鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4-1課件

1、第 4 章 多層及高層房屋結(jié)構(gòu)4.1 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成4.2 樓蓋的布置方案和設(shè)計(jì)4.3 柱和支撐的設(shè)計(jì)4.4 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的分析 和設(shè)計(jì)計(jì)算多、高層鋼結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)多層和高層房屋建筑之間無嚴(yán)格的界線；大致可以12層(高度約40m)為界； 世界高層建筑委員會(huì)1972年建議，將高層建筑劃分為以下四類：第一類：916層，高度不超過50m;第二類：1725層，高度不超過75m;第三類：2640層，高度不超過100m;第四類：40層以上，高度100m以上。3我國(guó)民用建筑設(shè)計(jì)通則 (JGJ 37 ) 、高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GB 50045)中規(guī)定：住宅建筑10層及10層以上為高層建筑；除住宅

2、建筑之外的民用建筑高度超過24m者為高層建筑(不包括建筑高度超過24m的單層公共建筑)。我國(guó)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ 33 )中規(guī)定：10層及10層以上和總高度超過28m的民用建筑為高層建筑。建筑高度超過100m的建筑均為超高層建筑。注：建筑高度從室外地面至檐口或屋面面層的高度計(jì)算，屋頂上的水箱間、電梯機(jī)房、排煙機(jī)房和樓梯出口小間等設(shè)備用房不計(jì)入建筑高度內(nèi)。我國(guó)對(duì)高層建筑的定義：4主要優(yōu)點(diǎn):重量輕抗震性能好施工周期短工業(yè)化程度高環(huán)保效果好多層鋼結(jié)構(gòu)住宅的開發(fā)和建造已得到重視。5 日本國(guó)土處于太平洋地區(qū)地震帶中，特別重視居住者的生命和財(cái)產(chǎn)安全，追求住宅良好的抗震性。到20世紀(jì)90 年代

3、末，日本預(yù)制裝配住宅中木結(jié)構(gòu)占18%，混凝土結(jié)構(gòu)占11%，鋼結(jié)構(gòu)占71%，其新建的14 層建筑，大都采用了鋼結(jié)構(gòu)。 美國(guó)是最早采用鋼框架結(jié)構(gòu)建造住宅的國(guó)家和地區(qū)之一，越來越多的房屋開發(fā)商轉(zhuǎn)而經(jīng)營(yíng)鋼結(jié)構(gòu)住宅。1965年輕鋼結(jié)構(gòu)在美國(guó)僅占建筑市場(chǎng)15，1990 年上升到53，而1993 年上升到68，到2000 年已經(jīng)上升到75。 在澳大利亞，鋼框架住宅占全部住宅數(shù)量的30，到2000 年，這個(gè)比例達(dá)到50。 英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)，意大利，芬蘭等國(guó)都有本國(guó)成熟的鋼結(jié)構(gòu)住宅體系，鋼結(jié)構(gòu)住宅占有較大的市場(chǎng)份額。青島即墨鋼結(jié)構(gòu)住宅萊鋼開發(fā)的青島鋼結(jié)構(gòu)住宅4.1 多、高層房屋結(jié)構(gòu)的組成4.1.1 多、高層房屋

4、結(jié)構(gòu)的類別4.1.2 結(jié)構(gòu)布置提要本節(jié)內(nèi)容框架結(jié)構(gòu) 最早用于高層建筑，現(xiàn)多用于6層以下多層建筑；柱距宜控制在69m范圍內(nèi)次梁間距一般以34m為宜 優(yōu)點(diǎn):平面布置較靈活，剛度分布均勻，延性較大，自振周期較長(zhǎng)，對(duì)地震作用不敏感；缺點(diǎn)：側(cè)向剛度差，適用于多層，采用剛接節(jié)點(diǎn)；1112側(cè)向位移模式： 純框架結(jié)構(gòu)： 剪切變形模式 抗剪結(jié)構(gòu)： 彎曲變形模式 二者組合（框剪結(jié)構(gòu)）： 顯著減少了純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移 地震作用下，雙重設(shè)防，兩道防線；用于地震區(qū)時(shí)，具有雙重設(shè)防的優(yōu)點(diǎn)可用于不超過4060層的高層建筑框剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):需采取構(gòu)造措施鋼板結(jié)構(gòu)(89mm厚鋼板) 研究表明，在側(cè)向剛度相同時(shí)，鋼

5、板剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)用鋼量少。剪力墻：束筒結(jié)構(gòu) 由各筒體之間共用筒壁的一束筒狀結(jié) 構(gòu)組成(減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)) 可較靈活地組成平面形式鋼筋混凝土筒體(常作為內(nèi)筒出現(xiàn)) 可將各筒體在不同的高度中止密柱深梁的鋼結(jié)構(gòu)筒體筒體18西爾斯大廈 結(jié)構(gòu)種類 結(jié)構(gòu)體系 非抗震設(shè)防抗震設(shè)防烈度鋼結(jié)構(gòu) 框架-支撐（剪力墻板）各類筒體 110 260 360 110 220 300 90 200 260 50 140 180 鋼框架-混凝土剪力墻220 180 100 70 有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu) 220 180 15070 6, 789框架鋼框架-混凝土核心筒鋼框筒-混凝土核心筒鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪

