多高层钢结构设计(52页)
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多高层房屋钢结构的节点连接设计
接节点设计，在整个设计工作中应将其视为一个非常
重要的组成部分。节点设计是否恰当，将直接影响到
结构承载力的可靠性和安全性。因此节点设计至关重
要，应予以足够的重视。但是，在多、高层房屋钢结
构中，连接节点很多 ( 如国家标准图 01SG5所1编9 制 的诸多节点也只是高层钢结构房屋中一般性的常用节
点 )，今天只能检其最主要的、如与梁柱刚性连接的
多高层房屋钢结构的节点连接 设计
多高层房屋钢结构的节点连接设计
主要内容
1 讲述多、高层房屋钢结构梁柱刚性连接节
点 设 计及 其 相关 的 国家 标 准图 01SG519
的构造详图(上午)。
2 介绍国家标准图03SG519-1与04SG519-2 节
点连接设计的技术条件、图集的内容及其
使用方法(下午)。
5/3/2021
多高层房屋钢结构的节点连接设计
13
1 第一种设计方法
（即按组合内力来设计的方法）
采用该法的理论根据是，认为在多遇地震作用下，
结构处于弹性阶段，连接设计只要根据组合内力，并
根据梁的应力强度比 R1（即梁的地震组合弯矩设计值
乘以梁的承载力抗震调整系数 0.75 后，在梁截面中产
生的弯曲应力与梁的钢材强度设计值之比）来进行设
比）只用到了 0.7S 5(0.9S)0.8 。3
5/3/2021
多高层房屋钢结构的节点连接设计
18
3）如果在梁端仍不采用加强的作法，而是在梁端采
用栓焊连接的另一种常规作法（即梁腹板与柱之间采
用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传
递弯矩的全熔透坡口对接焊）由于焊缝的抗弯承载力
最多只能作到梁截面抗弯承载力设计值的 85% ，此 时就必须要改用一个能承受 900.8 0 510k6N m 0的 梁截面，但此时由于梁截面只需用 75k0N m的弯矩 值来设计，梁的承载力更加富裕而不能充分利用,其
多高层钢结构分解
第 4章
多高层钢结构
定义 高层钢结构一般是指六层以上（或30ｍ以上），主要采 用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接、焊接而成的结 构体系。高层钢结构常用钢框架结构、钢框架――混凝土核 心筒结构形式。后者在现代高层、超高层钢结构中应用较为 广泛，事实上，它属于钢――混凝土混合结构。 应用范围 现代高层、超高层公共建筑，标志性建筑，商业中心，如： 北京国贸中心、环球金融大厦。 星级饭店，旅馆，如：北京香格里拉饭店、长富宫饭店 商用写字楼，综合楼，办公楼 如：长春光大银行、上海国 际航运大厦。 民用住宅，高层公寓。民用住宅的开发与试点正在进行。如： 天津市梨园小区等。
4.2.3.4竖向地震作用 高层建筑中考虑竖向地震作用时，按下述 方法确定等效地震力：
FEvk a vmax Geq
Fvi Gi H i
（4-20）
G H
j 1 j
n
FEvk
j
（4-21）
4.3 高层钢结构的内力与位移分析
4.3.1.一般原则及基本假定
无地震作用时
S G CG Gk Q1CQ1Q1k Q2 CQ2 Q2k w w Cw wk
4.1.3.高层钢结构的布置 1结构平面布置
建筑平面及体型宜简单规则。平面布置应力求使结构的抗侧 力中心与水平荷载合力中心重合，以减小结构受扭转的影响。 建筑的开间、进深应尽量统一，以减少构件规格，利于制作 和安装。 结构平面布置不宜使钢柱截面尺寸过大，钢板厚度不宜超过 100mm。 建筑物平面宜优先采用方形、圆形、矩形及其他对称平面。 抗震设计的常用建筑平面和尺寸关系见图4-14。筒体结构多 采用正方形、圆形、正多边形，当框筒结构采用矩形平面时， 其长宽比不宜大于1.5：1。 高层建筑宜选用风压较小的平面形状，并应考虑邻近高层房 屋对该房屋风压的影响，在体型上应力求避免在风作用下的 横向振动。
多高层钢结构
定义 高层钢结构一般是指六层以上（或30ｍ以上），主要采 用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接、焊接而成的结 构体系。高层钢结构常用钢框架结构、钢框架――混凝土核 心筒结构形式。后者在现代高层、超高层钢结构中应用较为 广泛，事实上，它属于钢――混凝土混合结构。 应用范围 现代高层、超高层公共建筑，标志性建筑，商业中心，如： 北京国贸中心、环球金融大厦。 星级饭店，旅馆，如：北京香格里拉饭店、长富宫饭店 商用写字楼，综合楼，办公楼 如：长春光大银行、上海国 际航运大厦。 民用住宅，高层公寓。民用住宅的开发与试点正在进行。如： 天津市梨园小区等。
4.2.3.4竖向地震作用 高层建筑中考虑竖向地震作用时，按下述 方法确定等效地震力：
FEvk a vmax Geq
Fvi Gi H i
（4-20）
G H
j 1 j
n
FEvk
j
（4-21）
4.3 高层钢结构的内力与位移分析
4.3.1.一般原则及基本假定
无地震作用时
S G CG Gk Q1CQ1Q1k Q2 CQ2 Q2k w w Cw wk
4.1.3.高层钢结构的布置 1结构平面布置
建筑平面及体型宜简单规则。平面布置应力求使结构的抗侧 力中心与水平荷载合力中心重合，以减小结构受扭转的影响。 建筑的开间、进深应尽量统一，以减少构件规格，利于制作 和安装。 结构平面布置不宜使钢柱截面尺寸过大，钢板厚度不宜超过 100mm。 建筑物平面宜优先采用方形、圆形、矩形及其他对称平面。 抗震设计的常用建筑平面和尺寸关系见图4-14。筒体结构多 采用正方形、圆形、正多边形，当框筒结构采用矩形平面时， 其长宽比不宜大于1.5：1。 高层建筑宜选用风压较小的平面形状，并应考虑邻近高层房 屋对该房屋风压的影响，在体型上应力求避免在风作用下的 横向振动。
第四章多高层钢结构
结构受力
1）内部设置剪力墙式的内筒，与钢框架竖向构件
主要承受竖向荷载；
2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚
