第四章多层及高层房屋钢结构设计
钢结构多高层房屋的结构设计
钢结构多高层房屋的结构设计引言：随着城市化的发展和人口的增长，对多层房屋的需求也越来越大。
而钢结构作为一种优秀的建筑结构材料，由于其轻质、高强度、施工速度快等优势，越来越受到人们的关注和使用。
本文将讨论钢结构多层房屋的结构设计。
1.设计理念钢结构多层房屋的结构设计应该着重考虑其安全性、可靠性和经济性。
安全性是首要的考虑因素，结构设计要满足抗震、抗风等力学要求。
可靠性是指结构设计要符合建筑的使用寿命，保证其长期使用的安全和稳定性。
经济性是指通过合理的结构设计，达到减少材料和劳动力成本的目的。
2.结构类型钢结构多层房屋常见的结构类型有钢框架结构、钢筋混凝土框架结构以及混合结构。
钢框架结构是将主要承重构件采用钢材形成的框架结构，如柱、梁等，用螺栓连接构件之间的联接。
这种结构类型适用于高层建筑，具有结构轻便、施工速度快等优点，但对基础要求较高。
钢筋混凝土框架结构是将钢筋混凝土构件和钢梁、钢柱等钢结构构件结合起来形成的框架结构。
这种结构类型既有钢结构的高强度和刚度，又有钢筋混凝土的耐久性，适用于多层住宅和商业建筑。
混合结构是钢结构和其他材料（如钢筋混凝土）结合形成的结构。
这种结构类型充分发挥不同材料的优势，如钢结构的高强度和刚度，以及钢筋混凝土的耐久性和隔热性。
3.结构设计考虑因素钢结构多层房屋的结构设计应考虑以下因素：-荷载：包括自重荷载、建筑物使用荷载以及外部荷载（如风荷载和地震荷载）。
结构设计应根据实际情况合理选定荷载标准，确保结构的安全性。
-构件尺寸和截面形状：根据结构的设计荷载和受力情况，确定构件的尺寸和截面形状。
一般来说，构件的截面应满足截面抗弯强度和抗剪强度的要求。
-施工方法：钢结构多层房屋的结构设计应考虑施工的可行性和效率。
合理的施工方法能够提高施工速度，减少成本。
-防火要求：根据建筑法规和使用要求，钢结构多层房屋的结构设计应考虑防火性能。
例如，可以采用防火涂料和防火板等防火材料，提高建筑的防火性能。
多高层建筑钢结构设计
多高层建筑钢结构设计高层建筑钢结构设计是指在建筑物的设计和建造过程中，运用钢材及其组合构件来构筑建筑物的承重结构，并具备抗震、耐久、安全等基本要求的一种设计方法。
下面将从材料选择、结构设计、施工等方面介绍高层建筑钢结构设计。
首先，材料选择是高层建筑钢结构设计中的关键一环。
钢材具有轻、强、抗震、耐久的优势，可以有效减轻建筑物自重，提高结构强度和稳定性，并能适应抗震要求。
常用的钢材有普通碳素结构钢、低合金高强度钢和耐候结构钢等。
根据建筑的设计载荷和使用环境，合理选择材料是保证高层建筑结构安全性和经济性的基础。
其次，高层建筑钢结构设计需要合理选择结构形式。
常见的结构形式有框架结构、桁架结构和空心管结构等。
框架结构适用于高层建筑，具有简单、系统性好、构造稳定的特点。
桁架结构适用于大跨度、大高度的建筑物，具有轻质、抗震性能好的特点。
空心管结构适用于中小高层建筑，具有重量轻、刚性好的特点。
选择适合的结构形式可以合理利用钢材的优势，提高建筑物的承载能力和稳定性。
此外，高层建筑钢结构设计需要考虑结构的抗震性能。
高层建筑常常处于复杂的地震环境中，因此，设计中需要合理配置抗震构造体系和合理选择抗震措施。
例如，采用合理的软硬比配置、增加剪力墙和加强节点连接等，可以提高建筑物的抗震性能。
最后，高层建筑钢结构的施工也是设计的重要环节。
施工中需要严格按照设计图纸执行，合理组织施工流程和施工顺序，确保钢结构的精准制作和安装。
同时，施工中要注意安全，合理配置人员和设备，采取相应的防护措施，确保施工过程中不出现事故。
综上所述，高层建筑钢结构设计应该从材料选择、结构形式、抗震性能和施工等多个方面进行考虑。
只有在这些方面做出合理的设计和施工，才能确保高层建筑的安全性和稳定性。
高层建筑的钢结构设计是一个复杂而重要的工程，需要科学的理论指导和丰富的实践经验，以满足不断增长的城市化需求。
多层及高层钢结构设计资料
多层及高层钢结构设计资料
钢结构是一种结构在工程建设中常用的类型。
它们通常用于支撑高度
和重量较大的建筑物，包括桥梁、高层建筑等。
为了保证钢结构的安全性，设计师必须了解一些设计原则和安全系数，以确保钢结构的可靠性。
多层钢结构设计通常是在结构复杂的情况下使用的，它们一般由多个
层次组成。
通常，它们可以分为第一层和第二层，第一层是基础层，用于
承受整体负载，而第二层是辅助层，用于降低前一层的负载以及消除冲击
荷载。
与双层结构相比，多层钢结构设计需要考虑的因素更多，由于钢结构
具有较大的抗拉强度和压缩强度，所以在设计多层钢结构时，需要严格考
虑各层连接的强度和稳定性，以确保结构的可靠性。
另外，为了满足不同
的结构性能要求，设计师还需要考虑结构材料的选择，以及在设计过程中
需要考虑的其他因素。
高层钢结构设计的主要考虑因素也不尽相同。
首先，设计师需要根据
结构的使用环境和目的，结合当地建筑规范，选择合适的结构系统和结构
形式。
其次，钢结构必须考虑最大风荷载和地震荷载，以确保夠强的抗风
性能和抗震能力。
多层高层钢结构实际设计2
多层高层钢结构实际设计2多层高层钢结构实际设计2多层、高层钢结构是指在建筑物中使用钢材作为主要结构构件的建筑类型。
