钢钢 结结 构构普通高等学校土建学科专业普通高等学校土建学科专业普通高等学校土建学科专业普通高等学校土建学科专业“ “十一五十一五十一五十一五” ”规划教材规划教材规划教材规划教材下册下册下册下册 房屋钢结构设计房屋钢结构设计房屋钢结构设计房屋钢结构设计陈绍蕃陈绍蕃陈绍蕃陈绍蕃 主编主编主编主编中国建筑工业出版社中国建筑工业出版社 20032003年年8 8月月第4章 多层及高层房屋结构第第4 4章章 多层及高层房屋结构多层及高层房屋结构多、高层房屋结构的组成 楼盖的布置方案和设计 柱和支撑的设计 多高层房屋结构的分析和设计计算 主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：重点：重点：重点：重点：多高层房屋结构的类别和布置方案楼盖、柱和支撑的布置和设计方法第4章 多层及高层房屋结构4.1 4.1 多、高层房屋结构的组成多、高层房屋结构的组成特点：侧向荷载效应的影响突出-风荷载、地震作用分类：按抵抗侧向荷载作用的功效分-框架结构、框剪 结构、筒体结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别结构类型结构类型第4章 多层及高层房屋结构框架结构的特点框剪结构的特点筒体结构的特点4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别侧向位移模式侧向位移模式侧向位移模式第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度钢结构和有混凝土剪力墙的钢结构高层建筑的适用高度(m)结构种类结构体系非抗震设防抗震设防烈度6、789钢结构框架框架支撑(剪力墙板)各类筒体1102603601102203009020026050140180有混凝土剪力墙的钢结构钢框架混凝土剪力墙钢框架混凝土核心筒22018010070钢框筒混凝土核心筒22018015070适用高度（JGJ99-98 依据地震设防烈度划分）第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别芯筒体系(悬挂结构) 芯筒体系芯筒体系第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别支撑框筒体系支撑框筒体系支撑框筒体系第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别非抗震设防的多层房屋房屋形式(12层)多层房屋的抗侧力结构多层房屋的抗侧力结构第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别抗震设防的多高层钢结构房屋形式l中心支撑体系（不超过12层）中心支撑体系中心支撑体系第4章 多层及高层房屋结构4.1.1 4.1.1 多高层房屋结构的类别多高层房屋结构的类别抗震设防的多高层钢结构房屋形式l偏心支撑体系偏心支撑体系偏心支撑体系第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要几何尺寸示意几何尺寸示意平面形式第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要平面尺寸 L、l、l、B的限值的限值平面的长宽比凹凸部分的长宽比大洞口宽度比L/BL/Bmaxl/bl /BmaxB /Bmax541.510.5第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要平面不规则结构l 偏心率第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要结构竖向布置 l高宽比 高宽比的限值高宽比的限值设防烈度6、789最大高宽比6.56.05.5第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要竖向不规则结构 立面收进立面收进 第4章 多层及高层房屋结构4.1.2 4.1.2 结构布置提要结构布置提要基础l设地下室l埋深l地下室形式l过渡层第4章 多层及高层房屋结构4.2 4.2 楼盖的布置方案和设计楼盖的布置方案和设计 楼盖结构作用方案选择要求 4.2.1 4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 第4章 多层及高层房屋结构4.2.1 4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 框架布置方案框架布置方案楼盖结构组成l l楼板楼板l l梁系梁系第4章 多层及高层房屋结构4.2.1 4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 斜向主梁斜向主梁梁系布置的其他要求l l间间距距l l空空间间体系体系l l长细长细比比l l抗抗倾倾覆要求覆要求第4章 多层及高层房屋结构4.2.1 4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 腹板开圆孔的构造要求腹板开圆孔的构造要求 腹板开洞要求第4章 