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1、第四章第四章多高层钢结构设计多高层钢结构设计4.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系14.1.1 多高层钢结构的特点多高层钢结构的特点高层建筑发展的基本原因高层建筑发展的基本原因 a)经济的发展；经济的发展；b)城市人口增多；城市人口增多；c)建设用地减少；建设用地减少；d)地价上涨；地价上涨；e)建筑科技进步；建筑科技进步；f)轻质高强材料的应用。轻质高强材料的应用。u高层建筑的发展简况高层建筑的发展简况城市人口集中，用地紧张，以及商业竞争城市人口集中，用地紧张，以及商业竞争的激烈化，促使近代高层建筑的出现和发的激烈化，促使近代高层建筑的出现和发展。展。中国最早的高层建
2、筑是一些寺、塔。中国最早的高层建筑是一些寺、塔。4.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系1国外高层建筑发展的国外高层建筑发展的3个阶段个阶段第一阶段第一阶段，在，在19世纪中期之前，欧洲和美国一般只能世纪中期之前，欧洲和美国一般只能建造建造6层左右的建筑。层左右的建筑。第二阶段第二阶段，从，从19世纪中叶开始到世纪中叶开始到20世纪世纪50年代，世界年代，世界上第一幢近代高层建筑是美国芝加哥的家庭保险公司大上第一幢近代高层建筑是美国芝加哥的家庭保险公司大楼，楼，11层，高层，高55m，建于，建于1884年。到年。到19世纪末，高层世纪末，高层建筑已突破建筑已突破100m大
3、关。大关。1931年在美国纽约曼哈顿建造年在美国纽约曼哈顿建造的的102层、高层、高381m的著名的帝国大厦，它保持世界最的著名的帝国大厦，它保持世界最高建筑记录达高建筑记录达42年之久。年之久。第三阶段第三阶段，从，从20世纪世纪50年代到现在，高层建筑已出现年代到现在，高层建筑已出现多种结构体系，如多种结构体系，如RC结构，结构，S结构。结构。始用年代始用年代 结构体系和特点结构体系和特点18851889190320世纪初世纪初二次二次大战后大战后20世纪世纪50年代年代20世纪六七十年世纪六七十年代代20世纪世纪80年代年代20世纪世纪80年代中年代中期期砖墙、铸铁柱、钢梁砖墙、铸铁柱、
4、钢梁钢框柱钢框柱钢筋混凝土框架钢筋混凝土框架钢框架支撑钢框架支撑钢筋混凝土框架剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土钢筋混凝土框架剪力墙、钢筋混凝土剪力墙、预制钢筋混凝土结构结构钢框架钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构钢框架钢筋混凝土核芯筒、钢骨钢筋混凝土结构框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架框筒、筒中筒、束筒、悬挂结构、偏心支撑和带缝剪力墙板框架巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构巨型结构、应力蒙皮结构、隔震结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构被动耗能结构、主动控制结构、混合控制结构4.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系1我国多高层钢结构
5、我国多高层钢结构自自20世纪世纪80年代中期起步，随后年代中期起步，随后在北京、上海、深圳、大连等地陆续建成大量多高层在北京、上海、深圳、大连等地陆续建成大量多高层建筑钢结构。建筑钢结构。u多高层钢结构的特点多高层钢结构的特点自重轻自重轻抗震性能好抗震性能好有效使用面积高有效使用面积高建造速度快建造速度快防火、防腐性能差防火、防腐性能差4.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系24.1.2.多高层钢结构的结构体系多高层钢结构的结构体系1-框架体系框架体系4.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系2-框架框架-剪力墙体系剪力墙体系4.1.2.多高层钢结构的
6、结构体系多高层钢结构的结构体系24.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系2-框架框架-支撑结构体系支撑结构体系4.1.2.多高层钢结构的结构体系多高层钢结构的结构体系34.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系2-框架框架-筒体结构体系筒体结构体系4.1.2.多高层钢结构的结构体系多高层钢结构的结构体系44.1多高层钢结构的特点与结构体系多高层钢结构的特点与结构体系2-筒体结构体系筒体结构体系西尔斯西尔斯(Sears)大楼筒体变化图大楼筒体变化图筒中筒结构筒中筒结构4.1.2.多高层钢结构的结构体系多高层钢结构的结构体系54.1多高层钢结构的特点与结构
7、体系多高层钢结构的特点与结构体系2-巨型框架体系巨型框架体系4.1.2.多高层钢结构的结构体系多高层钢结构的结构体系64.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点14.2.1 荷载荷载1水平方向的风荷载和地震作用水平方向的风荷载和地震作用，对高层钢结构设计起，对高层钢结构设计起着着主要的控制作用主要的控制作用4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点21.竖向荷载竖向荷载永久荷载（结构自重）永久荷载（结构自重）可变荷载（楼面及屋面活荷载）可变荷载（楼面及屋面活荷载）注：相关荷载按注：相关荷载按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001)的有关条文取值。的有关条
8、文取值。4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点32.风荷载风荷载ozszkww -风压高度变化系数风压高度变化系数z -风荷载体型系数风荷载体型系数s -顺风向顺风向z高度处的风振系数高度处的风振系数z注：注：相关系数按相关系数按建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范（GB50009-2001)和和高高层民用建筑钢结构技术规程层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99-98）的有关条文取值。）的有关条文取值。式中，式中，-任意高度处的风荷载标准值（任意高度处的风荷载标准值（kN/m2）kw -高层建筑基本风压（高层建筑基本风压（kN/m2）0w风荷载标准值风荷载标准值 由下式计算由下式计算k
