多高层钢结构设计(52页)

4.1多高层钢结构的特点与结构体系…1
•国外高层建筑发展的3个阶段
第一阶段，在19世纪中期之前，欧洲和美国一般只能 建造6层左右的建筑。
第二阶段，从19世纪中叶开始到20世纪50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 楼，11层，高55m，建于1884年。到19世纪末，高层 建筑已突破100m大关。1931年在美国纽约曼哈顿建造 的102层、高381m的著名的帝国大厦，它保持世界最 高建筑记录达42年之久。
风荷载标准值 w k 由下式计算
wk zszwo
基本风压：当地比较空旷平 坦地面上离地10m高统计所 得的50年一遇10min平均最 大风速v0为标准，按v02/1600 确定的风压值.
式中，w k -任意高度处的风荷载标准值（kN/m2）
w 0 -高层建筑基本风压（kN/m2）
z -风压高度变化系数 s -风荷载体型系数 z -顺风向z高度处的风振系数 注：相关系数按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2019)和《高 层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99-98）的有关条文取值。
图中，
F m a S m gP S aG P gA G G A k G
0.90.05 0.55
–γ－曲线下降段的衰减指数 2max –ξ－阻尼比
动力系数
Tg T
2max
地震影响系数
1
2
0.020.05
10.00.065 18.7
0.45max
2 0 .2 1 (T 5 T g)max
–η1－下降斜率调整系数
-框架-剪力墙体系
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…2 4.1.2. 多高层钢结构的结构体系…3
-框架-支撑结构体系
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…2 4.1.2. 多高层钢结构的结构体系…4
–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空间协同计算模型；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，可采用平面结构 计算模型；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，应采用空间结构计 算模型；
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2. 内力与位移计算
–规范规定在进行内力及位移分析时可以采用较为精确的程序计 算方法，也可以采用近似的简化计算方法。 －程序计算的基本方法－矩阵位移法
－简化近似计算方法－分层法、D值法
–采用近似计算方法计算高层钢结构的内力与位移时，尚应注意 以下问题
-框架-筒体结构体系
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-筒体结构体系
筒中筒结构
西尔斯(Sears)大楼筒体变化图
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…2 4.1.2. 多高层钢结构的结构体系…6
第三章
多高层钢结构设计
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内容提要
3.1 轻钢结构概述 3.2 轻型钢屋架设计 3.3 钢管屋架设计
2020/12/10
3.4 门式刚架结构设计 3.5 金属拱形波纹屋盖
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…1
4.1.1 多高层钢结构的特点
3）水平地震作用计算
来自百度文库
ΔFn
底部剪力法 计算方法
Fi
mHi
底部剪力的计算 地震作用沿高度的分配 顶部附加地震作用 突出屋面小建筑物
Hi FEk
FEk 1Geq
Geq——结构等效重力荷载代表值 SDOF：Geq=G1
Fi
GiHi
n
FEk(1n)
GiHi
i1
MDOF： Geq=Sum ( Gi )*0.85
（2）结构按一阶线弹性计算所得的各楼层层间相对位移值满足
u 0.12Fh
h
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1. 竖向荷载
•永久荷载（结构自重） •可变荷载（楼面及屋面活荷载）
注：相关荷载按《建筑结构荷载规范》（GB500092019)的有关条文取值。
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2. 风荷载
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–高层建筑钢结构梁柱构件的跨高比较小，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，尚应计 算梁、柱的剪切变形；
–钢框架－剪力墙体系中，现浇剪力墙的计算按照钢筋混 凝土结构设计，应记入墙的弯曲、剪切和轴向变形；
–柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接连接计算，其端部 连接的刚度通过支撑构件的计算长度加以考虑；若采用偏心支撑， 由于耗能梁段在大震时将首先屈服，计算时应取为单独单元；
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•计算模型——集中质量模型
➢ 多高层房屋 无扭转 有扭转
➢ 单层厂房 横向 纵向
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2）设计反应谱
最大地震作用
地震系数
➢ 地震影响系数曲线
T/s
–η2－阻尼调整系数
0.1
Tg
5Tg
6
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αmax和Tg分别按下列表格取值 水平地震影响系数最大值 max
特征周期 Tg（s）
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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 的激烈化，促使近代高层建筑的出现和发 •中展国。最早的高层建筑是一些寺、塔。
•高层建筑发展的基本原因 a)经济的发展； b)城市人口增多； c)建设用地减少； d)地价上涨； e)建筑科技进步； f)轻质高强材料的应用。
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第三阶段，从20世纪50年代到现在，高层建筑已出现 多种结构体系，如RC结构，S结构。
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高层结构体系的发展过程
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…1