多层及高层房屋结构4.2.1 4.2.1 楼盖布置原则和方案楼盖布置原则和方案 主次梁连接主次梁连接主次梁连接：平接连接第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 压型钢板组合楼盖压型钢板组合楼盖 布置方式第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 栓钉受剪承载力设计值栓钉受剪承载力折减l梁负弯矩区l有压型钢板时第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 （压型钢板肋与钢梁平行时）（压型钢板肋与钢梁垂直时）承载力设计值应折减的栓钉布置承载力设计值应折减的栓钉布置 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 压型钢板与混凝土的连接压型钢板与混凝土的连接 水平剪力的传递形式 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 x x轴轴 组合楼板的设计l楼板分类：组合板和非组合板l承受的荷载：施工阶段荷载和使用阶段荷载l挠曲效应施工阶段l验算内容l荷载l验算方法第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 使用阶段l非组合板，作模板使用l组合板：验算内容；荷载；验算方法第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 承载力验算的力学模型l单向弯曲板l双向弯曲板l内容：正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力和斜截面抗剪承载力 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 正截面抗弯承载力验算l塑性中和轴在压型钢板顶面以上塑性中和轴在压型钢板顶面以上塑性中和轴在压型钢板顶面以上第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 正截面抗弯承载力验算l塑性中和轴在压型钢板截面内 塑性中和轴在压型钢板截面内塑性中和轴在压型钢板截面内 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 抗冲剪承载力验算剪力临界周界剪力临界周界 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 斜截面抗剪承载力验算（一个波距）第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 承受局部荷载l有效工作宽度bef集中荷载分布的有效宽度集中荷载分布的有效宽度 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 承受局部荷载l有效工作宽度bef抗弯计算时抗剪计算时第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁混凝土翼板的有效宽度组合梁混凝土翼板的有效宽度组合梁设计l翼板的计算厚度： h0或 hc第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁设计l翼板的有效宽度bce= b0+bc1+bc2组合梁混凝土翼板的有效宽度组合梁混凝土翼板的有效宽度第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 弹性分析：将受压混凝土翼板折算成钢材l荷载标准组合 beq=bce El荷载准永久组合 beq=bce (2E)组合梁弹性分析的换算截面组合梁弹性分析的换算截面第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 正截面抗弯承载力计算的基本假定l纵向钢筋和钢梁l受拉侧的混凝土l受压侧的混凝土第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 钢梁板件的局部失稳要求第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁的正截面受弯承载力验算l正弯矩作用时，塑性中和轴在混凝土翼板内：塑性中和轴在混凝土翼板内塑性中和轴在混凝土翼板内第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁的正截面受弯承载力验算l正弯矩作用时，塑性中和轴在钢梁截面内：塑性中和轴在钢梁截面内塑性中和轴在钢梁截面内第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁的正截面受弯承载力验算l负弯矩作用时：MMp+Asfsy(y3+y4 /2)负弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算负弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁的受剪承载力验算：全部剪力由钢梁腹板承受 