第9章多高层房屋结构2

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在使用阶段,压型钢板与混凝土面层结合为整体形成组 台板,应验算组合板在全部荷载作用下的强度和刚度。
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(1)组合楼板的强度计算 抗弯强度计算
组合板承受正弯矩作用时,一般采用塑性设计法。 但考虑到压型钢板没有混凝土保护层,同时,中和轴 附近材料强度的发挥也不够充分,因而压型钢板和混 凝土的强度设计值均应乘以折减系数0.8。
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a. 当
时,塑性中和轴位于组合板的混凝土内,
如下图,组合板的横截面抗弯能力按下式计算:
B
fc
x hc h0
fcBx yp
Apf
图9.3.2
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式中
—组合板全部荷载产生的弯矩设计值;
—组合板有效高度;
—组合板受压区高度,

时,取
—压型钢板截面应力合力至棍凝土受压区都
9.2.2.4 位移限制 (1)不考虑地震作用时,结构在风荷载作用下,顶点质
心位置的侧移不宜超过建筑高度的1/500,质心层间侧移 不宜超过楼层高度的1/400。
对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的高层钢结构 的位移,应符合现行国家标准《高层建筑混凝土结构技术 规程》的有关规定,但在保证主体结构不开裂和装修材料 不出现较大破坏的情况下,可适当放宽。
计算水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴力和变形):
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式中 —水平地震作用效应; —j 振型水平地震作用产生的效应,可只取前 2~3个振型。当基本自振周期>1.5s时或房 屋高宽比>5时,振型个数可适当增加。
在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时,应按 空间协同工作或空间结构计算空间振型。
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9.3.1.1 施工阶段压型钢板的验算 施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板,应按弹性
设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求,应 考虑设置临时支撑。 (1)抗弯强度验算
B bc
2
1
图9.3.1
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式中 —单元宽度B范围内,由混凝土和钢板自重以及 施工荷载作用引起的弯矩设计值;
为了考虑结构或构件的各种初始缺陷对内力的影响, 此时应该在每层柱顶附加考虑由下式计算的假想水平力 :
式中 ——第i楼层的总重力荷载设计值; ——框架总层数; —— 钢 材 强 度 影 响 系 数 , 对 Q235 、 Q345 、 Q390
和Q420分别采用1.0、1.1、1.2和1.25。
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Gn
△F0
Fn
H Hi
Gi
Fi
FEk
图9.2.3 底部剪力法计算简图
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总水平地震作用: 各层水平地震作用标准值按下式比例分配:
顶部附加水平地震作用标准值为:
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式中:
——相应于结构基本自振周期 (按s计) 的水平地震影响系数;
——结构的等效总重力荷载,取总重力荷 载代表值的80%;
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(3)进行弹性分析时,宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢 梁的共同工作。当进行弹塑性分析时,由于楼板可能严 重开裂,因此,不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。
在进行框架弹性分析时,压型钢板组合楼盖中梁的惯 性矩可取为:当两侧有楼板时,取1.5 ;当仅一侧有楼 板时,取1.2 。 为钢梁的惯性矩。
面应力合力的距离;
—压型钢板顶面以上混凝土计算厚度;
—压型钢板的单元宽度(波距);
—压型钢板单元宽度内的截面面积
—压型钢板材料的抗拉强度设计值;
—混凝土抗压强度设计值。
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b. 当
时,塑性中和轴位于组合板的混凝土内,
如下图,组合板的抗弯承载力按下式计算:
B
fc
hc x h0
fcBh0 yp2 Ap2f yp1
—分别为压型钢板在单元宽度B范围内对1点和2 点的截面模量;当压型钢板受压部分的宽度bc 超过有效宽度be(be=50t,t为压型钢板的厚度) 时,受压部分取有效宽度be计算截面模量。
