【文章內(nèi)容簡介】 (3)努力做到有利于建筑工程設(shè)計和施工的要求力求減少開間、進深，盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)和層高尺寸，重復(fù)使用標準層，減少扭轉(zhuǎn) 2．高層建筑結(jié)構(gòu)布置的原則 高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循以下原則： (1)結(jié)構(gòu)平面形狀和立面體型應(yīng)盡可能簡單、規(guī)則，使各部分剛度均勻?qū)ΨQ，減少結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的可能性。塔式樓平面的有利形式為 o、丫、 、 A；板式樓的平面形式為口字形，長寬比和突出部位宜滿足下圖及下表限值，使建筑的剛度中心和質(zhì)量中心接近。 高層建筑結(jié)構(gòu)的總體布置要求： ≤ B 39。 / Bmax 大洞口寬度比 ≥1 ≤ l 39。/ Bmax l / b 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 準備設(shè)計資料 (1)工程性質(zhì)及建筑物安全等級。 (2)荷載和作用。 ①恒荷載標準值及其分布。 ②活荷載標準值及其分布。 ③基本風壓及地面粗糙度類型。 ④地震設(shè)防烈度。 ⑤環(huán)境溫度變化狀況。 ⑥基本雪荷載。 、高層鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計內(nèi)容和步驟 (3)地質(zhì)條件。 2．確定結(jié)構(gòu)平面布置 3．確定支撐體系的布置 4．確定框架梁、柱截面形式并初估截面尺寸 (1)框架梁的截面尺寸估算梁的截面高度應(yīng)考慮建筑高度、剛度條件和經(jīng)濟條件。確定梁的翼緣、腹板尺寸應(yīng)考慮局部穩(wěn)定、經(jīng)濟條件和連接構(gòu)造等因素。 (2)框架柱的截面尺寸柱的截面尺寸可由一根柱所承受的軸力乘以 ，按軸心受壓估算所需柱截面尺寸。 5．框架梁、柱線剛度計算及梁、柱計算長度的確定 6．荷載計算 (1)恒荷載。 (2)活荷載。 (3)風荷載。 (4)地震作用。 (5)溫度作用。 (6)施工荷載。 注意：對樓層數(shù)較多、豎向荷載較大的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮豎向構(gòu)件在豎向靜載作用下發(fā)生彈性壓縮變形對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不利作用。 結(jié)構(gòu)在風荷載作用下，頂點質(zhì)心位置的側(cè)移不宜超過建筑高度的 1/500，各樓層質(zhì)心位置的層間側(cè)移不宜超過樓層高度的1/400。 8．荷載作用下的框架內(nèi)力分析 (可采用任一適用的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法 ) (1)恒載設(shè)計值 = X恒載標準值 (2)活荷載設(shè)計值 =活荷載標準值 為便于內(nèi)力組合，可將活荷載分跨布置進行計算。因非上人屋面活荷載一般較小，可不考慮活荷載的最不利布置，將活荷載在屋面滿跨布置。 (3)風荷載作用下的框架內(nèi)力 (建議采用 D值法 ) 風荷載設(shè)計值 =風荷載標準值 對非對稱框架，應(yīng)分別計算左風和右風作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。 (4)地震作用下的框架內(nèi)力 (建議采用 D值法，荷載底部剪力法 ) 9．