接，形成一个悬臂筒，以承受侧向荷载；
3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。
剪力滞后（Shear Lag）
在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的 剪切变形，即为剪力滞后。 为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力 过大，通常可采取两个措施： 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比
束筒结构
由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成(减缓框筒结构的剪力滞后效应) 可将各筒体在不同的高度中止 可较灵活地组成平面形式 密柱深梁的钢结构筒体 筒体
钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)
钢结构和有混凝土剪力墙的 钢结构高层建筑的适用高度（m）
抗震设防烈度
结构种类
结构体系
非抗震设防 6, 7
内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；
框筒柱距一般为1.5～3.0m，且不宜大于层高；
框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50％；
内外筒之间的进深一般控制在10～16m之间； 内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且 在每层楼盖处都设置钢梁将相应内外柱相连接；
框筒结构布置时的注意事项（续）
低碳钢 低合金钢 低合金钢 低合金钢 低碳钢
SS50
SS55
284
401
490~608
≥540
19
17
2.0a
2.0a
低碳钢
低合金钢
构件截面 柱
焊接箱型截面 焊接H型截面 450
╳
450
厚度 42 — 19 宽度200 — 250
PKPM多高层钢结构设计
编辑课件
水平支撑加变截面柱
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变截面梁柱
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多层钢结构工业厂房
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空间塔围结构
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普通多层钢结构
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普通多层钢结构
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特殊工业钢结构
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2。多层钢结构的分析模型
➢ 结构分析应满足相应的设计规范、规程。 ➢ 结构分析一般可以选择：弹性楼板、P-Δ效应、总
刚模型计算结构的振型、振型数应取得足够多满足 有效质量系数，等等。 ➢ 结构的振型分析，可以观察到结构的薄弱部位，应 尽量减少结构的面外振动、局部振动。
编辑课件
➢ 层间位移：抗震规范规定，当地震力作用下的位 移应小于1/300，当为高层钢结构时，可以放松到 1/250。同时还应考虑舒适度的要求，控制顶点的 加速度值。。
➢ 有侧移无侧移：1。当楼层最大杆间位移小于 1/1000时，可以按无侧移设计；2。当楼层最大 杆间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数 可 以 按 1.0 设 计 ； 3 。 当 楼 层 最 大 杆 间 位 移 大 于 1/300时，应按有侧移设计。
编辑课件
吊车内力的预组合目标
➢ 吊车柱预组合目标共14项： ➢ （1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-Mxmax ➢ （5）+Mymax（6）-Mymax（7）Nmax+Mxmax ➢ （8）Nmax-Mxmax（9）Nmax+Mymax ➢ （10）Nmax-Mymax（11）Nmin+Mxmax ➢ （12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+Mymax ➢ （14）Nmin-Mymax ➢ 吊车荷载作用下梁的预组合目标为： ➢ （1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N
水平支撑加变截面柱
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变截面梁柱
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多层钢结构工业厂房
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空间塔围结构
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普通多层钢结构
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普通多层钢结构
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特殊工业钢结构
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2。多层钢结构的分析模型
➢ 结构分析应满足相应的设计规范、规程。 ➢ 结构分析一般可以选择：弹性楼板、P-Δ效应、总