这种建筑类型具有更高的耐震性、更大的跨度和更高的高度，适用于商业、住宅和工业用途。
在设计多层、高层钢结构时，需要考虑各种因素，包括结构安全、建筑功能、经济性和施工方法等。
首先，在多层、高层钢结构的实际设计中，结构安全是最重要的考虑因素之一、设计师必须根据当地的设计规范和标准，计算和验证各种荷载条件下的结构强度和稳定性。
这包括垂直荷载（例如自重和活载）、水平荷载（例如风荷载和地震荷载）以及其他情况下的荷载（例如温度变化和振动荷载）。
其次，建筑的功能也是设计的关键考虑因素之一、多层、高层建筑通常会包括不同种类的功能区域，例如住宅区、办公区、商业区和公共区域。
设计师必须根据建筑的使用需求和功能要求，确定每个区域的布局和空间规划。
此外，还需要考虑通风、采光和节能等方面的设计。
第三，经济性是设计多层、高层钢结构时需要考虑的一个重要因素。
在设计过程中，需要根据材料和施工成本等因素进行预算，并在不影响结构安全的情况下尽可能减少成本。
可以通过优化结构形态、减少使用材料和选择高效的施工方法等方式来实现经济性。
最后，施工方法也是设计多层、高层钢结构时需要考虑的重要因素之一、在设计过程中，需要根据实际情况选择最合适的施工方法。
这可能涉及到在原地施工、组装预制部件或采用其他创新的施工方式。
设计师还需要考虑施工过程中的安全性、施工周期和质量控制等因素。
综上所述，在设计多层、高层钢结构时，需要综合考虑结构安全、建筑功能、经济性和施工方法等多个因素。
通过合理的设计和精确的计算，可以实现满足建筑需求的安全、实用和经济的结构。
多层及高层钢结构设计资料
多层及高层钢结构设计资料多层和高层钢结构设计资料主要包括以下内容：1.结构需求分析：首先，需要对建筑物的使用要求进行分析，并确定结构所需的承载能力、稳定性、刚度等。
这些要求包括建筑物的用途、设计荷载、倒塌安全系数等。
此外，还需要考虑地震、风荷载等自然灾害的因素。
2.结构形式选择：根据建筑物的使用要求和设计荷载，选择适合的结构形式，如框架结构、管结构、板单元结构等。
其中，框架结构一般适用于多层和高层建筑，可以提供良好的刚性和稳定性。
3.荷载计算：根据规范要求及建筑物的使用要求，计算设计荷载，包括常规荷载（如死荷载、活荷载）、地震荷载、风荷载等。
这些荷载将影响到结构的设计和安全性评估。
4.刚度计算：根据结构形式和设计荷载，计算结构的刚度。
这包括弯曲刚度、剪切刚度和扭转刚度等。
通过考虑结构的刚度，可以确保结构在使用和荷载下的稳定性。
5.钢材选型：根据结构的需求和设计荷载，选择适合的钢材类型和规格。
常见的结构钢材有普通碳素结构钢和高强度钢。
钢材的选型应综合考虑材料的力学性能、可焊性、可加工性等因素。
6.结构连接：选择合适的连接方式和材料，以确保结构各部分之间的传力有效、安全可靠。
此外，还要考虑结构的可拆卸性和维修性，在需要时能够进行维护和更换。
7.结构设计计算：根据规范要求，进行结构的材料计算和构件计算。
材料计算包括截面尺寸设计、抗弯承载力计算等；构件计算包括钢柱、钢梁、节点等的强度和刚度计算。
8.结构设计验算：进行结构设计的验算，包括承载力验算和稳定性验算。
通过对结构的详细分析，确保其在设计荷载下，满足强度和稳定性的要求。
9.结构施工和施工质量控制：根据设计图纸和施工方案，进行结构的施工和质量控制。
包括制定施工顺序和安全措施，配合结构施工中的质量检验和验收。
10.结构监测和维护：在建筑物的使用期间，进行结构的监测和维护。
通过定期的结构安全评估和非破坏性检测，保证结构的安全性和稳定性。
综上所述，多层和高层钢结构设计包括结构需求分析、结构形式选择、荷载计算、刚度计算、钢材选型、结构连接、结构设计计算、结构设计验算、结构施工和施工质量控制、结构监测和维护等内容。
钢结构 4.4-2015
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
4.4.1.3 地震作用
抗震设防类别：按《建筑抗震设防分类标准》(GB50223)分为甲 类、乙类、丙类和丁类。
抗震设计目标： 三水准：小震不坏，中震可修，大震不倒 两阶段：多遇地震作用及罕遇地震作用。 地震定义：抗震设计基准期内超越概率（ t年内至少发生一次 地震的概率），多遇地震为63%，抗震设防地震为10%，罕遇 地震为2-3%
2. 用于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，或筒体结构时，可采用空间结构计算模型：
3. 通常采用有限元软件计算。
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
4.4.2.3 多、高层框架近似分析方法
分层法(竖向荷载作用) D值法(水平荷载作用 )
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
地震影响系数曲线
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
场地特征周期Tg(s) ：
设计地震 分组
第一组 第二组 第三组
场地类别
I
II III IV