—压型钢板的抗弯强度设计值。 对Q215钢, =190N/mm2;对Q235钢, =205N /mm2。
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(Ap-Ap2)f
图9.3.3
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式中
——塑性中和轴以上的压型钢板单元宽度内截面面 积;
——分别为压型钢板受拉区截面拉应力合力至受压 区混凝土板截面和压型钢板截面压应力合力的 距离。
斜截面抗剪强度计算
组合板斜截面抗剪承载力应符合下式要求:
式中
——组合扳一个波距内斜截面最大剪力设计 值;
(4)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 面抗例力单元或为简体结构时,应采用空间结构计算模 型。
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9.2.2.2 内力与位移计算
高层建筑钢结构功能复杂、体型多样、受力复杂且杆件数 量众多。因此,在进行结构的静、动力分析时,一般都应借助 电子计算机来完成。
若是在初设阶段进行截面的预估,也可参考有关资料和手 册采用一些近似计算方法,如分层法、D值法、空间协同工作 分析、等效角柱法、等效截面法以及展开平面框架法等。
当进行高层钢结构的内力与位移分析时,尚应注意以下几 个问题;
(1)高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用H形和箱形,梁柱 连接节点城的剪切变形对内力的影响较小,计算时可以不考虑。
—— 结构顶层假想侧移(m),即假想将结构各层的 重力荷载作为楼层的集中水平力,按弹性静力方法计算 得到的顶层侧移值。
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——计算周期修正系数,可取

采用底部剪力法时,突出屋面小塔楼的地震作用效应
宜乘以增大系数3。增大影响宜向下考虑1~2层,但不
再往下传递。
振型分解反应谱法 不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构,宜采
①对于箱形截面柱框架,可将梁柱节点域当作刚域,刚 域的尺寸取节点域尺寸的一半。
②对工字形截面柱框架,可先按结构轴线尺寸进行分析, 然后进行修正。
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(2)高层建筑钢结构的P-△效应较强,一般应验算结构的 整体稳定性。但根据理论分折和实例计算,若将结构的层 间位移限制在一定范围内,就能控制二阶效应对结构极限 承载能力的影响。故《钢结构设计规范》规定,框架结构 可采用一阶弹性分析,当满足下面的规定时,宜采用二阶 弹性分析。
对处于较严重腐蚀环境下的建筑,不宜采用压型钢板 组合楼盖体系。
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设计时,压型钢板可以有三种形式: ①压型钢板只作为永久性模板使用; ②压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋,即组合楼板; ③压型钢板承受全部静荷载和活荷载。 其中①、②两种是目前采用最多的。 当仅作为永久性模板使用时,压型钢板承受施工荷载和 混凝土的重量。混凝土达到设计强度后,单向密肋钢筋混 凝土板即承受全部荷载。这种形式的楼板在使用阶段属于 非组合板,可按一般钢筋混凝土楼板进行设计。 对同时兼作模板和受拉配筋的压型钢板组合楼板的设计, 应分施工阶段和使用阶段进行验算。
——分别为第i、j层重力荷载代表值; Hi、Hj——分别为第i、j层楼盖距底部固定端
的高度; Fi——第i层的水平地震作用标准值;
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——顶部附加地震作用系数; ——顶部附加水平地震作用; ——结构的基本自振周期; 结构的基本自振周期,可按下列经验公式估算:
或者,对于重量及刚度分布比较均匀的结构,可用下式 近似计算:
基本要求
1.了解压型钢板组合楼板的验算方法 2.了解组合梁的设计要求
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9.3.1 组合楼板的设计要求
使用压型钢板组合楼板,有利于各种复杂管线系统 的铺设,在施工过程中,无传统模板支模拆模的繁琐作 业。
组合楼盖常用的压型钢板一般由厚0.8~1.0mm的热 镀锌薄板成型,长度为8~12m。各块压型钢板之间应用 紧固件将其连成整体。安装时,压型钢板表面的油污应 清除,避免长期显露而生锈。
(3) 第二阶段抗震设计时,其结构层间侧移不得超过层 高的1/70,结构层间侧移延性比不得大于下表的规定。
表9-4
结构类别
层间侧移延性比
钢框架
3.5
偏心支撑框架
3.0
中心支撑框架
2.5
有混凝土剪力墙的钢框架
2.0
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第9.3节 压型钢板组合楼(屋)盖结构
本节目录
1.组合楼板的设计要求 2.组合梁的设计要求
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时程分析法 竖向特别不规则的建筑及高度较大的建筑,宜采用