荷載組合和內(nèi)力組合 (1)考慮四種基本荷載組合： ①恒荷載 +活荷載 ②恒荷載 +風荷載 ③恒荷載 +(活荷載 +風荷載 ) ④恒荷載 + 活荷載177。 考慮溫度作用參與組合。 (2)橫梁內(nèi)力組合 (考慮活荷載的最不利布置 )。 (3)柱內(nèi)力組合 由于活荷載作用下的內(nèi)力用分層法計算，因此，在計算組合柱彎矩時，只考慮在柱相鄰層布置活荷載；在計算組合柱軸力時，則考慮在該柱以上各層布置活荷載。 構(gòu)件及連接設(shè)計 (1)框架梁、柱設(shè)計。 (2)節(jié)點設(shè)計。 ①鉸接柱腳。 ②剛接柱腳。 地震作用： GB500112022 多層框架鋼結(jié)構(gòu)荷載與作用 0k z s z? ? ? ? ??多遇地震阻尼 ，罕遇地震 荷載與作用： 豎向荷載 活載、雪載、積灰荷載 水平荷載 恒載 風載 : RS ?0?承載力：PP C??罕遇：CS?設(shè)計應(yīng)滿足 非抗震： 抗震： 變形： RERS ?/?承載力：變 形： ee C??多遇：荷載效應(yīng)組合 ①組合 1：恒載控制： 恒載效應(yīng) + 活載效應(yīng) ②組合 2：活載控制： 恒載效應(yīng) +活載效應(yīng) ③組合 3：左風組合： 恒載效應(yīng) +活載效應(yīng)+ 左風載效應(yīng) ④組合 4：右風組合： 恒載效應(yīng) +活載效應(yīng)+ 右風載效應(yīng) ⑤組合 5：左震組合： 重力荷載效應(yīng) +左震作用效應(yīng) ⑥組合 6：右震組合： 重力荷載效應(yīng) +右震作用效應(yīng) ⑦組合 7：左震組合： 重力荷載效應(yīng) +左震作用效應(yīng) ⑧組合 8：右震組合： 重力荷載效應(yīng) +右震作用效應(yīng) 承載力一般組合：設(shè)計值 正常使用組合：使用標準值 一：截面形式： 1 鋼結(jié)構(gòu)框架柱在兩個方向都承受較大的彎矩，同時又要考慮強柱弱梁的要求；而目前使用的焊接 H型鋼或 I字熱軋鋼截面，強弱軸 慣性矩之比 3～ 10，勢必造成材料浪費。但對平面受力結(jié)構(gòu)，選用 H型鋼或 I字鋼 在受力上還是合理的 2 對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱，可采用 雙軸等強的截面 ，如箱形截面，雙肢格構(gòu)截面，鋼管柱或方鋼管 混凝土柱。 3 方鋼管混凝土柱 目前缺乏相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程，應(yīng)用還較少。 尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復(fù)雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場施工 多層框架鋼構(gòu)件設(shè)計 鋼結(jié)構(gòu)柱： 鋼結(jié)構(gòu)柱：中翼緣或窄翼緣工字鋼 二 初選截面： 1：經(jīng)驗法： 可按吊車噸位，工作制，柱截面情況查表，并憑經(jīng)驗定 2：估算法： 將豎向荷載放大 20％作為軸力，按軸壓構(gòu)件估算柱截面 三 構(gòu)造規(guī)定： 1：柱端部應(yīng)設(shè)橫隔，間距不大于 9倍柱最大截面寬度和 8m 2：柱高厚比大于 20時，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋，間距不大于 3h0 多高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 節(jié)點設(shè)計 