0.25 0.35 0.45 0.65
0.30 0.40 0.55 0.75
0.35 0.45 0.65 0.90
水平地震影响系数最大值 ：
地震影响 6 度
应特别考虑邻近建筑的影响，对于高度超过200m的建 筑物风荷载，应按边界层风洞试验确定。
当高层建筑顶部有小体型的突出部分(如伸出屋顶的电 梯间、屋顶瞭望塔建筑等)时，设计应考虑鞭梢效应。
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
《钢结构设计》—— 第4章 多层及高层房屋结构
动力荷载作用下，顶部的小突出部分由于质量和刚度 比较小，在每一个来回的转折瞬间，形成较大的速度， 产生较大的位移，就和鞭子的尖一样，这种现象称为鞭 梢效应（whipping effect）。
多高层建筑钢结构设计
多高层建筑钢结构设计在当今的建筑领域，多高层建筑钢结构设计因其独特的优势而备受关注。
钢结构以其高强度、高韧性、施工速度快等特点，成为了现代建筑设计中的重要选择。
钢结构在多高层建筑中的应用具有诸多显著优点。
首先，钢结构的强度高，能够承受较大的荷载，为建筑提供了稳固的支撑。
其次，其重量相对较轻，这在高层建筑中尤为重要，因为减轻建筑自重可以降低基础造价，并提高建筑的抗震性能。
再者，钢结构的工业化程度高，预制构件可以在工厂中进行标准化生产，然后运输到现场进行组装，大大缩短了施工周期。
在进行多高层建筑钢结构设计时，需要充分考虑结构体系的选择。
常见的结构体系包括框架结构、框架支撑结构、筒体结构等。
框架结构简单明了，适用于层数相对较低的建筑；框架支撑结构通过设置支撑增加了结构的侧向刚度，适用于较高的建筑；筒体结构则具有很强的抗侧能力，适用于超高层建筑。
设计过程中，荷载的计算是至关重要的一环。
不仅要考虑恒载（如结构自重、建筑装饰等）和活载（如人员、家具、设备等），还要充分考虑风荷载和地震作用。
风荷载的计算需要根据建筑所在地区的气象资料和建筑的外形特征来确定。
地震作用则需要根据建筑所在地区的抗震设防烈度、场地类别等因素进行计算。
钢结构构件的设计是多高层建筑钢结构设计的核心内容之一。
钢梁和钢柱通常是主要的受力构件。
钢梁的设计需要考虑其抗弯、抗剪能力，以及整体稳定性。
钢柱则需要考虑其受压稳定性和承载能力。
为了保证构件的强度和稳定性，需要合理选择钢材的型号和规格。
节点设计在钢结构中也占有举足轻重的地位。
节点的连接方式直接影响到结构的整体性和可靠性。
常见的节点连接方式有焊接、螺栓连接等。
焊接连接强度高，但施工难度较大，质量控制要求严格；螺栓连接施工方便，但连接强度相对较低。
在设计节点时，需要根据具体情况选择合适的连接方式，并进行详细的节点受力分析。
钢结构的防火和防腐设计也是不容忽视的方面。
由于钢材在高温下强度会急剧下降，因此需要采取有效的防火措施，如涂抹防火涂料、设置防火隔板等。
多高层建筑钢结构设计
支撑桁架
筒
支撑—筒体系
钢框架 支撑桁架 筒
基本单元的组合
钢框架
支撑桁架 筒
筒 束 体系 筒 中 筒体系
抗侧力体系
钢框架体系 钢框架—支撑体系 钢框架—筒体系 大型支撑体系 支撑—筒体系 筒 中 筒体系 筒 束 体系
抗侧力体系
钢框架体系 钢框架—支撑体系 钢框架—筒体系 大型支撑体系 支撑—筒体系 筒 中 筒体系 筒 束 体系
多高层建筑钢结构设计
小组成员：傅星宇 马稳 潘正宇 王友明 吴灵枢
多高层建筑钢结构设计
一、多高层钢结构的特点 二、多高层框架钢结构体系 三、多层钢结构房屋 四、高层建筑钢结构抗侧力体系 五、设计方法 六、节点设计 七、组合板设计 八、钢与混凝土组合梁
重点和难点
1、多层钢框架结构体系的组成和设计方法 2、组合梁、楼板、节点设计
支撑框筒结构或桁架筒体结构
支撑系统覆盖了整个建筑 物表面；
是较框筒结构更为优越的 抗侧力体系。
抗侧力结构位置
框筒结构布置时的注意事项
框筒结构高宽比不宜小于4；（更好地发挥框筒的立体作用） 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
结构特点： 当钢筋混凝土墙沿服务性面积（如楼梯间、电梯间 和卫生间）周围设置,就形成框架筒体结构体系 这种结构体系在各个方向都具有较大的抗侧力刚度。
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；
多高层钢结构设计
多高层房屋结构的类别特点：侧向荷载效应的影响突出：风荷载、地震作用分类：框架结构、框剪结构、筒体结构框架结构特点：1】平面布置较灵活，刚度分布均匀2】侧向刚度小，延性较大，自振周期较长，对地震作用不敏感，一般在不超过30层框剪结构特点：1】支撑或剪力墙，双重设防2】不超过40~60层筒体结构特点：框筒结构1】框架形成的筒体结构，内筒及其它竖向构件主要承受竖向荷载，外层框架主要承受侧向荷载2】刚性楼面结构作为框筒的横隔3】剪力滞后造成角柱的轴力过大，两个措施：控制框筒平面的长宽比加大框筒梁和柱的线刚度之比4】适用的建筑高度可超过90层筒中筒结构1】减缓框筒结构的剪力滞后效应2】密柱深梁或钢筋混凝土内筒侧向位移模式：适用高度JGJ99-98) 