高层建筑钢结构第三章结构体系和布置分析
高层建筑结构体系与布置原则
高层建筑结构体系与布置原则1. 高层建筑结构体系与布置原则1.1 结构体系选择高层建筑的结构体系选择应考虑建筑的高度、形状、荷载等因素。
常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构、桁架结构、筒状结构等。
选择合适的结构体系可以提高建筑的安全性和经济性。
1.2 结构材料选择高层建筑的结构材料应具备足够的强度和刚度以承受荷载。
常见的结构材料包括钢结构、钢混凝土结构和钢木混凝土结构等。
在选择结构材料时还应考虑材料的可持续性和环保性。
1.3 布置原则高层建筑的布置应考虑结构的均匀性和对外界环境的适应性。
为了提高建筑的整体性能，应采用合理的布置原则，如底部加固、设计布局合理、选择合适的结构系统等。
1.4 开间控制高层建筑的开间控制是指建筑结构中跨度的控制。
合理的开间控制可以提高结构的抗震性能和整体刚度。
开间控制应根据具体的结构形式和荷载条件来确定。
1.5 端部处理高层建筑的端部处理是指建筑结构两端的处理方法。
端部处理应考虑结构的整体刚度和变形性能，采用合适的端部处理方法可以提高结构的抗震性能和稳定性。
1.6 楼层布置高层建筑的楼层布置应根据建筑的功能和使用需求进行合理的规划。
楼层布置应考虑结构的稳定性和对外界环境的适应性，合理确定楼层的数量和高度。
1.7 结构连接高层建筑的结构连接应采用合适的连接方式，确保连接的强度和稳定性。
常见的结构连接方式包括焊接、螺栓连接、预应力等。
1.8 结构维护高层建筑的结构维护是指在使用过程中对结构进行定期检查和维护的工作。
结构维护应根据结构的使用状况和维护需求，制定合理的维护计划和方法，确保结构的安全性和可靠性。
本文档涉及附件：附件1：高层建筑结构体系选择案例分析附件2：高层建筑结构材料选择流程图附件3：高层建筑布置原则实例展示法律名词及注释：1.高层建筑：按照国家标准规定的建筑高度在一定范围内的建筑物。
2.结构体系：指建筑结构的整体布局和组成形式。
3.结构材料：指用于构造建筑结构的材料，如钢材、混凝土等。
高层建筑结构体系与结构布置
05 筒体结构体系与布置
筒体结构类型及受力特点
筒体结构类型
包括核心筒、外框筒和束筒等。核心筒由电梯间、楼梯间和卫生间等竖向交通和服务设施组成，外框 筒由密柱、深梁和薄板组成，束筒则由多个外框筒和核心筒组合而成。
受力特点
筒体结构具有较大的抗侧刚度和承载能力，能够有效地抵抗水平荷载作用。其中，核心筒作为主要抗 侧力构件，承担大部分水平荷载；外框筒则通过楼板与核心筒连接，协同工作，共同抵抗水平荷载。
筒体结构整体稳定的措施
包括静力法、动力法和有限元法等。 其中，有限元法能够较为准确地模拟 结构的实际受力情况，是目前应用最 广泛的方法之一。
主要针对结构的侧移、扭转和失稳等 问题进行分析。侧移分析主要考察结 构在水平荷载作用下的变形情况；扭 转分析则关注结构在不对称荷载作用 下的扭转效应；失稳分析则主要针对 结构的整体稳定性进行评估，以防止 结构发生失稳破坏。
框支剪力墙结构
在框架结构中设置部分剪 力墙，以提高结构的整体 性和抗侧刚度，常用于底 部大空间的高层建筑。
筒中筒结构
由外部的密柱深梁框架和 内部的核心筒组成，形成 内外两个抗侧力体系，具 有较大的刚度和强度。
结构布置方案对比与评估
力学性能对比
从承载能力、抗侧刚度、 延性等方面对不同结构布 置方案进行对比分析。
包括加强核心筒和外框筒之间的连接 、设置伸臂桁架和腰桁架等加强层、 采用高强度混凝土和钢材等高性能材 料、优化结构布置等。这些措施能够 有效地提高结构的整体稳定性和承载 能力。
06 结构布置实例分析
典型高层建筑结构布置方案介绍
01
02
03
框架-核心筒结构
由外围的框架柱和内部的 钢筋混凝土核心筒组成， 具有较大的抗侧刚度和承 载能力。
高层钢结构结构体系
各层楼盖协调的结果，使框架—支撑体系的侧移曲线，介于单独框架和单独支撑的侧移曲线之间。从而使支撑的顶点侧移和顶点最大层间侧移角得以减小；同时也使得框架下部的最大层间侧移角减小(图21．3．1b)。
在框架—支撑体系中，框架和支撑之间，不仅有连系梁，更重要的是有各楼盖将他们连为一体。因为各层楼盖沿水平方向的刚度很大，框架和支撑不再能自由地单独变形，两者的侧移曲线由各层楼盖将其协调一致，变成一条共同的侧移曲线(图21．3 剪力墙板
2．框架—支撑框架结构体系