內(nèi)容 節(jié)點的設(shè)計原則 (總 ) 節(jié)點設(shè)計時的構(gòu)造要求 各類節(jié)點的做法及特點 節(jié)點分類 一 、 節(jié)點的設(shè)計原則 不考慮抗震要求時 結(jié)構(gòu)的主要荷載 包括兩種情況 抗震 非抗震 風荷載 結(jié)構(gòu)一般處于彈性狀態(tài) 作用時 與地震荷載相比不大 滿足構(gòu)件內(nèi)力要求即可 節(jié)點設(shè)計原則 當考慮抗震要求時 結(jié)構(gòu)的主要荷載 地震荷載 結(jié)構(gòu)可能進入塑性狀態(tài) 作用時 塑性區(qū)附近的節(jié)點 塑性區(qū)內(nèi)的桿件 特殊的設(shè)計要求 節(jié)點設(shè)計原則 滿足構(gòu)件內(nèi)力要求 特殊設(shè)計要求 針對 構(gòu)件塑性時的局部穩(wěn)定 節(jié)點極限承載力 梁塑性時的側(cè)向穩(wěn)定 A、 節(jié)點極限承載力 Mu ≥ Mp Vu ≥ (2Mp/l) Mu、 Vu — 節(jié)點的極限受彎 、 受剪承載力 Mp — 梁的全塑性彎矩承載力 l — 梁的凈跨度 梁柱節(jié)點極限承載力 Ru ≥ An ? fy Ru — 支撐連接的極限承載力 An — 支撐桿凈截面面積 fy — 支撐桿材料的屈服強度 支撐節(jié)點極限承載力 B、 構(gòu)件進入塑性狀態(tài)時 ， 板件的局部穩(wěn)定應(yīng)有保證 框架梁 板件 7度及以上 6度和非抗震設(shè)防 工字形梁和箱形梁翼緣懸伸部分 b/t 9 11 工字形梁和箱形梁腹版 h0/tw 72100N/Af 85120N/Af 箱形梁翼緣在兩腹板之間的部分 b0/t 30 36 框架梁板件寬厚比限值 注： 表中， N為梁的軸向力， A為梁的截面面積， f為梁的鋼材強度設(shè)計值； 表列值適用于 = Q235鋼，當鋼材為其它牌號時應(yīng)乘以 C、 受彎構(gòu)件塑性區(qū)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐點 避免梁發(fā)生側(cè)向的彎扭失穩(wěn) 目的 L0 兩相鄰支撐點之間的間距 設(shè)置方法 L0 / b0 ≤ ? (根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范 ） b0 受壓翼緣的寬度 二 、 節(jié)點設(shè)計的構(gòu)造要求 （ 總 ） 設(shè)計時 ， 應(yīng)使節(jié)點構(gòu)造簡單 ， 施工方便 ， 便于就位和調(diào)整 應(yīng)防止厚鋼板層狀撕裂 Z Y X 如圖 ， 通過軋制而成的鋼板 ，三個方向的機械性能均不相同 ， 其中 Z向 （ 厚度方向 ） 最差 ， 特別是塑性和韌性 鋼板受撕裂情況 B、 對于容易發(fā)生撕裂的部位 ， 應(yīng)要求嚴格檢查 A、 盡量避免焊縫收縮方向垂直鋼板板面方向 C、 在滿足承載力要求的前提下 ， 盡量減少焊縫尺寸 構(gòu)造措施 在確定框架吊裝單元時 ， 應(yīng)根據(jù)構(gòu)件重量 、 運輸和起吊設(shè)備綜合確定 柱 二層或三層樓高一根 （ 一 、 四層也可 ） 梁 每跨梁一根 密柱深梁的框筒 三根柱 + 三根梁 樹狀柱 吊裝單元 三根柱 + 二根梁 世界貿(mào)易中心 美國 ， 紐約 411m， 地上 110層 ， 地下 6層 ， 1973年竣工 阿莫科大廈（ Amoco Building) 芝加哥標準石油大樓 美國 ， 芝加哥 342m 地上 82 層 ， 地下 5 層 1973年 柱的工地接頭一般設(shè)置在主梁頂面 – m 高處 ,以便于安裝 