刚模型计算结构的振型、振型数应取得足够多满足 有效质量系数，等等。 ➢ 结构的振型分析，可以观察到结构的薄弱部位，应 尽量减少结构的面外振动、局部振动。
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➢ 层间位移：抗震规范规定，当地震力作用下的位 移应小于1/300，当为高层钢结构时，可以放松到 1/250。同时还应考虑舒适度的要求，控制顶点的 加速度值。。
➢ 有侧移无侧移：1。当楼层最大杆间位移小于 1/1000时，可以按无侧移设计；2。当楼层最大 杆间位移大于1/1000但小于1/300时，柱长度系数 可 以 按 1.0 设 计 ； 3 。 当 楼 层 最 大 杆 间 位 移 大 于 1/300时，应按有侧移设计。
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吊车内力的预组合目标
➢ 吊车柱预组合目标共14项： ➢ （1）Vxmax（2）Vymax（3）+Mxmax（4）-Mxmax ➢ （5）+Mymax（6）-Mymax（7）Nmax+Mxmax ➢ （8）Nmax-Mxmax（9）Nmax+Mymax ➢ （10）Nmax-Mymax（11）Nmin+Mxmax ➢ （12）Nmin-Mxmax（13）Nmin+Mymax ➢ （14）Nmin-Mymax ➢ 吊车荷载作用下梁的预组合目标为： ➢ （1）+Mmax/T（2）-Mmax/T（3）-Vmax/N
多高层钢结构常用结构体系
偏心支撑框架柱的内力设计值，应取消能梁 段达到受剪承载力时柱内力与增大系数的乘 积，增大系数在一级时不应小于1.3，二级时 不应小于1.2，三级不应小于1.1。转换层下 钢框架柱的地震内力应乘以增大系数1.5。保 证柱子作为最后的抗震防线不先行发生破坏。
7.4 地震作用计算
（6）支撑杆件的内力
① 中心支撑框架中，斜杆轴线偏离梁柱轴 线交点不超过支撑杆件宽度时，仍可按中心支撑 框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。
7.4 地震作用计算 （2）结构内力分析中二阶效应的计算
二阶效应：结构受力产生侧向变形，其重力荷载与侧向 位移的乘积便形成重力附加弯矩 ，即所谓2阶效应。
a)
b)水平力引
c)重力荷载引起的附加层
起的层弯矩
弯矩
7.4 地震作用计算
（2）结构内力分析中二阶效应的计算
当楼面任一层以上全部重力荷载与该楼层 地震层间位移的乘积（即该楼层的重力附 加弯矩），大于该楼层地震剪力与楼层层 高的乘积（即该楼层的初始弯矩）的1/10 时，应计入二阶效应的影响。
7.4 地震作用计算
（4）框架－支撑结构中框架承担的水平力
结构分析时，框架－支撑结构中的支撑斜杆 可按端部铰接杆件计算，杆件截面强度抗震验算 时的结构内力只考虑按多遇地震进行弹性分析的 结果：
① 依据多道防线的概念设计，框架-支撑体系中， 支撑框架是第一道防线，在强烈地震下支撑先屈 服，内力重分布使框架部分承担的地震剪力增大， 二者之和应该大于弹性计算的总剪力。
a)节点A区域的弯矩和剪力
节点域剪切变形
b) 节点A变形
7.4 地震作用计算
（3）结构侧移计算及其层间位移角限值
杆端弯矩在节点域产生剪力，使得节点域柱 子的腹板产生剪切变形。若弹性分析采用轴线交 点间距离作为杆件长度，则因未考虑节点部分的 刚度过高估计了结构侧移，与节点剪切变形引起 框架侧移增加在一定程度上抵消。
7.4 地震作用计算
（6）支撑杆件的内力
① 中心支撑框架中，斜杆轴线偏离梁柱轴 线交点不超过支撑杆件宽度时，仍可按中心支撑 框架分析，但应计及由此产生的附加弯矩。
7.4 地震作用计算 （2）结构内力分析中二阶效应的计算
二阶效应：结构受力产生侧向变形，其重力荷载与侧向 位移的乘积便形成重力附加弯矩 ，即所谓2阶效应。
a)
b)水平力引
c)重力荷载引起的附加层
起的层弯矩
弯矩
7.4 地震作用计算
（2）结构内力分析中二阶效应的计算
当楼面任一层以上全部重力荷载与该楼层 地震层间位移的乘积（即该楼层的重力附 加弯矩），大于该楼层地震剪力与楼层层 高的乘积（即该楼层的初始弯矩）的1/10 时，应计入二阶效应的影响。
7.4 地震作用计算
（4）框架－支撑结构中框架承担的水平力
结构分析时，框架－支撑结构中的支撑斜杆 可按端部铰接杆件计算，杆件截面强度抗震验算 时的结构内力只考虑按多遇地震进行弹性分析的 结果：
① 依据多道防线的概念设计，框架-支撑体系中， 支撑框架是第一道防线，在强烈地震下支撑先屈 服，内力重分布使框架部分承担的地震剪力增大， 二者之和应该大于弹性计算的总剪力。
a)节点A区域的弯矩和剪力
节点域剪切变形
b) 节点A变形
7.4 地震作用计算
（3）结构侧移计算及其层间位移角限值
杆端弯矩在节点域产生剪力，使得节点域柱 子的腹板产生剪切变形。若弹性分析采用轴线交 点间距离作为杆件长度，则因未考虑节点部分的 刚度过高估计了结构侧移，与节点剪切变形引起 框架侧移增加在一定程度上抵消。
多高层民用建筑钢结构节点构造详图-适用于全国各大建筑设计院及房地产开发商一线设计人员。
接,腹板采用一805456M204580摩擦型高强度螺栓连接翼缘采用全熔透的坡口对接焊缝连工字形截面柱的工地拼接90及耳板的设置构造hf11耳板454518011580115连接尺寸18AAA参见表159.2A连接板耳板hfA耳板连接板t=6花纹钢板10.000=12孔14高强螺栓MM14螺栓200X100X6X925a25a100X6200X100X6X925a25a100X6111111A51111(板厚 = 100 )(分布筋 6@250 )新疆石油管理局泽普石油化工厂 DATE日 期第 张 共 张分项名称CONT.NO.结构专 业DISP.图名TITLESCALE比 例1:100合同号9640-5-62-0120-DWG.NO.SUBPROJECTCCECC-96219设计阶段STAGE图号空分装置SHEET工程设计OFCCECCCCECCDESD.