高层钢结构设计实例分析(20120722081436)
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20
• 屈曲约束支撑的主要特点是 通过外加套筒，约束支撑不 发生屈曲，且保护梁柱构件 不破坏，支撑刚度和强度完 全发挥。其芯板钢材类型为 低屈服点钢材（屈服强度 100MPa，225Mpa），普通 低碳钢（SLY100， SLY225）。
21
屈曲约束支撑和普通支撑的对比
22
• 承载力高 （相同刚度下，承载能力比普 通支撑提高2-10倍）
（含钢板墙）体 系
6
• 在现有的工程应用实例中，结构高度从 100米至330米。反应出钢结构抗侧刚度 的局限性。（这里不讨论混合结构）
• 抗侧力构件的型式
• 抗侧力的构件主要有：钢支撑，钢板墙， 边框柱和钢板组成的筒体。
7
三、高层钢结构的规范依据
• 1、《钢结构设计规范》GB50017-2003 • 2、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 • 3、《高层民用建筑钢结构技术规程》
高层钢结构设计实例分析
广州容柏生建筑结构设计事务所 RBS RBS Structure Engineering Design Associates
魏捷 2011年5月
1
一、前言
钢结构是一种质量较轻、刚度较大的结构体 系。 多遇地震作用下，地震力与质量有近似的 线性关系，即质量越大，地震力越大。因此，在 满足相同刚度的条件下，钢结构的地震力一般小 于钢筋混凝土结构。最为重要的是钢结构的延性 远远优于钢筋混凝土结构，具有优越的防倒塌能 力。 因此，在地震作用较大或地震作用为结构控制 工况时，钢结构应该成为结构选型考虑的主要型 式之一。
• 普通支撑轴向承载力设计值
Af Nb 10.35n
• 屈曲约束支撑轴向承载力设计值
Nb Af
23
原理
很大的不 平衡力
• 普通支撑
• 屈曲约束支撑
24
屈曲约束支撑的检验
• 《抗规》条文说明，P388第1， 2条有具体规定：“试验时，依 次在1/300,1/200,1/150,1/100支撑 长度的拉伸和压缩往复各三次变 形。试验得到的滞回曲线应稳定、 饱满，具有正的增量刚度，且最 后一级变形第3次循环的承载力 不低于历经最大承载力的85%， 历经最大承载力不高于屈曲约束 支撑极限承载力设计值的1.1 倍。”
11
六、钢结构位移限值
• 多遇地震：1/250; • 罕遇地震：1/50。 • 风荷载：1/250。
12
七、框架——支撑体系
• 由于框架结构的适用高度较小，高层钢 结构一般采用框架—支撑体系。实例分 析主要以各类支撑为主要对象。
13
1、《抗规》关于支撑的规定
• 《抗规》8.1.6条对支撑框架有以下几个规定： • 1）支撑框架在两个方向的布置宜均匀对称，支撑框架
• 实践中，偏心支撑的刚度较小，在弹性阶段很难满足 此条。因此，如果需要偏心支撑具有耗能特性，性能 目标中，必须使其在中震下达到耗能段屈服。（中震 计算需要弹性板假定）
19
• 5）采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支 撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不 应采用K型或X形，支撑与柱堵塞夹角宜 在35°~55°之间。屈曲约束支撑受压时， 其设计参数、性能检验和作为一种消能 部件的计算方法可按相关要求设计。
200
180
撑（延性墙板）
筒体和巨型框 300
280
260
240
架
• 表内的筒体不包括混凝土筒。
120 160 180
9
新版《高钢规》表4.1.2
结构类型 框架
6、7度 7度
8度
9度
非抗震
（0.10g）（0.15g）
（0.40g）设防
0.20g 0.30g
110
90
90 70
50
110
框架—中心支 220
JGJ99-98（新标准JGJ99-2010正在报批）
8
四、高层建筑钢结构的适用高度
• 《抗规》表8.1.1
结构类型 框架
6、7度 7度
8度
（0.10g） （0.15g）0.20g
0.30g
110
90
90
70
9度 （0.40g）
50
框架—中心支 220
200
1802
二、 国内近年钢结构的工程实例
北京银泰大厦。 高度250米，50层。 钢框架——筒体结构 （筒体为内嵌钢板墙）
3
• 天津津塔 • 高度333米，83层 • 钢框架——筒体
（钢板墙）体系
4
• 广州合景大厦 • 钢框架——支撑体
系 • 40层，180米。
5
• 厦门洪文世界山 庄二期
• 48层，188米 • 钢框架——支撑
16
• 支撑中心交汇于梁柱节点
• 支撑中心偏心，柱附加弯矩 • M=Ncsinα×e（偏心矩）
17