时程分析法进行补充验算。 采用时程分析法计算结构的地震反应时,应输入典
型的地震波进行计算。场地特征的地震加速度波不能 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。
(2)刚度验算 压型钢板在施工阶段荷载标准值作用下的挠度不得超
过l/180(l为板的跨度)和20mm,取其中较小值。 若压型钢板在自重与湿混凝土荷载下的跨中挠度w按
正常使用状态计算大于20mm时,因压型钢板变形的 “坑凹”效应将增加混凝土的厚度,故在单位板宽内应 考虑沿全跨增加0.7w厚度的混段土重量进行计算,或增 设临时支撑。 9.3.1.1 使用阶段压型钢板的验算
结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。
(2) 第一阶段抗震设计时,其层间侧移标准值不得超过 结构层高的1/250。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧
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力构件的结构,其侧移值应符合《高层建筑混凝土结构技 术规程》的规定。结构平面端部构件最大侧移不得超过质 心侧移的1.3倍。
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9.2.2.3 承载力验算 高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求:
非抗震设计时: 抗震设计时:
—结构构件承载力的抗震调整系数。按照下表采 用。
表9-3
构件名称 梁 柱 支撑 节点 节点螺栓 节点焊缝
0.80 0.85 0.90 0.90
0.90
1.0
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9.2.2 结构设计
9.2.2.1 一般原则 (1)内力与位移一般采用弹性方法计算。对罕遇地
震作用,采用弹塑性方法进行分析。 (2)一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。对于
整体性较差、或楼面有大开孔、有较长外伸段或相邻 层刚度有突变的面,宜采用楼板平面内的实际刚度 (或者,按刚性楼面计算,但对所得结果进行调整)
用振型分解反应谱法。 对体型比较规则、简单,可不计扭转影响的结构,振
型分解反应谱法仅考虑平移作用下的地震效应组合,沿主 轴方向,结构第j振型第i质点的水平地震作用标准值,按 下列公式计算:
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式中: ——相应于j振型计算周期 的地震影响系数; ——j振型的参与系数; ——j振型Z质点的水平相对位移。 根据各振型的水平地震作用标准值Fji,即可按下式
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但是,此剪切变形对结构水平位移的影响较大,一般可 达10%~20%。因此,分析时应计入梁柱节点域剪切变形 对高层建筑钢结构位移的影响。由于用精确方法计算比较 困难,在工程设计中,可采用近似方法考虑其影响。即可 将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析,也可按 下列规定作近似计算:
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2020/11/27
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底部剪力法 底部剪力法适用于高度不大于60m 且平面和竖向较规
则的高层建筑。 采用底部剪力法计算水平地震作用时,各楼层可仅按
一个自由度计算。 底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计算结构底部的
总剪力,然后按一定的比例分配到各楼层。得到各楼层 的水平地震作用后,即可按静力方法计算结构的内力。
对无支撑纯框架,采用二阶弹性分析时,各杆件杆端弯矩 用下式近似计算:
=+
式中 ——假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的 各杆杆端弯矩; ——框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆 杆端弯矩; ——考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数
框架柱采用二阶弹性分析方法设计时,计算长度系数取为 1.0。
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式中: ——所计算楼层各柱轴心压力设计值之和; ——产生层间侧移的所计算楼层及以上各层的水平
力之和; Δu——按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移。 当用来确定是否采用二阶分析时,可近似取层间相对 位移的容许值[Δu](等于h/400)代替;
h——所计算楼层的高度。
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