Vhwtwfv 第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁栓钉连接件验算 l剪跨区组合梁剪跨区段划分组合梁剪跨区段划分第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁栓钉连接件验算 l栓钉连接件总数n n=V/Nvc l正弯矩区剪跨段(图中剪跨段1，2和5)V=Af (塑性中和轴位于混凝土翼板内) V=bcehcfcm (塑性中和轴位于钢梁截面内)l负弯矩区剪跨段(图中剪跨段3和4) V=Asfsy第4章 多层及高层房屋结构4.2.2 4.2.2 压型钢板组合楼盖设计压型钢板组合楼盖设计 组合梁栓钉连接件验算 l栓钉分布集中力作用时栓钉连接件的布置集中力作用时栓钉连接件的布置第4章 多层及高层房屋结构4.3 4.3 柱和支撑的设计柱和支撑的设计 柱截面形式板件宽厚比4.3.1 4.3.1 框架柱设计概要框架柱设计概要多 层 ( 12 层 ) 框 架板 件 名 称7度8度9度柱工字形截面翼缘外伸部分箱形截面壁板工字形截面腹板134052123648113644梁工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分箱形截面翼缘在两腹板间的部分工字形截面和箱形截面腹板(Nb/Af 12 层 ) 框 架板 件 名 称6度7度8度9度柱 工字形截面翼缘外伸部分工字形截面腹板箱形截面壁板13433911433710433594333梁 工字形截面和箱形截面翼缘外伸部分箱形截面翼缘在两腹板间的部分工字形截面和箱形截面腹板113685120Nb/Af103280110Nb/Af93072100Nb/Af93072100Nb/Af框架柱板件宽厚比框架柱板件宽厚比第4章 多层及高层房屋结构4.3.1 4.3.1 框架柱设计概要框架柱设计概要 长细比l多层(12层)框架柱在68度设防时不应大于120，9度设防时不应大于100。l高层(12层)框架柱在设防烈度为6，7为120，8度为80，9度为60。第4章 多层及高层房屋结构4.3.1 4.3.1 框架柱设计概要框架柱设计概要 强柱弱梁计算Wpc(fycN/Ac)Wpbfyb lJGJ99-98不验算的条件N0.6AcflGB50011规定不验算的条件（三者之一）柱所在楼层的受剪承载力比上一层高出25%；N0.4Ac f ；地震力加大一倍后组合的柱轴力下，柱作为轴心受压构件能保证稳定性第4章 多层及高层房屋结构4.3.1 4.3.1 框架柱设计概要框架柱设计概要 节点域的稳定性twc(h0b+h0c)/90 (Mb1+Mb2) /VP(4/3)fv/RE 纯框架柱的计算长度l有侧移时l无侧移时第4章 多层及高层房屋结构4.3.2 4.3.2 柱与梁的连接柱与梁的连接连接形式：多为刚性连接梁与柱的刚性连接梁与柱的刚性连接第4章 多层及高层房屋结构4.3.2 4.3.2 柱与梁的连接柱与梁的连接 梁柱连接的地震裂缝梁柱连接的地震裂缝梁柱连接的地震裂缝第4章 多层及高层房屋结构4.3.2 4.3.2 柱与梁的连接柱与梁的连接改进形式l骨式连接 l梁端部加腋 l悬臂梁段改进的节点构造改进的节点构造第4章 多层及高层房屋结构4.3.2 4.3.2 柱与梁的连接柱与梁的连接半刚性连接 l端板高强螺栓连接方式l上、下角钢和高强螺栓方式梁和柱的半刚性连接梁和柱的半刚性连接第4章 多层及高层房屋结构4.3.3 4.3.3 水平支撑布置水平支撑布置支撑类型l横向水平支撑l纵向水平支撑 作用l临时水平支撑l永久水平支撑形式：平面桁架 第4章 多层及高层房屋结构4.3.3 4.3.3 水平支撑布置水平支撑布置水平支撑布置 水平支撑布置水平支撑布置第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计构成：贯通整个建筑物高度的平面桁架形式分类l竖向中心支撑l竖向偏心支撑 布置l一部分柱间布置l横向或纵横两向布置l可沿外墙布置，也可沿内墙布置 第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计中心支撑l形式中心支撑类型中心支撑类型第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计中心支撑l长细比非抗震设防结构：受拉杆件300，受压杆件150抗震设防结构类 型6、7度8度9度多层(12层)按压杆设计150120120按拉杆设计200150150高层(12层)1209060中心支撑杆件长细比限值中心支撑杆件长细比限值第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计板件宽厚比：l6度抗震设防和非抗震设防：按钢结构设计规范GB50017l抗震设防结构：中心支撑杆件长细比限值中心支撑杆件长细比限值板 件 名 