• 4）偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连 接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内与另一支 撑与梁的交点之间形成耗能梁段。
耗能梁 偏心支撑
18
• 《抗规》8.2.2条第2款：当偏心支撑框架部分承担的地 震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻 尼比可相应增加0.005。
之间楼盖的长宽比不宜大于3。（砼结构：6，7度是6； 8，9度是5。）
14
• 2）三、四级且高度不大于50米的钢结构宜采用中心支 撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。
• 交叉支撑
• 单斜支撑
• 人字支撑
15
• 3）中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用 人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑； 支撑的轴线宜交汇于梁柱构件轴线的交点，偏 离交点时的偏心距不应超过支撑杆件宽度，并 应计入由此产生的附加弯矩。当中心支撑采用 只能受拉的单斜杆体系时，应同时设置不同倾 斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆 的截面面积在水平方向的投影面积之差不应大 于10%。
25
6）钢板剪力墙
• 津塔钢板墙
26
国外某工程钢板墙应用
27
钢板墙特点
• 容易满足建筑功能（墙厚较薄）； • 刚度较大； • 需要采取措施防止平面外屈曲；
Load (kN)
200 180 150 120
240
撑
框架—偏心支 240
220 200 180 160
260
撑（延性墙板）
筒体和巨型框 300
280 260 240 180
360
架
10
五、《抗规》和新版《高钢规》 引入抗震等级的概念
• 《抗规》表8.1.3
房屋高度
烈度
6
7
8
9
≤50m
四
三
二
＞50m
四
三
二
一
• 与砼结构相似的“强柱弱梁、强剪弱弯、 强节点弱构件”的延性要求。
• 屈曲约束支撑的主要特点是 通过外加套筒，约束支撑不 发生屈曲，且保护梁柱构件 不破坏，支撑刚度和强度完 全发挥。其芯板钢材类型为 低屈服点钢材（屈服强度 100MPa，225Mpa），普通 低碳钢（SLY100， SLY225）。
21
屈曲约束支撑和普通支撑的对比
22
• 承载力高 （相同刚度下，承载能力比普 通支撑提高2-10倍）
（含钢板墙）体 系
6
• 在现有的工程应用实例中，结构高度从 100米至330米。反应出钢结构抗侧刚度 的局限性。（这里不讨论混合结构）
• 抗侧力构件的型式
• 抗侧力的构件主要有：钢支撑，钢板墙， 边框柱和钢板组成的筒体。
7
三、高层钢结构的规范依据
• 1、《钢结构设计规范》GB50017-2003 • 2、《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 • 3、《高层民用建筑钢结构技术规程》
高层钢结构设计实例分析
广州容柏生建筑结构设计事务所 RBS RBS Structure Engineering Design Associates
魏捷 2011年5月
1
一、前言
钢结构是一种质量较轻、刚度较大的结构体 系。 多遇地震作用下，地震力与质量有近似的 线性关系，即质量越大，地震力越大。因此，在 满足相同刚度的条件下，钢结构的地震力一般小 于钢筋混凝土结构。最为重要的是钢结构的延性 远远优于钢筋混凝土结构，具有优越的防倒塌能 力。 因此，在地震作用较大或地震作用为结构控制 工况时，钢结构应该成为结构选型考虑的主要型 式之一。
• 普通支撑轴向承载力设计值
Af Nb 10.35n
• 屈曲约束支撑轴向承载力设计值
Nb Af
23
原理
很大的不 平衡力
• 普通支撑
• 屈曲约束支撑
24
屈曲约束支撑的检验
• 《抗规》条文说明，P388第1， 2条有具体规定：“试验时，依 次在1/300,1/200,1/150,1/100支撑 长度的拉伸和压缩往复各三次变 形。试验得到的滞回曲线应稳定、 饱满，具有正的增量刚度，且最 后一级变形第3次循环的承载力 不低于历经最大承载力的85%， 历经最大承载力不高于屈曲约束 支撑极限承载力设计值的1.1 倍。”
11
六、钢结构位移限值
• 多遇地震：1/250; • 罕遇地震：1/50。 • 风荷载：1/250。
12
七、框架——支撑体系
• 由于框架结构的适用高度较小，高层钢 结构一般采用框架—支撑体系。实例分 析主要以各类支撑为主要对象。
13
1、《抗规》关于支撑的规定
• 《抗规》8.1.6条对支撑框架有以下几个规定： • 1）支撑框架在两个方向的布置宜均匀对称，支撑框架