依据地震设防烈度划分：非抗震设防的多层(£12层)钢结构房屋形式：1】纯采用框架结构或斜撑(或剪力墙)体系2】斜撑体系梁和柱的连接都可做成铰支即柔性连接抗震设防的多高层钢结构房屋形式：1】中心支撑体系，不超过12层2】偏心支撑体系，超过12层结构布置提要1】光滑曲线构成的凸平面形式：风载体型系数小2】采用中心对称或双轴对称的平面形式：减小或避免在风荷载作用下的扭转振动3】平面尺寸关系4】平面不规则结构5】结构竖向布置基础1】宜设地下室2】抗震设防基础埋深宜一致, 不宜采用局部地下室3】基础埋深，天然地基不宜小于H/15，桩基时不宜小于H/204】采用钢筋混凝土剪力墙或框剪结构型式5】设置钢骨(型钢)混凝土的过渡层，一般为2~3层如何做好多高层钢结构设计将十层以下、总高度小于24m的民用建筑和6层以下、总高度小于40m的工业建筑定义为多层钢结构；超过上述高度的定义为高层钢结构。
其中民用建筑层数和高度的界限与我国建筑防火规范相协调，工业建筑一般层高较高，根据实际工程经验确定。
轻型框架和轻型框架-支撑钢结构适用于多层民用建筑和楼面等效活载小于8KN/m2且建筑高度小于20m的工业建筑。
高层建筑钢结构设计
高层建筑钢结构设计在现代建筑领域中，高层建筑的设计与施工一直是工程师们的挑战之一。
随着人们对城市发展的需求不断增长，高层建筑的需求也逐渐增加。
而其中一个关键的设计要素就是钢结构。
本文将深入探讨高层建筑钢结构的设计原理、设计要素以及相关挑战。
一、设计原理高层建筑钢结构设计的主要原理是结合建筑物的荷载特点和结构的强度要求来选择和设计合适的钢结构形式。
设计师需要考虑到重力荷载、风荷载和地震荷载等多个方面。
为了使设计符合所需的性能要求，必须充分利用钢材的高强度和优异的延性。
钢结构的设计原理还包括钢柱、钢梁和钢框架等的选择与优化。
二、设计要素1. 结构材料选择高层建筑钢结构的设计要素之一是结构材料的选择。
钢材具有高强度、优异的延性和可塑性等优点，因此在高层建筑中被广泛应用。
设计师需要仔细考虑钢材的牌号、规格和质量等因素，以确保结构的安全性和可靠性。
2. 结构形式选择高层建筑的钢结构形式多种多样，包括钢框架、钢筋混凝土框架和钢管混凝土框架等。
设计师需要根据建筑物的功能、荷载特点和施工条件等因素来选择合适的结构形式。
同时，还需要结合建筑的美学需求和施工成本等因素进行综合考虑。
3. 结构设计优化高层建筑钢结构设计还需要考虑结构的优化问题。
通过合理的结构布局、减少材料的使用量和提高结构的力学性能等手段，可以实现结构的轻量化和优化。
这不仅可以提高建筑物的安全性，还可以降低施工成本和减少资源的消耗。
三、面临的挑战高层建筑钢结构设计面临着一些挑战。
首先是风荷载的考虑。
高层建筑特别容易受到风力的影响，因此需要采取相应的设计措施来抵御风荷载的影响。
其次是地震荷载的考虑。
地震是高层建筑的重要设计因素之一，设计师需要考虑地震荷载对结构的影响，并采取适当的设计措施来提高建筑物的抗震性能。
此外，还需要考虑施工的难度和工期等因素，以保证工程的质量和进度。
综上所述，高层建筑钢结构设计是一个复杂而关键的任务。
设计师需要根据建筑物的特点和要求，选择合适的材料和结构形式，并进行合理的设计优化。
多层钢结构设计
多层钢结构设计在现代建筑领域中，多层钢结构因其独特的优势而得到了广泛的应用。
多层钢结构不仅具有较高的强度和稳定性，还能够实现大跨度的空间设计，为建筑提供更多的可能性。
接下来，让我们一起深入了解多层钢结构设计的各个方面。
首先，我们来谈谈多层钢结构的材料选择。
钢材的质量和性能对于整个结构的安全性和稳定性至关重要。
一般来说，常用的结构钢包括Q235、Q345 等。
这些钢材具有良好的强度、韧性和可焊性。
在选择钢材时，需要考虑到建筑物的使用功能、荷载情况以及环境条件等因素。
例如，在有腐蚀性环境的地区，需要选用具有良好耐腐蚀性的钢材，或者对普通钢材进行防腐处理。
结构形式的设计是多层钢结构设计中的关键环节。
常见的结构形式有框架结构、框架支撑结构和筒体结构等。
框架结构简单明了，施工方便，但侧向刚度相对较小；框架支撑结构通过在框架中设置支撑来提高侧向刚度，适用于较高的多层建筑；筒体结构则具有很强的抗侧能力，适用于超高层建筑。
在实际设计中，需要根据建筑的高度、平面布局和功能要求等综合考虑选择合适的结构形式。
荷载的计算和分析是设计的基础。
多层钢结构需要承受的荷载包括恒载、活载、风载、地震作用等。
恒载主要是结构自身的重量，包括钢梁、钢柱、楼板等的重量；活载则根据建筑物的使用功能来确定，如办公室的活载一般为 20kN/m²，会议室可能会更大。
风载的计算需要考虑建筑物所在地区的基本风压、风振系数等因素；地震作用则需要根据地震设防烈度、场地类别等进行计算。
通过准确的荷载计算和分析，可以为后续的结构设计提供可靠的依据。
构件的设计是多层钢结构设计的核心内容之一。
钢梁和钢柱的设计需要考虑其强度、稳定性和变形等要求。
在强度计算中，要根据钢材的屈服强度和构件所承受的内力来确定截面尺寸；稳定性计算则需要考虑构件的长细比、支撑条件等因素。
此外，还需要对构件的变形进行控制，以确保结构在正常使用条件下不会出现过大的变形影响使用功能。
多层及高层房屋钢框架结构
4.3 柱和支撑的设计
4.3.1 框架柱设计概要
