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1、高层建筑钢结构 内容内容1 1、概述、概述2 2、设计原则、设计原则 8 8、结构计算方法、结构计算方法4 4、抗重力体系、抗重力体系 5 5、抗侧力体系、抗侧力体系 6 6、楼板、楼板 设计设计7 7、连接设计、连接设计3 3、钢材及连接材料、钢材及连接材料 第二部分第二部分 高层建筑钢结构设计原则高层建筑钢结构设计原则高层建筑高层建筑钢结构设计钢结构设计三个阶段三个阶段扩初设计阶段扩初设计阶段 方案设计阶段方案设计阶段 施工图设计阶段施工图设计阶段 方案设计方案设计阶段阶段 地位地位最重要的最重要的方案设计阶段方案设计阶段 内容内容平面形状 房屋形状的确定房屋形状的确定立面形状 高度高宽比
2、结构体系的选择结构体系的选择结构布置结构布置场地的选择场地的选择结构平面布置结构竖向布置主要介绍上述内容的确定原则主要介绍上述内容的确定原则具体具体内容内容平面形状平面形状 立面形状立面形状 高度高度高宽比高宽比结构体系的选择（以后介绍）结构体系的选择（以后介绍）场地的选择场地的选择结构平面布置结构平面布置结构竖向布置结构竖向布置结合中国规范结合中国规范简称简称 高钢规程高钢规程 一、房屋平面形状一、房屋平面形状 原则原则 1 1 宜采用双轴对称的简单规则平面宜采用双轴对称的简单规则平面圆形、方形、六边形、八边形、椭圆形原因原因A A、防止在风载作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产 生扭矩，从
3、而降低结构承载能力，且使居者感到不适。 B、防止在地震作用下，结构质量中心与刚度中心不重合， 产生扭矩，从而加重地震灾害。 原则原则 房屋平面形状应采用风荷载对其影房屋平面形状应采用风荷载对其影响较小的形状，最好是流线型的响较小的形状，最好是流线型的圆形圆形椭圆形椭圆形切边的矩形切边的矩形其风载体型系数与矩形相比降低30%台北台北101101大厦大厦2003年10月17日竣工，508m，101层，高度世界第一正方形平面佩特纳斯大厦佩特纳斯大厦混凝土外筒直径4633m，高强钢筋混凝土内筒22.822.98m 马来西亚，吉隆坡452m, 95层， 1996年竣工世界贸易中心世界贸易中心63.5m方
4、形平面 美国，纽约411m, 110层， 1973年竣工金茂大厦金茂大厦八边形平面 中国，上海4m, 层， 19年竣工国际金融中心国际金融中心中国，香港4 4m, m, 层， 年竣工八边形平面迪拜塔迪拜塔竣工后已更名为哈利法塔，2004年9月21日动工，是目前世界第一高楼与建筑。2高度828米，162层。2010年1月4日竣工。原则原则 若根据建筑要求需采用不规则平面形状，则尺若根据建筑要求需采用不规则平面形状，则尺寸应受到一定程度的限制。否则，应进行精确寸应受到一定程度的限制。否则，应进行精确的抗震计算和分析的抗震计算和分析。 原因原因防止在风载和地震作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产生扭
5、矩A、不满足 下列要求不规则平面形状 B B、任意一层的偏心率、任意一层的偏心率 0.15 0.15高钢规程高钢规程附录附录2 2C C、结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的长度，、结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向的长度， 超过该方向建筑总尺寸的超过该方向建筑总尺寸的25%25%D D、楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的、楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的50%50%E E、抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴、抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴中央电视台主楼中央电视台主楼含两栋分别为含
6、两栋分别为5252层、高层、高234234米和米和4444层、高层、高194194米米的塔楼，并由的塔楼，并由1414层、层、5656米高，重米高，重1.81.8万吨的悬万吨的悬臂钢结构连接，总建筑臂钢结构连接，总建筑面积面积47.347.3万平方米。万平方米。 原则原则 4 4 防震缝的设置防震缝的设置 设置条件设置条件1 1、若房屋形状复杂，且无条件进行精确抗震分析时，可设、若房屋形状复杂，且无条件进行精确抗震分析时，可设 2 2、若房屋长度太大，须设深缩缝时，则应设置、若房屋长度太大，须设深缩缝时，则应设置 3 3、若房屋两部分之间质量相差悬殊，或有较大错层，或两部分、若房屋两部分之间质
7、量相差悬殊，或有较大错层，或两部分 基础类型不同，沉降不同，需设沉降缝时基础类型不同，沉降不同，需设沉降缝时 4 4、裙房和主楼之间应根据情况确定、裙房和主楼之间应根据情况确定 设置原则设置原则1 1、伸缩缝、沉降缝均应满足抗震缝要求、伸缩缝、沉降缝均应满足抗震缝要求 2 2、防震缝宽度应根据规范确定、防震缝宽度应根据规范确定 3 3、防震缝应沿房屋高度方向通长设置。若不作为沉降缝，则基、防震缝应沿房屋高度方向通长设置。若不作为沉降缝，则基 础可不分开础可不分开二、房屋立面形状二、房屋立面形状 原则原则 1 1 尽量采用简单且沿高度变化均匀的形状尽量采用简单且沿高度变化均匀的形状。否则将使结构