6、力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的適用高度（m） 芯筒體系亦稱懸掛結(jié)構(gòu)；打破了密柱深梁對(duì)建筑設(shè)計(jì)的桎梏；實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)（充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能好的優(yōu)勢(shì)）；通常設(shè)置一些稱為帽桁架和腰桁架的水平桁架。支撐框筒結(jié)構(gòu)或桁架筒體結(jié)構(gòu) 支撐系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)建筑物表面；是較框筒結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的抗側(cè)力體系。22多層房屋的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)4.1.2 結(jié)構(gòu)布置提要多層房屋應(yīng)首選由光滑曲線構(gòu)成的平面形式；(為了減少風(fēng)壓作用)盡可能地采用中心對(duì)稱或雙軸對(duì)稱的平面形式；(以減小在風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，a，舒適度)避免以狹長(zhǎng)形作平面形式；(因風(fēng)荷載作用會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的剪切滯后現(xiàn)象)框筒結(jié)構(gòu)采用矩形平面形式時(shí)，應(yīng)控制其平面

7、長(zhǎng)寬比小于1.5；（不滿足時(shí)，宜采用束筒結(jié)構(gòu)）需抗震設(shè)防時(shí)平面尺寸關(guān)系應(yīng)符合要求。 抗側(cè)力構(gòu)件設(shè)置部位 抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況水平荷載下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)? 1)抗側(cè)力剛度中心應(yīng)和水平合力線盡量接近； 2)度量抗側(cè)力構(gòu)件布置狀況的力學(xué)參量: 偏心率任一層的偏心率大于0.15時(shí)，稱為平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)任一層的偏心率大于0.15時(shí)；結(jié)構(gòu)平面形狀有凹角，凹角的伸出部分在一個(gè)方向的尺度，超過該方向建筑總尺寸的25；樓面不連續(xù)或剛度突變，包括開洞面積超過該層總面積的50；抗水平力構(gòu)件既不平行又不對(duì)稱于側(cè)力體系的兩個(gè)互相垂直的主軸。防震逢設(shè)置問題防震逢設(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致高層建筑在地震時(shí)相互碰撞的破壞后果是嚴(yán)重的

8、；高層建筑在發(fā)生地震時(shí)具有很大的側(cè)向位移，防震縫的合理設(shè)置是困難的；因此高層建筑一般不宜設(shè)置防震縫；地震區(qū)的多高層建筑，應(yīng)當(dāng)建立精細(xì)的力學(xué)模型，作較精確的地震分析，并采取相應(yīng)的措施提高其薄弱部位和構(gòu)件的抗震能力。結(jié)構(gòu)豎向布置使結(jié)構(gòu)各層的抗側(cè)力剛度中心與水平合力中心接近重合；各層的剛度中心應(yīng)接近在同一豎直線上；要強(qiáng)調(diào)建筑開間、進(jìn)深的盡量統(tǒng)一；多高層房屋的橫向剛度、風(fēng)振加速度還和其高寬比有關(guān)，其限值為：設(shè)防烈度6， 789最大高寬比6.56.05.5豎向布置的不規(guī)則結(jié)構(gòu) 樓層剛度小于其相鄰上層剛度的70%，且連續(xù)三層總的剛度降低超過50%相鄰樓層質(zhì)量之比超過1.5立面收進(jìn)尺寸的比例為L(zhǎng)1/L 0.

9、75豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)任一樓層抗側(cè)力構(gòu)件的總剪承載力 小于其相鄰上層的80框筒結(jié)構(gòu)布置時(shí)的注意事項(xiàng)框筒結(jié)構(gòu)高寬比不宜小于4；（更好地發(fā)揮框筒的立體作用）內(nèi)筒的邊長(zhǎng)不宜小于相應(yīng)外框筒邊長(zhǎng)的1/3；框筒柱距一般為1.53.0m，且不宜大于層高；框筒的開洞面積不宜大于其總面積的50；內(nèi)外筒之間的進(jìn)深一般控制在1016m之間；內(nèi)筒亦為框筒時(shí)，其柱距宜與外框筒柱距相同，且在每層樓蓋處都設(shè)置鋼梁將相應(yīng)內(nèi)外柱相連接；框筒結(jié)構(gòu)布置時(shí)的注意事項(xiàng)（續(xù)）控制角柱截面積為非角柱的1.52.0倍；外框筒為矩形平面時(shí)，宜將其作成切角矩形；（以削減角柱應(yīng)力）為提高內(nèi)外筒的整體性能以及緩解剪力滯后，可設(shè)置帽桁架和腰桁架；腰桁架一般布置于設(shè)備層；帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的兩組桁架構(gòu)成，等距滿布于建筑物的橫(縱)向?；A(chǔ)埋深的考慮敷設(shè)地下室；（補(bǔ)償基礎(chǔ)、增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)傾能力）有抗