➢柱截面形式: 箱形、焊接工字形、H型钢、圆管等 ➢截面估计：按1.2N的轴心受压构件，34层作一次截面变
化，厚度不宜超过100mm ➢板件宽厚比，见下表 ➢长细比：多层(12层)框架柱在68度设防时不应大于120，
9度设防时不应大于100。高层(>12层)框架柱在设防烈度 为6，7以及8和9度时，分别为120，80以及60
bc1= bc2
组合梁混凝土翼板的有效宽度
(a) Afbcehcfcm (塑性中和轴在混凝土受压翼板内)
(b) Af>bcehcfcm (塑性中和轴在钢梁截面内) 正弯矩时组合梁横截面抗弯承载力计算图
2.负弯矩作用时
MMp+Asfsy(y3+/y4 /2)
As
组合梁塑性中和轴 钢梁塑性中和轴
y4 y3
多层(12 层)
高层(>12 层)
7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度
13 11 9 9 8 8 7
33 30 27 25 23 23 21
31 28 25 23 21 21 19
42 40 40 38
➢ 截面形式：
1. 双轴对称截面 2. 单轴对称截面，采取防止绕对称轴屈曲的构造措施
➢ P-效应导致的附加效应：
多层(12层) 按压杆设计
150
按拉杆设计 200
120 120 150 150
高层(>12层)
120
90 60
➢ 板件宽厚比： 1. 6度抗震设防和非抗震设防：按《钢结构设计规范》(GB50017) 2. 抗震设防结构：
板件名称
翼缘外伸部分 工字形截面腹板
钢结构设计-第四章 多层及高层房屋结构
当栓钉材料性能等级为4.6时，
取 f =215N／mm2。 1.67
栓钉受剪承载力设计值的折减
位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的 程度不如受压区，按式(4-4)算得的栓钉受剪承载 力设计值应予折减： (a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时： 取折减系数0.9 (b)位于悬臂梁负弯矩段时： 取折减系数0.8
英国、德国、法国，意大利，芬兰等国都有本国成熟的钢 结构住宅体系，钢结构住宅占有较大的市场份额。
5
天津丽苑钢结构住宅
天
津
丽
苑
钢
结
构
住
宅
青岛即墨钢结构住宅 莱钢开发的青岛钢结构住宅
4.1 多、高层房屋结构的组成
本节内容 4.1.1 多、高层房屋结构的类别 4.1.2 结构布置提要
结构类型
常见类型：框架结构、支撑结构、框剪结构、筒体结构
个互相垂直的主轴。
防震逢设置问题
❖ 防震逢设置不当而导致高层建筑在地震时相互碰 撞的破坏后果是严重的；
❖ 高层建筑在发生地震时具有很大的侧向位移，防 震缝的合理设置是困难的；
❖ 因此高层建筑一般不宜设置防震缝； ❖ 地震区的多高层建筑，应当建立精细的力学模型，
作较精确的地震分析，并采取相应的措施提高其 薄弱部位和构件的抗震能力。
第 4 章 多层及高层房屋结构
4.1 多、高层房屋结构的组成 4.2 楼盖的布置方案和设计 4.3 柱和支撑的设计 4.4 多、高层房屋结构的分析
和设计计算
多、高层钢结构的认识
多层和高层房屋建筑之间无严格的界线； 大致可以12层(高度约40m)为界； 世界高层建筑委员会1972年建议，将高层建筑划
高层住宅钢结构设计方案
高层住宅钢结构设计方案一、背景介绍高层住宅建筑是现代城市中常见的建筑形式之一，为了满足人们对于安全、舒适、高效的住宅需求，采用钢结构设计方案已经成为了一种主流选择。
本文将针对高层住宅钢结构设计方案进行详细介绍。
二、结构设计原则1. 安全性原则：住宅建筑首要考虑的是居民的安全。
高层住宅钢结构设计应遵循相应的安全标准，确保在自然灾害或意外事故发生时能有效防护和保护居民的生命财产安全。
2. 抗震性原则：我们所处的地震带较多，高层住宅钢结构设计需要考虑地震荷载的承受能力。
采用合适的材料和结构形式，增强建筑的抗震性能，提高居民的安全水平。
3. 精细化原则：高层住宅钢结构的设计应精确到每一个细节，充分考虑建筑的承载力、抗震性、稳定性等方面。
通过数值模拟和实验验证的方法，确定最佳设计参数，确保结构稳定性。
三、设计方案1. 结构形式：采用框架结构是高层住宅钢结构设计的常见形式。
由于钢材的高强度和高刚度，框架结构能够有效承担垂直荷载和水平荷载，提高建筑的整体稳定性。
2. 材料选用：高层住宅钢结构设计中常用的材料包括钢柱、钢梁和钢板等。
钢材具有较高的强度和优良的可塑性，能够满足高层建筑对于承载力和稳定性的要求。
3. 框架结构的连接：高层住宅钢结构的连接通常采用螺栓连接或焊接方式。
螺栓连接能够提高结构的拆卸和更换性能，适用于需要经常变动的场所；而焊接方式则能够提高结构的整体刚度和稳定性。
四、设计方法1. 结构分析：先进行建筑结构的静力学分析，计算出建筑物受力的情况，包括垂直荷载、水平荷载和地震荷载等。
通过有限元分析等方法，确定结构的稳定性和承载能力。
2. 结构设计：结合结构分析的结果，确定合适的材料和结构形式。
采用先进的设计软件，绘制结构的草图和施工图纸，确保结构细部的准确和施工的顺利进行。