8、质量和刚度突变，否则将使结构质量和刚度突变，对抗震极为不利对抗震极为不利 采用平面尺寸沿高度方向采用平面尺寸沿高度方向巨变的形状或倒梯形立面巨变的形状或倒梯形立面。矩形、梯形、三角形、矩形、梯形、三角形、避免避免后果原则原则 2 2 使建筑物外柱内倾使建筑物外柱内倾, ,形成锥状体型或形成锥状体型或平面逐渐收进平面逐渐收进, ,形成收进式阶梯型立面。形成收进式阶梯型立面。原因锥状体型上部迎风面积小锥状体型上部迎风面积小, ,可以减少上部可以减少上部结构所受风荷载结构所受风荷载减少风荷载引起的倾覆力矩，增加房屋减少风荷载引起的倾覆力矩，增加房屋的稳定性的稳定性减少侧移减少侧移三个好处三个好处数据
9、数据4040层楼房，外柱内倾层楼房，外柱内倾8%,8%,顶层侧移可减少顶层侧移可减少50%50%。San Francisco, California, USATime 1969 - 1972Materials: reinforced concrete steelHeight 260 m number of floors (above ground) 48Transamerica Pyramid (泛美大厦）Transamerica Pyramid (泛美大厦）First National Bank of Chicago (芝加哥第一国家银行) 世界上最高的银行大楼，共世界上最高的银行大楼，共6
10、0层，层，260米，米，于于1969年建成。年建成。 原则原则 对于竖向不规则的结构，则在薄弱地方采取措施，对于竖向不规则的结构，则在薄弱地方采取措施，并根据实际模型进行详细的计算和分析。并根据实际模型进行详细的计算和分析。 目的目的避免抗侧力刚度沿高度方向突变避免抗侧力刚度沿高度方向突变竖向不规则竖向不规则的结构的结构A A、楼层侧向刚度小于相邻上层的、楼层侧向刚度小于相邻上层的70%70%， 且连续三层总的侧向刚度降低超过且连续三层总的侧向刚度降低超过50%50%。 B B、相邻楼层质量之比超过、相邻楼层质量之比超过1.51.5（建筑为轻屋盖时，顶层除外）（建筑为轻屋盖时，顶层除外）。 C
11、 C、立面收进尺寸的比例满足、立面收进尺寸的比例满足L L1 1/L /L 0.75 6 精确的分析 需要 四、结构平面布置原则四、结构平面布置原则 原则 1 开间、进深和层高等尺寸尽量统一开间、进深和层高等尺寸尽量统一以减少构件总类和规格，方便施工以减少构件总类和规格，方便施工原则 2 各抗侧力体系之间应有尽量多的钢梁相连各抗侧力体系之间应有尽量多的钢梁相连减少柱在两个方向的计算长度，减少柱在两个方向的计算长度，增加柱的整体稳定增加柱的整体稳定原则 3 钢柱在两个方向均应与钢梁相连钢柱在两个方向均应与钢梁相连整个结构形成一个空间体系，整个结构形成一个空间体系，增加结构整体性能和抗震能力增加结
12、构整体性能和抗震能力压型钢板砼楼板压型钢板砼楼板 原则原则 4 4 钢梁的布置间距要与楼板的经济跨度相适应钢梁的布置间距要与楼板的经济跨度相适应跨度范围 1.5 4 m 经济跨度 2.0 3 m 现浇钢砼楼板现浇钢砼楼板 跨度范围 不限 经济跨度 2.0 m 左右 原则原则 5 5 正确布置抗侧力体系，使楼层的正确布置抗侧力体系，使楼层的刚度中心同质量中心重合刚度中心同质量中心重合减少结构在水平力作用下的扭转振动效应减少结构在水平力作用下的扭转振动效应原则原则 6 6 具有较大刚度的筒体，应在平面上居中或对称布置具有较大刚度的筒体，应在平面上居中或对称布置五、结构竖向布置原则五、结构竖向布置原
13、则 原则原则 1 1 在地震荷载作用下，结构的在地震荷载作用下，结构的破坏机制破坏机制设计为设计为总体屈服机制总体屈服机制在地震荷载作用下，结构的在地震荷载作用下，结构的破坏机制破坏机制总体屈服机制总体屈服机制楼层屈服机制楼层屈服机制区分方法竖向杆件（柱）竖向杆件（柱） 水平杆件（梁）水平杆件（梁）谁先屈服楼层屈服机制楼层屈服机制在水平荷载作用下，竖向构件先屈服在水平荷载作用下，竖向构件先屈服地震地震地震楼层屈服机制（强梁弱柱）楼层屈服机制（强梁弱柱）或者或者总体屈服机制在水平荷载作用下，水平构件先屈服地震总体屈服机制（强柱弱梁）总体屈服机制（强柱弱梁）地震形成的塑性铰数量更多，吸收更多能量，
14、有利于抗震原则 2 各楼层质量沿高度方向应没有剧烈变化各楼层质量沿高度方向应没有剧烈变化否则，在地震作用下，抗侧力构件所承担的剪力沿高度方向有巨变，不利于抗震后果原则 3 沿高度方向，抗侧力体系应该连续，且在同一条直线上否则，抗侧力体系将失去作用后果原则 4 在基础和上部结构之间，由于刚度和质量差别大，可用型钢砼结构充当过度层，以缓和刚度的突变长富宫中心长富宫中心 北京北京 地上地上2525层，地下层，地下2 2层层, 94m, 94m19871987年建成年建成 2 2层以下为型钢砼结构层以下为型钢砼结构, , 以上以上全部为钢框架结构全部为钢框架结构六、场地选择六、场地选择 总原则总原则 场地选择时，应避开对结构抗震不利的地带具体包括A、避开地震时可能发生危害的地段如崩塌、滑坡、地陷、泥石流等B、避开覆盖层较厚的场地室外地面到基岩之间的厚度C、避开不利地形如山丘、河岸等D、避开不利地基土如饱和松散的砂土和粉土，地震时将失去承载力，并产生较大沉降