称多层(12层)高层(12层)7度8度9度6度7度8度9度翼缘外伸部分131199887工字形截面腹板33302725232321箱形截面腹板31282523212119圆管外径与壁厚比42404038第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计截面形式P-效应的附加效应l附加弯曲效应l人字形和V形支撑：楼面垂直荷载l弹性压缩变形的附加压应力第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计支撑斜杆验算第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计中心支撑节点构造中心支撑节点构造中心支撑节点构造第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计偏心支撑l形式l特征l长细比l板件宽厚比l至少一端与耗能梁段连接l耗能梁段的局部稳定要求第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计偏心支撑框架偏心支撑框架偏心支撑框架第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计耗能梁段的局部稳定性l翼缘板宽厚比l腹板高厚比第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计耗能梁段的塑性受剪承载力VpVp =0.58fy h0 tw塑性受弯承载力MpMp =Wpfy受轴向力时的全塑性受弯承载力MpcMpc=Wp(fyN)当N 0.15Af时：VVlc/RE Vlc为以下两式的较小值：第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计耗能梁段分类l剪切屈服型l弯曲屈服型l宜设计成剪切屈服型第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计多遇地震下耗能梁段的强度校核l腹板强度l翼缘强度第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计偏心支撑斜杆的承载力计算 第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计强柱弱梁Mc=min(2VpMc,com Vlb，2MpcMc,com Mlb)Nc=min(2VpNc,com Vlb，2MpcNc,com Mlb)第4章 多层及高层房屋结构4.3.4 4.3.4 竖向支撑设计竖向支撑设计偏心支撑构造偏心支撑构造偏心支撑构造第4章 多层及高层房屋结构4.4.4 4 多高层房屋结构的分析和设计计算多高层房屋结构的分析和设计计算 竖向荷载风荷载地震荷载l抗震设防类别l抗震设计目标l抗震设防原则4.4.1 4.4.1 荷载荷载 第4章 多层及高层房屋结构4.4.1 4.4.1 荷载荷载弹性设计谱弹性设计谱弹性设计谱第4章 多层及高层房屋结构4.4.1 4.4.1 荷载荷载计算方法l底部剪力法l振型分解反应谱法l竖向地震作用l时程分析法第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 计算模型的建立l计算原则l计算模型l注意要点第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 静力分析方法 l矩阵位移法l位移相等原则第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 多、高层框架近似分析方法 l分层法：竖向荷载作用的平面框架分层法示意图分层法示意图第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 多、高层框架近似分析方法 lD值法：水平荷载作用 反弯点法改进反弯点法（D值法）第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 稳定分析方法 l一阶弹性分析方法：计算长度法l二阶弹性分析方法：放大系数法M=Mb+2Ms第4章 多层及高层房屋结构4.4.2 4.4.2 结构分析结构分析 地震作用分析方法 l基本原则l第一阶段抗震设计计算方法底部剪力法 振型分解反应谱法时程分析法l第二阶段抗震设计计算方法时程分析法静力弹塑性方法第4章 多层及高层房屋结构4.4.3 4.4.3 结构设计结构设计 地震作用分析方法 l荷载组合包含地震作用时l构件验算一般要求：承载力、侧移、舒适度抗震设计 第4章 多层及高层房屋结构4.4.3 4.4.3 结构设计结构设计 一般要求 l承载力不进行地震作用时：0SRl侧移l舒适度公寓建筑 aw(或atr)0.20m/s2公共建筑 aw(或atr)0.28m/s2第4章 多层及高层房屋结构4.4.3 4.4.3 结构设计结构设计 抗震设计l第一阶段抗震设计承载力SR/RE 侧移构件名称梁柱支撑节点节点螺栓节点焊缝RE0.750.750.800.850.850.90构件承载力的抗震调整系数构件承载力的抗震调整系数第4章 多层及高层房屋结构4.4.3 4.4.3 结构设计结构设计 抗震设计l第二阶段抗震设计结构层间侧移不得超过层高的1/70结构层间侧移延性比不得大于下表规定结构类别层间侧移延性比钢框架偏心支撑框架中心支撑框架有混凝土剪力墙的钢框架3.53.02.52.0结构层间侧移延性比结构层间侧移延性比