3. 结构施工：高层住宅钢结构的施工过程需要经验丰富的工程师和技术人员，确保施工的质量和安全。
施工过程中需要注意材料质量的把控、连接点的合理设计以及结构的稳定性。
建筑钢结构设计复习思考题
《建筑钢结构设计》复习思考题2014.10第1章轻型门式刚架结构1.单层门式刚架结构和混凝土结构相比有哪些特点？2. 屋面支撑和刚性系杆的布置原则是什么？3.荷载效应组合的原则是什么？4.刚架侧移计算的原则是什么？5.变截面柱在整体稳定计算时，内力和截面的取值有什么特点？6.斜梁的整体稳定计算有什么特点？隅撑布置的原则是什么？7.刚架连接节点的形式和构造特点？8.压型钢板的荷载计算及荷载效应组合的特点？9.檩条的设计特点？10.墙梁的布置和荷载组合原则？第2章中、重型厂房结构设计1.吊车的工作制等级与工作级别有何关系?柱网及温度伸缩缝如何布置？2. 柱间支撑有哪几种？其作用是什么？怎样布置？支撑构件的设计有那些特点？3. 钢屋盖结构的组成、屋盖结构体系有哪些？14. 屋盖支撑有哪几种？其作用是什么？怎样布置？支撑构件的设计有那些特点？5. 厂房平面结构内力计算的特点？6. 桁架的类型、外形、腹杆布置有哪些？主要尺寸如何确定？7. 桁架的荷载计算、荷载汇集、荷载组合、杆件内力计算的特点？8. 杆件的计算长度如何确定？截面形式有哪些？9. 填板布置有哪些原则？节点板厚度如何确定？10. 杆件截面选择有哪些原则？如何计算？11. 节点设计的步骤和一般原则，各节点的设计要求和特点？如何设计和计算？12. 桁架施工图的主要内容和绘制要点？13. 吊车梁的荷载及传力途径？吊车梁截面的验算内容？第3章大跨屋盖结构1．大跨度钢结构屋盖有哪些结构形式？2．双层网架的主要形式有哪些？3．网架的跨度大小如何划分？4．网架结构的支承形式主要有哪些？5．网架的高度和网格尺寸与哪些因素有关？6．网架结构的节点有哪些形式？7．网架结构的支座形式有哪些？各有什么特点和适用范围？2第4章多层及高层房屋结构1、多高层钢结构主要有哪些结构类型？2、压型钢板组合楼板的设计特点？3、高层钢结构梁与柱连接节点的主要形式有哪些？4、高层钢结构中竖向支撑的分类以及受力特点？5、偏心支撑的特征和作用？6、消能梁段的长度对结构产生的影响？3。
高层建筑钢结构设计
高层建筑钢结构设计高层建筑的钢结构设计具有重要的意义，它关系到建筑的稳定性、安全性和经济性等方面。
本文旨在探讨高层建筑钢结构设计的关键问题，包括设计原则、常见的结构形式以及相关的工程实践经验。
一、设计原则高层建筑钢结构设计的原则主要包括结构安全性、经济性和可施工性三个方面。
1. 结构安全性高层建筑的钢结构设计必须能够满足建筑物的稳定性和抗震性要求。
在设计中，需要充分考虑地震、风荷载等因素对结构的影响，并合理设计结构的强度和刚度，以确保建筑的整体安全性。
2. 结构经济性高层建筑的钢结构设计要尽量减少材料的使用量和工程的成本。
设计师需要根据建筑的功能需求和荷载要求，合理选用钢材并进行优化设计，以降低结构的造价。
3. 结构可施工性高层建筑的钢结构设计在施工过程中要能够顺利进行，并且要考虑到结构的拼装、安装和施工工艺等问题。
合理的结构设计能够简化施工工序，提高施工效率。
二、常见的结构形式高层建筑的钢结构可以采用多种形式，常见的包括框架、悬挑、桁架等。
1. 框架结构框架结构是高层建筑中最常见的结构形式之一，它通过水平和竖直的构件组成稳定的网壳结构。
框架结构具有刚性好、承载能力高等特点，适用于多层和高层建筑。
2. 悬挑结构悬挑结构是指建筑物的一部分悬浮在建筑外部的结构形式。
这种结构形式不仅能够增加建筑物的可视性和空间感，还可以起到减轻结构自重的作用，提高建筑的稳定性。
3. 桁架结构桁架结构是由多个构件通过节点连接而成的结构系统。
它具有重量轻、刚度大等特点，适用于大跨度的建筑。
桁架结构广泛应用于高层建筑的屋顶和立面设计。
三、工程实践经验在高层建筑钢结构设计的实践中，有一些经验可以参考。
1. 优化设计在设计过程中，应充分考虑结构的复杂性和不确定性，采用合理的优化方法进行设计，以提高结构的经济性和安全性。
2. 施工工艺钢结构在施工过程中需要进行焊接、连接等工艺操作。
设计师应了解各种钢结构的施工特点和要求，确保设计的可施工性。
第四章-多层及高层房屋钢结构设计42
（二）组合板正截面抗弯承载力验算
组合板正截面抗弯承载力验算（1）
x :组合板受压区高度 x>0.55h0时，取x=0.55h0 h0 :组合板有效高度 yp:压型钢板截面应力合力至混凝土 受压区截面应力合力的距离 b :压型钢板的波距 AP: 压型钢板波距内的截面面积 hc :压型钢板顶面以上混凝土厚度 f : 压型钢板钢材的抗拉强度设计值
混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时 （Nvc应折减）
3.压型钢板和与混凝土之间水平剪力的 传递形式
依靠压型钢板的纵向波槽传递； 依靠压型钢板上的压痕、小洞或冲成的不闭合的孔眼传递； 依靠压型钢板上焊接的横向钢筋传递； 依靠设置于端部的锚固件传递(任何情形下都应当设置端部锚固件) 。
4.组合楼板设计时的基本原则
hw、tw:分别为钢梁腹板的高度和厚度； fv ：塑性设计时钢梁钢材的抗剪强度设计值.