框架—支撑框架结构就是在框架的一跨或几跨沿竖向布置支撑而构成，其中支撑桁架部分起着类似于框架—剪力墙结构中剪力墙的作用。在水平作用下，支撑桁架部分中支撑构件只承受拉、压轴向力，这种结构形式无论是从承载力或变形的角度看，都是十分有效的。与纯框架结构相比，这种结构形式大大提高了结构的抗侧力刚度。 支撑在水平荷载作用下所产生的侧移，主要是由其杆件的轴向拉伸或压缩变形引起的。与杆件的剪弯刚度相比较，杆件的轴向变形刚度要大得多。也就是说，支撑的抗侧力刚度相对于框架的抗侧力刚度要大得多。 就钢支撑的布置而言．可分为中心支撑(CBF)和偏心支撑(EBF)两大类。
3 高层建筑钢结构的结构体系 目前，高层建筑钢结构的主要结构体系有钢框架、钢框架—抗剪结构、带水平加强层的钢框架—支撑桁架结构、巨型结构、筒体结构等结构体系，下面就这些结构体系的不同特点来分别讨论。
21．3．1 钢框架结构体系
框架结构体系是指，沿房屋的纵向和横向均采用框架作为承重和抵抗侧向力的主要构件所构成的结构体系。
01
由于框架体系能够提供较大的内部使用空间，因而建筑布置灵活。此外，框架的杆件类型少，构造简单，施工周期短。所以，对层数不太多的高层结构来说，框架体系是一种应用比较广泛的结构体系。
高层结构体系与布置课件
06
详细描述
框架结构的侧向刚度相对较弱，需要设置侧向 支撑或采用其他措施来提高结构的侧向稳定性。
案例二：高层建筑剪力墙结构体系应用
Hale Waihona Puke 总结词侧向刚度较强
详细描述
剪力墙结构体系具有较大的 侧向刚度，能够有效地抵抗 水平荷载，适用于高层住宅
和酒店等建筑。
总结词
空间利用受限
详细描述
剪力墙结构体系的空间利用受到一定限制， 因为墙体需要占据一定的空间，对于大空 间需求较高的建筑可能不太适用。
楼盖结构设计还需要考虑楼盖的变形 和振动，以确保建筑物的舒适度和安 全性。
楼盖结构设计需要考虑楼盖的跨度、 厚度、材料等因素，以确保楼盖的承 载能力和稳定性。
侧向刚度设计
侧向刚度是高层建筑结构设计的 重要指标，它决定了建筑物在风 荷载和地震作用下的响应和稳定
性。
侧向刚度设计需要考虑建筑物的 体型、高度、跨度等因素，并采 用适当的设计方法和计算模型。
总结词
协同工作能力强
详细描述
框架和剪力墙协同工作能力强，能够有效地提高整体结 构的承载能力和抗震性能。
总结词
设计难度较大
详细描述
框架-剪力墙结构体系的设计难度较大，需要综合考虑 框架和剪力墙的协同工作，以及结构的整体稳定性和抗 震性能等因素。
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02
高层建筑结构布置原则
结构平面布置
结构平面布置的合理性
在高层建筑的结构设计中，应确保平 面布置的合理性，以实现结构的稳定 性和承载能力。
平面形状与结构体系
抗侧力构件的布置
合理布置抗侧力构件，如框架柱、剪 力墙等，以提高结构的抗侧刚度和承 载能力。
高层建筑的结构体系与结构布置
高层建筑的结构体系与结构布置随着城市的不断发展和人口的增长，高层建筑如雨后春笋般在城市中拔地而起。
高层建筑不仅是城市现代化的象征，更是解决城市土地资源紧张的有效手段。
然而，要确保高层建筑的安全、稳定和舒适，其结构体系与结构布置起着至关重要的作用。
高层建筑的结构体系主要包括框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构以及它们的组合结构等。
框架结构是由梁和柱组成的框架来承受竖向和水平荷载的结构体系。
这种结构体系的优点是建筑平面布置灵活，可提供较大的室内空间。
然而，其抗侧刚度相对较小，在水平荷载作用下，侧向位移较大，因此适用于层数较少的高层建筑。
剪力墙结构则是利用建筑物的墙体作为主要承重构件来抵抗水平荷载。
剪力墙的抗侧刚度大，在水平荷载作用下侧向位移小，适用于较高的高层建筑。
但剪力墙结构的建筑平面布置不够灵活，空间受限。
框架剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的优点，既具有框架结构平面布置灵活的特点，又有剪力墙结构较大的抗侧刚度。
在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担竖向和水平荷载，通过合理的布置，可以有效地控制结构的变形。
筒体结构又分为框筒结构、筒中筒结构和束筒结构等。
框筒结构是由周边密集的柱和高跨比很大的窗裙梁所组成的空腹筒结构；筒中筒结构是由内筒和外筒组成，内筒一般为剪力墙围成的实腹筒，外筒则是由密排柱和窗裙梁组成的框筒；束筒结构是由若干个筒体组合在一起形成的空间刚度极大的结构体系。