9、w4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点43.地震作用地震作用抗震设防烈度抗震设防烈度-按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度震烈度;-必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定必须按国家规定的权限审批、颁发的文件（图件）确定;-设防范围设防范围6-9度度抗震设防目标抗震设防目标小震不坏、中震可修、大震不倒小震不坏、中震可修、大震不倒两阶段设计两阶段设计4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点5 注：注：1）第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；）第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；2
10、）大部分建筑）大部分建筑的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。的第二阶段设计主要由概念设计和构造措施来保证。三水准地震作用的标定三水准地震作用的标定4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点6IImI0Isf(I)Im=I0-1.55 Is=I0+1建筑类别与设防标准建筑类别与设防标准4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点7地震作用计算地震作用计算4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点81)一般说明和计算原则一般说明和计算原则影响设计地震作用的因素影响设计地震作用的因素4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点9设计地震作用的方向设计地震
11、作用的方向4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点10地震作用的计算范围和原则地震作用的计算范围和原则 水平地震作用的计算原则水平地震作用的计算原则 一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方一般正交布置抗侧力构件的结构，可沿纵横主轴方向分别计算；向分别计算；斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构斜交布置抗侧力构件的结构，宜按平行于抗侧力构件方向计算；件方向计算；质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应考虑水平地震作用的扭转影响。平地震作用的扭转影响。4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点11地震作用的计算方法及其适用
12、范围地震作用的计算方法及其适用范围4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点12计算模型计算模型集中质量模型集中质量模型4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点132）设计反应谱）设计反应谱max45.0max2max2TTgmax12)5(2.0gTT61.0gTgT5sT/GkGgPGAPGASgmmSFaa图中，图中，55.005.09.0曲线下降段的衰减指数曲线下降段的衰减指数阻尼比阻尼比805.002.017.106.005.0121 1下降斜率调整系数下降斜率调整系数2 2阻尼调整系数阻尼调整系数动力系数动力系数地震系数地震系数地震影响系数地震影响系数最大地震
13、作用最大地震作用4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点14特征周期特征周期 Tg（s）水平地震影响系数最大值水平地震影响系数最大值maxmaxmax和和T Tg g分别按下列表格取值分别按下列表格取值4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点153）水平地震作用计算）水平地震作用计算eqEkGF1)1(1nEkniiiiiiFHGHGFEknnFFniminiFFVGeq结构等效重力荷载代表值结构等效重力荷载代表值SDOF：Geq=G1MDOF：Geq=Sum(Gi)*0.85 或或 Geq=Sum(Gi)*0.80HiFiFEkFnmHi4.2 多高层钢结构的计算特点
14、多高层钢结构的计算特点16ijijjjiGaF2jSS计算振型计算振型计算地震影响系数和振型参与系数计算地震影响系数和振型参与系数计算振型地震作用计算振型地震作用计算振型地震效应计算振型地震效应振型组合振型组合njijinniijiiiiyayayayayax12211nijiinijiijXGXG121a1ixg(t)ajianixi(t)4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点17竖向特别不规则的建筑竖向特别不规则的建筑高度较大的建筑高度较大的建筑采用时程分析法进行补充计算采用时程分析法进行补充计算采用能反应当地场地特征的地震波不能少于采用能反应当地场地特征的地震波不能少于4条
15、，其条，其中宜包括一条本地区历史上发生地震时的实测记录波中宜包括一条本地区历史上发生地震时的实测记录波地震波的持续时间不宜过短，宜取地震波的持续时间不宜过短，宜取1020s或更长或更长4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点184.2.2 结构计算结构计算1.结构计算的一般原则结构计算的一般原则结构计算可采用结构计算可采用弹性方法计算弹性方法计算。抗震设防结构尚应考虑罕遇。抗震设防结构尚应考虑罕遇地震下的地震下的弹塑性计算弹塑性计算；现浇组合楼盖现浇组合楼盖可假设在其可假设在其自身平面内绝对刚性自身平面内绝对刚性；弹性分析时弹性分析时，宜考虑宜考虑现浇楼盖与钢梁的现浇楼盖与钢梁的共
16、同工作共同工作，此时应保，此时应保证楼板与钢梁间有可靠连接；证楼板与钢梁间有可靠连接；弹塑性分析时弹塑性分析时，不宜考虑不宜考虑楼板与楼板与钢梁的钢梁的共同工作共同工作；计算模型应视具体结构形式和计算内容确定，一般情况下可采计算模型应视具体结构形式和计算内容确定，一般情况下可采用平面抗侧力结构的用平面抗侧力结构的空间协同计算模型空间协同计算模型；当结构布置规则、质；当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构平面结构计算模型计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应采用平面抗侧力单元的结构，或为筒体结构时，应采用空间结构计空间结构计算模型算模型；4.2 多高层钢结构的计算特点多高层钢结构的计算特点19高层建筑高层建筑钢结构梁柱钢结构梁柱构件的构件的跨高比较小跨高比较小，计算结构的内力和，计算结构的内力和位移时，除考虑梁、柱的弯曲变形和柱的轴向变形外，位移时，除考虑梁、柱的弯曲变形和柱的轴向变形外，尚应计尚应计算梁、柱