（四）组合梁栓钉连接件验算
正弯矩区剪跨段 V = A f (塑性中和轴位于混凝土翼板内) V = bce hc fcm (塑性中和轴位于钢梁截面内) 负弯矩区剪跨段 V = As fsy
永久荷载 + 使用阶段可变荷载
变形验算
承载力验算
单向弯曲简支板
双向弯曲板或单向弯曲板
正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力
内容
（一）组合板的力学模型
板厚为50mm--100mm时 1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板； 2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板。 板厚超过100mm时 1） 0.5<λe<2.0 时：双向弯曲板； 2） λe ≤ 0.5 或 λe ≥ 2.0 时： 单向弯曲板.
多高层钢结构设计
多高层钢结构设计高层钢结构设计是指在建筑物中采用钢材作为主要结构材料，通过合理的设计和施工，使建筑物能够承受重力荷载、风荷载和地震力等外力，保证建筑物的结构稳定、安全可靠。
本文将从设计的基本原则、荷载计算、材料选取、结构构件设计等方面，介绍高层钢结构的设计。
设计的基本原则：1.安全性原则：建筑物的结构设计应满足国家和地方的相关规范和标准，保证建筑物在正常使用和极限工作状态下的安全性。
2.经济性原则：在满足安全性的前提下，能够最大程度地减小材料和施工的成本，提高结构的经济效益。
3.实用性原则：根据使用要求和功能需求，设计结构能够满足人们的舒适、便捷、美观的要求。
4.适用性原则：根据建筑物所在的地理、气象、地震等条件，选择适当的结构形式和材料。
荷载计算：高层建筑所受到的荷载主要有重力荷载、风荷载和地震力。
荷载计算是高层钢结构设计的第一步，其结果将直接影响结构的选择和构件尺寸的确定。
荷载计算要考虑建筑物的使用要求、周围环境的特点以及相关规范和标准的要求，进行合理准确的计算，以确定结构所需的强度和刚度。
材料选取：钢材作为高层钢结构的主要构造材料，其强度、刚度和耐久性是设计选择的关键。
根据建筑物使用要求和设计荷载的大小，选择适当的钢材等级和材料厚度。
同时，还要考虑材料的施工性能和经济性，确保结构的安全可靠并能够满足经济效益。
结构构件设计：高层钢结构的构件设计要以满足使用性能和荷载要求为目标，确定结构的形式和尺寸。
根据建筑物的功能和相应的荷载特点，进行合理的框架布置、纵横向刚度分布和节点设计。
常见的高层钢结构构件包括梁、柱、框架节点、扩大节点、水平刚度墙等。
梁的设计要满足横向截面抗弯承载能力和截面抗剪承载能力的要求，同时考虑梁的刚度，以满足建筑物的使用要求。
柱的设计要满足纵向承载能力和纵向稳定性的要求，考虑增加截面面积以提高抗震能力。
框架节点的设计要保证节点的刚度和强度，以保证整体框架的力学性能。
扩大节点的设计要满足节点的剪力承载能力和变形要求，以保证节点的安全性。
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施工阶段力学模型的说明
➢ 实质上是压型钢板的计算 ➢ 只考虑荷载沿强边方向传递(单向板) (因强边方向的截面刚度远大于弱边方向)
第四章多层及高层房屋钢结构设计
6.组合楼板使用阶段的设计
非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板 波槽内设置钢筋，并进行相应计算。
组合板: 永久荷载 + 使用阶段可变荷载
第四章多层及高层房屋钢结构设计
4.组合楼板设计时的基本原则
➢组合楼板的设计考虑两个受力阶段： ➢ 1)施工阶段:对作为浇注混凝土底模的压型钢板进 行强度和变形验算； ➢ 2)使用阶段:对于非组合板，压型钢板仅作为模板 使用；验算组合板在永久荷载和使用段的可变荷载作 用下的强度和变形； ➢压型钢板的跨中变形时： 挠度w0大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效 应，在全跨增加混凝土厚度0.7 第四章多层及高层房屋钢结构设计 w0 ,或增设临时支撑。
1）焊脚高度不应小于6mm
2）焊缝长度不应小于80mm
➢板缝的灌缝构造宜一律按抗震设防要求进行。必要时可在板缝间
的梁
第四章多层及高层房屋钢结构设计
➢上设抗剪件(如抗剪栓等)
梁系的构成
梁系
用于矩形平面
用于正方形平面
常见的次梁布置： 等跨等间距次梁 等第跨四章多不层及高等层房屋间钢结构设距计 次梁(中间设走廊或不等跨框架)
0.85b(hshp)
n0
hp2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
且≤ 1.0
第四章多层及高层房屋钢结构设计
3.压型钢板和与混凝土之间水平剪力的 传递形式
➢ 依靠压型钢板的纵向波 槽传递；
➢ 依靠压型钢板上的压痕、 小洞或冲成的不闭合的孔 眼传递；
➢ 依靠压型钢板上焊接的 横向钢筋传递；
➢ 依靠设置于端部的锚固 件传递(任何情形下都应 当设置端部锚固件) 。
4.1 多、高层房屋结构的组成 4.2 楼盖的布置方案和设计 4.3 柱和支撑的设计 4.4 多、高层房屋结构的分析和设计计算
第四章多层及高层房屋钢结构设计
2021/2/9
4.2 楼盖的布置方案和设计
一、楼盖布置原则和方案 二、压型钢板组合楼盖的设计
第四章多层及高层房屋钢结构设计
一、楼盖布置原则和方案
2） λe ≤ 0.5 或 λe ≥ 2.0 时：