设 计to any other party without 's permission in written form.This document is the property of . It shall not be reproduced or transfered本文件产权属REV.版次所有,未经CCECCDESCRIPTION说 明泽普石油化工厂化肥扩建工程书面许可不准复制或转让第三方.CCECC用 户 CLIENT项目名称CHKD.校 核DATE日 期DATE日 期新疆石油管理局PROJECTAPPD.审 核DATE日 期APPD.审 定 描图 制图 一校 二校D12CB34A123456DCB56AHF4孔花纹钢板DY高强螺栓螺栓DC1SY5100X6VL1t=6KGBM14GLSHHLSM14HCHIHLVIVH25a200X100X6X9VC25a100X625a25a200X100X6X9=121OBYPAZX11
高层建筑钢结构施工方案
高层建筑钢结构施工高层建筑钢结构的施工内容撮要：本文简要介绍了高层、超高层建筑的结构系统，并连系“东南科技研发中心”超高层全钢结构的建造与安装及钢结构首要构件的翻样、下料、建造等各个主要环节的质量节制和材料选用供给一些粗浅的定见。
对于支撑系统，消能减震装配不在此文内介绍。
关头词：超高层智能年夜楼节点域 MST组合梁耐火钢焊领受缩变形熔嘴电渣焊。
一、概况高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史，1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起，到了二次世界年夜战后因为地价的上涨和生齿的迅速增添，以及对高层及超高层建筑的结构系统的研究日趋完美、计较手艺的成长和施工手艺水平的不竭提高，使高层和超高层建筑迅猛成长。
钢筋混凝土结构在超高层建筑中因为自重年夜，柱子所占的建筑面积比率越来越年夜，在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑；同时高强度钢材应运而生，在超高层建筑中采用部门钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。
超高层建筑的成长浮现了发家国家的建筑科技水平、材料工业水安然安祥综合手艺水平，也是培植部门财力雄厚的象征。
我国的高层与超高层钢结构建筑自更始开放以来已有20年的历史，并在设计和施工中堆集了不少经验，已有我国自行编制的《高层平易近用建筑钢结构手艺规程》JGJ 99-98。
东南网架集团的“东南科技研发中心”的初步设计已于2003年9月20日在萧山宾馆经由过程专家的论证和区政府率领的审查。
这是一幢地下二层，地上二十六层，层高3.6m，集研发、设计、培训、检测为一体的多功能智能年夜楼。
建筑物为总高度100m、建筑总面积4.0万平方米的全钢结构超高层建筑，建筑造型新奇、美不美观、细腻，充实展示了钢结构的特征和现代建筑气概。
全钢结构超高层建筑，国内为数不多，在杭州市甚至浙江省属于始创，这浮现了东南网架集团对培植部授予“钢结构财富化基地”的声誉和责任。
东南网架集团已设计、建造、安装了4000多项难度年夜、造型复杂钢结构工程，如广州新体育馆主场馆、广州新白云国际机场、广州国际会展中心、黄龙体育中心、河南省体育场、杭州年夜剧院、宁波新桥化工办公楼、厦门气象形象局综合楼等工程，在钢结构方面已经堆集了丰硕的设计、建造、安装经验。
多高层钢结构
4.1.1多高层结构的特点
（1）结构自重轻 （2）抗震性能良好 （3）能更充分地利用建筑空间 （4）建造速度快 （5）防火性能差
4.1.2结构荷载的特点-水平荷载是设计控制荷载。
4.1.3.高层钢结构种类
(1)框架结构体系
（a）双向十字交叉框架；（b）踏步式平行内柱的平行框架；（c）平行的横向框架； （d）曲线网络上的横向框架；（e）圆弧包络的径向框架；（f）双轴平行双向框架； （g）径向网络上的横向框架
2结构竖向布置 抗震设计的高层建筑，在结构的竖向布置上具有下 列情况之一者，为竖向不规则结构。
▪ 楼层刚度小于其相邻上层刚度的70%，且连续三层 总的刚度降低超过50%；相邻楼层有效质量之比超 过1.5，但轻屋盖与相邻楼层的有效质量之比除外； 竖向抗侧力构件不连续；任一楼层抗侧力构件的总 抗剪承载力，小于其相邻上层的80%；立面收进部 分的尺寸比值为：
4.2.3.地震作用
高层建筑钢结构抗震设计时，第一阶段按多遇
烈度地震作用，第二阶段按罕遇烈度地震计算地震 作用。
第一阶段设计时的地震作用应考虑下列原则：
▪ 沿结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进 行抗震计算，各方向的水平地震作用部由该方向的 抗侧力构件承担。
▪ 当有斜交抗侧力构件时，宜分另考虑各侧力构件方 向的水平地震作用。
第4章 多高层钢结构
➢ 定义
高层钢结构一般是指六层以上（或30ｍ以上），主要采 用型钢、钢板连接或焊接成构件，再经连接、焊接而成的结 构体系。高层钢结构常用钢框架结构、钢框架――混凝土核 心筒结构形式。后者在现代高层、超高层钢结构中应用较为 广泛，事实上，它属于钢――混凝土混合结构。
➢ 应用范围 现代高层、超高层公共建筑，标志性建筑，商业中心，如： 北京国贸中心、环球金融大厦。 星级饭店，旅馆，如：北京香格里拉饭店、长富宫饭店 商用写字楼，综合楼，办公楼 如：长春光大银行、上海国 际航运大厦。 民用住宅，高层公寓。民用住宅的开发与试点正在进行。如： 天津市梨园小区等。
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（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
T/s
–η2－阻尼调整系数
0.1
Tg
5Tg
6
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…14
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）