• 实践中，偏心支撑的刚度较小，在弹性阶段很难满足 此条。因此，如果需要偏心支撑具有耗能特性，性能 目标中，必须使其在中震下达到耗能段屈服。（中震 计算需要弹性板假定）
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• 5）采用屈曲约束支撑时，宜采用人字支 撑、成对布置的单斜杆支撑等形式，不 应采用K型或X形，支撑与柱堵塞夹角宜 在35°~55°之间。屈曲约束支撑受压时， 其设计参数、性能检验和作为一种消能 部件的计算方法可按相关要求设计。
200
180
撑（延性墙板）
筒体和巨型框 300
280
260
240
架
• 表内的筒体不包括混凝土筒。
120 160 180
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新版《高钢规》表4.1.2
结构类型 框架
6、7度 7度
8度
9度
非抗震
（0.10g）（0.15g）
（0.40g）设防
0.20g 0.30g
110
90
90 70
50
110
框架—中心支 220
JGJ99-98（新标准JGJ99-2010正在报批）
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四、高层建筑钢结构的适用高度
• 《抗规》表8.1.1
结构类型 框架
6、7度 7度
8度
（0.10g） （0.15g）0.20g
0.30g
110
90
90
70
9度 （0.40g）
50
框架—中心支 220
200
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二、 国内近年钢结构的工程实例
北京银泰大厦。 高度250米，50层。 钢框架——筒体结构 （筒体为内嵌钢板墙）
3
• 天津津塔 • 高度333米，83层 • 钢框架——筒体
（钢板墙）体系
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• 广州合景大厦 • 钢框架——支撑体
系 • 40层，180米。
5
• 厦门洪文世界山 庄二期
• 48层，188米 • 钢框架——支撑
16
• 支撑中心交汇于梁柱节点
• 支撑中心偏心，柱附加弯矩 • M=Ncsinα×e（偏心矩）
17
• 4）偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连 接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内与另一支 撑与梁的交点之间形成耗能梁段。
耗能梁 偏心支撑
18
• 《抗规》8.2.2条第2款：当偏心支撑框架部分承担的地 震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%时，其阻 尼比可相应增加0.005。
之间楼盖的长宽比不宜大于3。（砼结构：6，7度是6； 8，9度是5。）
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• 2）三、四级且高度不大于50米的钢结构宜采用中心支 撑，也可采用偏心支撑、屈曲约束支撑等消能支撑。
• 交叉支撑
• 单斜支撑
• 人字支撑
15
• 3）中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用 人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑； 支撑的轴线宜交汇于梁柱构件轴线的交点，偏 离交点时的偏心距不应超过支撑杆件宽度，并 应计入由此产生的附加弯矩。当中心支撑采用 只能受拉的单斜杆体系时，应同时设置不同倾 斜方向的两组斜杆，且每组中不同方向单斜杆 的截面面积在水平方向的投影面积之差不应大 于10%。
25
6）钢板剪力墙
• 津塔钢板墙
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国外某工程钢板墙应用
27
钢板墙特点
• 容易满足建筑功能（墙厚较薄）； • 刚度较大； • 需要采取措施防止平面外屈曲；
Load (kN)
200 180 150 120
240
撑
框架—偏心支 240
220 200 180 160
260
撑（延性墙板）
筒体和巨型框 300
280 260 240 180
360
架
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五、《抗规》和新版《高钢规》 引入抗震等级的概念
• 《抗规》表8.1.3
房屋高度
烈度
6
7
8
9
≤50m
四
三
二
＞50m
四
三
二
一
• 与砼结构相似的“强柱弱梁、强剪弱弯、 强节点弱构件”的延性要求。