多、高层建筑的楼盖结构组成
➢ 楼板 ➢ 梁系
第四章多层及高层房屋钢结构设计
固定作用、传递水平剪力作用
用于多、高层建筑的楼板
现浇钢筋混凝土 楼板
预制楼板
压型钢板组合 楼板
卫生间 开洞较多处
高度不大 且无地震设防的建筑
（较少采用）
工业建筑
➢应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层
➢预制楼板通过其底面四角的预埋件与钢梁焊接
第四章多层及高层房屋钢结构设计
抗剪栓钉的布置
抗剪栓钉
抗剪栓钉的布置 第四章多层及高层房屋钢结构设计
压型钢板与抗剪栓钉的 连接
压型钢板与抗剪栓钉的连接
第四章多层及高层房屋钢结构设计
1.栓钉连接件的受剪承载力设计值
N v c 0 .4 3 A st E cfc且 N v c ≤ 0 .7 A st f
➢
为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接 第四章多层及高层房屋钢结构设计
方式。
主次梁连接（一）
简支连接
主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁端 剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）
第四章多层及高层房屋钢结构设计
必要时也可采用刚性连接 。
主梁与次梁的铰接连接
梁系布置时考虑的因素
➢ 钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼 板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取2～3m）
➢ 主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥 整体空间作用）
➢ 竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以 保证两个方向的长细比不致相差悬殊；
➢ 梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递 到竖向构件；（如，设置斜向主梁）
5.组合楼板施工阶段的设计
永久荷载: 压型钢板、钢筋和混凝土的自重； 可变荷载: 施工荷载和附加荷载； 附加荷载: 当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵
的荷载时考虑。
➢ 验算: 采用弹性方法. ➢ 力学模型：如图 ➢ 如果承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下
设置第四临章多层时及高层支房屋钢结护构设计,以减小板跨加以验算.
➢位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的 程度不如受压区，按上述公式算得的栓钉受剪承载 力设计值应予折减： (a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时：
取折减系数0.9 (b)位于悬臂梁负弯矩段时：
取折减系数0.8
第四章多层及高层房屋钢结构设计
混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时
（Nvc应折减）
0 .6 b (h s h p)/h p 2且 ≤ 1 .0
Ast —— 栓钉钉杆截面面积 Ec —— 混凝土弹性模量 fc —— 混凝土轴心抗压强度设计值 f —— 栓钉钢材的抗拉强度设计值 γ —— 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比
当栓钉材料性能等级为4.6时，
取 f =215N／mm2。 1.67
第四章多层及高层房屋钢结构设计
2.栓钉受剪承载力设计值的折减
承载力验算
双向弯曲板或单向弯曲板
变形验算 内容
单向弯曲简支板
正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力 第四章多层及高层房屋钢结构设计
（一）组合板的力学模型
板厚为50mm--100mm时
1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板；
2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板。
板厚超过100mm时
1） 0.5<λe<2.0 时：双向弯曲板；
楼盖结构的作用
➢ 直接承受竖向荷载的作用，并将其传递 给竖向构件；
➢ 起横隔作用。
楼盖布置方案和设计的影响
➢ 影响到整个结构的性能； ➢ 影响到施工进程； 影响到建筑的经济效益。 ➢第四章多层及高层房屋钢结构设计
楼盖结构的方案选择原则
➢ 满足建筑设计要求 ➢ 较小自重 ➢ 便于施工 ➢ 有足够的整体刚度
第四章多层及高层房屋钢结构设计
主次梁连（二）
第四章多层及高层房屋钢结构设计
刚性连接
二、压型钢板组合楼盖的设计
保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力
(a)不设次梁时的布置方案
(b)通常的布置方案
第四章多层及高层房屋钢结构设计
组合板
压 组合梁楼板
型
非组合板
钢
板
组
合
楼
一般形式组合梁
板
压型钢板组合梁
预制钢筋混凝土板组合