•我国多高层钢结构自20世纪80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 建筑钢结构。
（1）结构各楼层柱的长细比和平均轴压比满足
Nm m 1
N pm 80
式中： λm－楼层柱的长细比； Nm－楼层柱的平均轴压力设计值；
Npm－楼层柱的平均全塑性轴压力；
Npm fyAm
式中： fy－钢材的屈服强度；
Am－柱截面面积的平均值；
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➢ 设计地震作用的方向 水平（两个） 竖向（一个）
➢ 结构效应的方向 平动（两个水平、一个竖向） 扭转（竖轴）
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•地震作用的计算范围和原则
➢ 计算范围 水平地震作用 竖向地震作用
➢ 水平地震作用的计算原则
Fn nFEk
或 Geq=Sum ( Gi )*0.80
n
Vi Fn Fi
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mi
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振型分解反应谱法
Fji jjajiGi
xi(t)
n
n
j GiXji
GiX2ji
i1
i1
n
xia1iy1a2iy2 ajy ii anyin ajy ii
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•两阶段设计
注：1）第一阶段为弹性分析，包括截面设计和变形计算；2）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。
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•三水准地震作用的标定
j1
xg(t)
a1i
aji
ani
S
S2j
计算振型
计算地震影响系数和振型参与系数
计算振型地震作用
计算振型地震效应
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振型组合
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时程分析法
–竖向特别不规则的建筑 –高度较大的建筑 –采用时程分析法进行补充计算 –采用能反应当地场地特征的地震波不能少于4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 –地震波的持续时间不宜过短，宜取10～20s或更长
•应考虑梁柱节点域的剪切变形对侧移的影响；
•高层建筑钢结构的P-Δ效应较强，一般应验算结构的整体稳定性 。
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高层建筑钢结构的P-Δ效应较强，一般应验算结构的整体稳定 性。但同时符合下列条件时，可不验算结构的整体稳定。
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4.2.2 结构计算
1. 结构计算的一般原则
–结构计算可采用弹性方法计算。抗震设防结构尚应考虑罕遇 地震下的弹塑性计算；
–现浇组合楼盖可假设在其自身平面内绝对刚性；
–弹性分析时，宜考虑现浇楼盖与钢梁的共同工作，此时应保 证楼板与钢梁间有可靠连接；弹塑性分析时，不宜考虑楼板与 钢梁的共同工作；
–钢框架－支撑结构的斜杆可按端部铰接杆计算；框架部分按计算 得到的地震剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力 的25％和框架部分地震剪力最大值1.8倍两者中的较小者。
–中心支撑框架的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽 度时，仍可按中心支撑框架分析，但应计及由此产生的附加弯距； 人字形和V形支撑组合的内力设计值应乘以增大系数，可取1.5。
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3. 地震作用
•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 震烈度; -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6-9度 •抗震设防目标 小震不坏、中震可修、大震不倒
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基本假定 地震强度呈极值分布 烈度符合极值III型
f(I) Im
Im=I0-1.55 Is<=I0+1
I0
Is
I
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•建筑类别与设防标准
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-巨型框架体系
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第四章 多高层钢结构设计
4.2 多高层钢结构的计算特点
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4.2 多高层钢结构的计算特点…1
4.2.1 荷载…1
水平方向的风荷载和地震作用，对高层钢结构设计起 着主要的控制作用
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多高层钢结构的特点
•自重轻 •抗震性能好 •有效使用面积高
•建造速度快
•防火、防腐性能差
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…2 4.1.2. 多高层钢结构的结构体系…1
-框架体系
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4.1多高层钢结构的特点与结构体系…2 4.1.2. 多高层钢结构的结构体系…2
•地震作用计算 1)一般说明和计算原则
•影响设计地震作用的因素
➢ 地震动特性方面 抗震设防烈度 设计近远震 场地类别
➢ 结构特性方面 结构自振周期 建筑质量（重力荷载） 结构阻尼比（材料）
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•设计地震作用的方向
– 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； – 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； – 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。
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•地震作用的计算方法及其适用范围