梁若需要現(xiàn)場接頭 ， 其位置應(yīng)根據(jù) 內(nèi)力 、 運輸 、 支撐 綜合確定 一般距離柱軸線約 焊條應(yīng)與鋼材的型號匹配 ， 盡量選擇強度低的 ， 使節(jié)點有好的延性 為了焊透和滿焊 ， 應(yīng)設(shè)置引弧板和墊板 ， 且焊件應(yīng)加工成坡口 對于主要承重構(gòu)件的螺栓連接 ， 應(yīng)采用高強度螺栓 位移小 、 強度高 、延性好 若節(jié)點為栓焊混合連接 ， 應(yīng)先安裝螺栓 ， 再施焊 三 、 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的類型 梁 —— 柱 梁柱節(jié)點 柱 —— 柱 柱柱節(jié)點 梁 —— 梁 梁梁節(jié)點 柱 —— 基礎(chǔ) 柱腳節(jié)點 支撐 — 梁柱 支撐節(jié)點 鋼梁 — 鋼砼剪力墻 墻梁節(jié)點 梁柱節(jié)點 半剛性連接 剛性連接 鉸接 梁柱之間的轉(zhuǎn)動剛度 A、 剛性連接 全焊連接 全栓連接 栓焊連接 工廠中采用 ， 現(xiàn)場不宜采用 適合現(xiàn)場安裝 現(xiàn)場采用 ， 材料耗費多 梁 柱全焊接剛性節(jié)點 梁 柱栓焊混合連接剛性節(jié)點 T型鑄鋼件 角鋼 T型鑄鋼件和角鋼可以在工廠力先焊在柱上 ， 以減少現(xiàn)場工作量 ， 但運輸應(yīng)注意 全栓連接 梁 柱 T形件連接 B、 半剛性連接 介于剛性和鉸接之間 ， 有較大的延性和吸能性能 用于低烈度地震區(qū) ， 層數(shù)不多的鋼框架 梁 柱端板連接 C、 鉸接連接 梁可繞節(jié)點轉(zhuǎn)動 ， 節(jié)點不能傳遞彎矩 M 連接方法簡單 ， 施工方便 當不考慮鋼框架抵抗水平力時 ， 可以考慮鉸接 梁 柱的柔性連接 柱柱節(jié)點 寬翼緣工字型 矩型管截面 A、 柱截面 熱軋寬翼緣工字型截面 焊接的工字型截面 四塊鋼板通過焊接而成 B、 柱腹板 、 翼緣之間的焊接構(gòu)造 ① 焊接的工字型截面 角焊縫 ， 承受腹板 、 翼緣之間的豎向剪力 ② 焊接的矩形管截面 a、 當不考慮抗震要求時 部分熔透的 “ V ‖ 型 熔透的 “ U ‖ 型 轉(zhuǎn)角處焊縫 hf ≥ 1/3 t。 hf ≥ 14 mm 箱形柱角部組合焊縫 （ a）部分熔透焊縫； （ b）全熔透焊縫 C、 柱接頭做法 ① 不考慮抗震要求 a、 柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板 ， 厚度大于 10mm 寬翼緣工字型 矩型管截面 設(shè)于柱翼緣 兩相對的翼緣上 b、 柱接頭處采用部分焊透的單邊 “ V ‖ ― J ‖ 型坡口 c、 柱接頭位置一般在梁上 ， 以方便施工 部分焊透焊縫 工形柱工地拼接 ② 考慮抗震要求 a、 柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板 ， 方法同上 b、 柱接頭位于塑性區(qū)范圍以外 1/10 L 和 2h (取大值 ） c、 對于工字型截面 ， 翼緣熔透坡口焊 ， 承受彎矩 M 腹板高強度螺栓 ， 承受剪力 Q 軸力由兩者共同承擔 d、 矩形管截面 ， 采用焊透的坡口焊 箱形柱工地焊接 ③ 柱的變截面連接 a、 盡量不改變截面高度而改變翼緣厚度 b、 若改變截面高度 ， 則做法如圖 c、 變截面位置一般位于接頭部位 柱的變截面連接（ 1） 柱的變截面連接（ 2） 梁梁節(jié)點 A、 主梁的拼接 拼接位置應(yīng)在框架節(jié)點塑性區(qū)以外 主梁的拼接形式 B、 主次梁的相互連接 為防止受扭 ， 宜采用鉸接方法 次梁與主梁的簡支連接 次梁高度較小時與主梁的連接 次梁與主梁的剛性