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…15
•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）
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…9
•设计地震作用的方向
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…20
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
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。
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
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
振型组合
4.2 多高层钢结构的计算特点…17
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
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…4
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
10.12.2020
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…12
•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
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…13
2）设计反应谱
最大地震作用
地震系数
➢ 地震影响系数曲线
-框架-剪力墙体系
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
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
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
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
-巨型框架体系
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
第四章 多高层钢结构设计
4.2 多高层钢结构的计算特点
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…19
–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；
– 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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4.2 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范围
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…2
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…3
2. 风荷载
Fn nFEk
或 Geq=Sum ( Gi )*0.80
n
Vi Fn Fi
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mi
4.2 多高层钢结构的计算特点…16
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
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
–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。
3）水平地震作用计算
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
•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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4.2 多高层钢结构的计算特点…21
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。
-框架-筒体结构体系
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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…5
-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
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…7
•建筑类别与设防标准
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4.2 多高层钢结构的计算特点…8
➢ 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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4.2 多高层钢结构的计算特点…10
•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
u 0.12Fh
h
T/s
–η2－阻尼调整系数
0.1
Tg
5Tg
6
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4.2 多高层钢结构的计算特点…14
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…15
•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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4.2 多高层钢结构的计算特点…9
•设计地震作用的方向
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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
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。
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
4.2 多高层钢结构的计算特点…17
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
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4.2 多高层钢结构的计算特点…4
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…12
•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
-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
-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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4.2 多高层钢结构的计算特点…19
–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；
– 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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4.2 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范围
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。
10.12.2020
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昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…2
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…3
2. 风荷载
Fn nFEk
或 Geq=Sum ( Gi )*0.80
n
Vi Fn Fi
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mi
4.2 多高层钢结构的计算特点…16
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
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
–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。
3）水平地震作用计算
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
•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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4.2 多高层钢结构的计算特点…21
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。
-框架-筒体结构体系
10.12.2020
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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…5
-筒体结构体系
筒中筒结构
西尔斯(Sears)大楼筒体变化图
10.12.2020
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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
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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4.2 多高层钢结构的计算特点…7
•建筑类别与设防标准
10.12.2020
昆明理工大学 建工学院 土木系
4.2 多高层钢结构的计算特点…8
➢ 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）
10.12.2020
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4.2 多高层钢结构的计算特点…10
•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