jié)構(gòu)體系 框架 — 支撐結(jié)構(gòu)體系由沿豎向或橫向布置的支撐桁架結(jié)構(gòu)和框架構(gòu)成，是高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)體系，一般適用于 40～ 60層的高層建筑。 它的特點(diǎn)是框架與支撐系統(tǒng)協(xié)同工作，豎向支撐桁架起剪力墻的作用，承擔(dān)大部分水平剪力。在罕遇地震中，若支撐系統(tǒng)破壞，尚可內(nèi)力重分布由框架承擔(dān)水平力，即所謂兩道抗震設(shè)防。 支撐應(yīng)沿房屋的兩個方向布置，狹長形截面的建筑也可布置在短邊。設(shè)計(jì)時可根據(jù)建筑物高度及水平力作用情況調(diào)整支撐的數(shù)量、剛度及形式。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 支撐一般沿同一豎向柱距內(nèi)連續(xù)布置，見圖 (a)。這種布置方式層間剛度變化較均勻，適合地震區(qū)；當(dāng)不考慮抗震時，若立面布置需要，亦可交錯布置，圖 (b)；在高度較大的建筑中，若支撐桁架的高寬比太大，為增加支撐桁架的寬度，亦可布置在幾個跨間，圖 (c)。 圖 (a) (b) (c) 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (4)框架 — 核心筒結(jié)構(gòu)體系 若將框架 — 剪力墻結(jié)構(gòu)體系中的剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)置于內(nèi)筒的四周形成封閉的核心筒體，而外圍鋼框架柱柱網(wǎng)較密，就形成了框架 — 核心筒體系，見圖 。 這種結(jié)構(gòu)形式近年來被大量采用，中心筒既可采用鋼結(jié)構(gòu)亦可采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，核心筒體承擔(dān)全部或大部分水平力及扭轉(zhuǎn)力。樓面多采用鋼梁、壓型鋼板與現(xiàn)澆混凝土組成的組合結(jié)構(gòu)，與內(nèi)外筒均有較好的連接，水平荷載將通過剛性樓面?zhèn)鬟f到核心筒。 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (5)筒體結(jié)構(gòu)體系 筒體結(jié)構(gòu)是超高層建筑中受力性能較好的結(jié)構(gòu)體系，適用于 90層左右的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。筒體結(jié)構(gòu)由內(nèi)外兩個筒體多個筒體結(jié)構(gòu)組合而成，前者稱筒中筒體系，見圖 (a)，后者稱束筒體系，見圖 (b)。各個筒體共同抵抗水平力，具有很好的空間整體作用。 圖 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 第 高層鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算特點(diǎn) 1. 結(jié)構(gòu)荷載 2. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本節(jié)目錄 基本要求 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)荷載 高層鋼結(jié)構(gòu)多為超高層建筑， 水平荷載較大 是其設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。水平荷載包括風(fēng)荷載和地震荷載。 豎向荷載 豎向荷載主要是永久荷載 (結(jié)構(gòu)自重 )和活荷載。 這里，樓面和屋面活荷載以及雪荷載的標(biāo)準(zhǔn)值及其準(zhǔn)永久性系數(shù)等，應(yīng)按 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 的有關(guān)條文取值。 對某些未作具體規(guī)定的屋面或樓面活荷載如直升飛機(jī)平臺荷載等，應(yīng)根據(jù) 《 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 》 以及其他有關(guān)規(guī)定采用。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 高層建筑中，活荷載值與永久荷載值相比不大，因而計(jì)算時，一般對樓面和屋面活荷載可不作最不利布置工況的選擇，即 按各跨滿載簡化計(jì)算 。但當(dāng)活荷載較大時，需將簡化算得的框架梁的 跨中彎矩 計(jì)算值乘以 ～ 數(shù)； 梁端彎矩值 乘以 ～ 。 當(dāng)施工中采用附墻塔、爬塔等對結(jié)構(gòu)有影響的起重機(jī)械或其他設(shè)備時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行施工階段驗(yàn)算。 風(fēng)荷載 作用在高層建筑任意高度處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 ，應(yīng)按下式計(jì)算： kw0zszk ww ????設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 式中 kw — 任意高度處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 (kN/m2)； — 高層建筑基本風(fēng)壓 (kN/m2)； — 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； — 風(fēng)荷載體型系數(shù)； — 順風(fēng)向 高度處的風(fēng)振系數(shù)。 0wz?z?s?z 以上參數(shù)的取值，可按照 《 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 》 或《 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 》 的有關(guān)規(guī)定取用。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 地震作用 (1)一般計(jì)算原則 采用 兩階段設(shè)計(jì)法 ： 第一階段按 多遇 地震計(jì)算，第二階段按 罕遇 地震計(jì)算 注意： 當(dāng)高層建筑 主體結(jié)構(gòu)頂部 有突出的小體型建筑 (如電梯機(jī)房等 )時，應(yīng)計(jì)入 “ 鞭梢效應(yīng) ” 。一般可根據(jù)小體型建筑作為獨(dú)立體時的自振周期 與主體建筑的基本周期 的比例，分別按下列規(guī)定處理： （ 1）當(dāng) 時，可假定主體建筑為等截面沿高度延伸至小體型建筑的頂部，以此計(jì)算風(fēng)振系數(shù)。 （ 2）當(dāng) 時，其風(fēng)振系數(shù)按風(fēng)振理論進(jìn)行計(jì)算。 uT1T131 TTu ?131TTu ?設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 第一階段應(yīng)考慮下列原則： ①通常情況下，應(yīng)在結(jié)構(gòu)的兩個主軸方向分別計(jì)入水平地震作用，各方向的水平地震作用應(yīng)全部由該方向的抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)； ②當(dāng)有斜交抗側(cè)力構(gòu)件時，應(yīng)分別計(jì)入各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用， ③質(zhì)量和剛度明顯不均勻、不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入水平地震作用的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)； ④按 9度抗震設(shè)防的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，或者按 8度和 9度抗震設(shè)防的大跨度和長懸臂構(gòu)件，應(yīng)計(jì)入豎向地震作用。 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) (2)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)反應(yīng)譜，取阻尼比為 ，地震影響系數(shù) α 曲線如圖 。 圖 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的地震影響系數(shù) α地震影響系數(shù) 。αmax 地震影響系數(shù)最大值； T結(jié)構(gòu)自振周期； Tg –場地特征周期抗震設(shè)計(jì)水平地震影響系數(shù)最大值 α max α max max max Tg 2Tg T(s) ξ α （ T） α= T α max Tg ？ 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) 值應(yīng)根據(jù)近震、遠(yuǎn)震、場地類別及結(jié)構(gòu)自振周期計(jì)算， 及特征用期 按表 。 ?max? gT 近震 場地類別 遠(yuǎn)震 4 3 2 1 ? ?sTg特征周期 表 92 9 8 7 6 烈度 抗震設(shè)計(jì)水平地震影響系數(shù)最大值 表 91 max ? 設(shè)計(jì) 鋼結(jié)構(gòu) 第九章 多、高層房屋結(jié)構(gòu) )(T? ?? T ?? T TT ??TT )( ???)( ?T?TTT g )( ????系數(shù) 按下列公式確定： 當(dāng) 時， 當(dāng) 時， 當(dāng) 時， 值不小于 ?