筒体结构具有非常好的抗侧力性能，适用于超高层建筑。
在确定高层建筑的结构体系时，需要考虑诸多因素。
首先是建筑的功能需求。
例如，商业建筑可能需要较大的开敞空间，此时框架结构或框架剪力墙结构可能更为合适；而住宅建筑对房间布局的规整性要求较高，剪力墙结构可能更能满足需求。
其次是建筑的高度和抗震要求。
一般来说，高度越高，水平荷载越大，对结构的抗侧刚度要求越高，此时筒体结构或组合结构可能是更好的选择。
此外，地质条件、风荷载等自然因素以及施工条件、经济成本等也会对结构体系的选择产生影响。
高层建筑结构2高层建筑结构体系与结构布置
2.2.4 结构竖向布置
3. 高层建筑结构宜设地下室， 设置地下室有如下的结构功 能： （1）利用土体的侧压力防止水平力作用下结构的滑移、 倾覆； （2）减小土的重量，降低地基的附加压应力； （3）提高地基土的承载能力； （4）减少地震作用对上部结构的影响。
23
2.2.5 设伸缩缝、沉降缝和防震缝的原则
12
2.2.1 抗震设防结构布置原则
为了使高层建筑满足抗震设防要求，应考虑下述抗震设计基本 原则： (1)选择有利的场地，避开不利的场地，采取措施保证地 基的稳定性。 (2)保证地基基础的承载力、刚度，以及足够的抗滑移、 抗倾覆能力，使整个高层建筑形成稳定的结构体系，防 止在外荷载作用下产生过大的不均匀沉降、倾覆和局部 开裂等。 (3)合理设置防震缝。 (4)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。 (5)多道抗震设防能力，避免因局部结构或构件破坏而导 致整个结构体系丧失抗震能力。 (6)合理选择结构体系。
B级高度钢筋混凝土高层建筑结构适用的最大高宽比
抗震设防烈度
6度、 7度
8度
7
6
17
2.2.3 结构平面布置原则
1 . 高层建筑结构平面形状宜简单、规则、对称，刚度和承 载力分布均匀，不应采用严重不规则的平面形状平面。不 规则的类型如下表。
18
2.2.3 结构平面布置原则
2. 为了保证楼板平面内刚度较大，使楼板平面内不产生大的 振动变形，建筑平面的长宽比不宜过大。
(11)突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承 受鞭梢效应影响。
(12)减轻结构自重，最大限度降低地震的作用，积极采用 轻质高强材料。
(13)应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失承
高层建筑的结构体系
高层建筑的结构体系关键信息项：1、高层建筑的定义与分类2、结构体系的类型3、各种结构体系的特点与适用范围4、结构设计的基本要求5、施工中的关键技术与要点6、结构维护与检测的方法7、结构安全评估的标准与流程1、高层建筑的定义与分类11 高层建筑的定义通常将高度超过一定数值（例如 24 米或 10 层以上）的建筑物称为高层建筑。
12 分类方式按使用功能可分为住宅建筑、商业建筑、办公建筑等。
按结构材料可分为钢结构、混凝土结构、组合结构等。
2、结构体系的类型21 框架结构由梁和柱组成的框架作为主要承重构件。
特点是平面布置灵活，但侧向刚度较小。
22 剪力墙结构利用钢筋混凝土墙板来承受竖向和水平荷载。
具有较大的侧向刚度，但空间布置相对受限。
23 框架剪力墙结构结合了框架和剪力墙的优点。
框架部分承受竖向荷载，剪力墙主要承担水平荷载。
24 筒体结构包括框筒、筒中筒、束筒等形式。
具有良好的抗侧力性能，适用于超高层建筑。
3、各种结构体系的特点与适用范围31 框架结构311 特点构件类型少，施工方便。
室内空间分隔灵活。
312 适用范围适用于层数较少、高度不大、对空间灵活性要求较高的建筑。
32 剪力墙结构321 特点侧向刚度大，变形小。
抗震性能好。
322 适用范围适用于住宅等对房间布局要求较为规整的建筑。
33 框架剪力墙结构331 特点综合了框架和剪力墙的优点，受力合理。
既能提供较大的空间，又有较好的抗侧力性能。
332 适用范围广泛应用于各类高层建筑。
34 筒体结构341 特点抗风、抗震能力强。
能提供较大的使用空间。
342 适用范围常用于超高层建筑和对结构性能要求较高的建筑。
4、结构设计的基本要求41 安全性确保结构在各种荷载作用下不发生破坏。
满足抗震、抗风等设计规范的要求。
42 适用性保证建筑的使用功能，如空间布局、变形限制等。
43 耐久性选用合适的材料和防护措施，使结构具有足够的使用寿命。
5、施工中的关键技术与要点51 基础施工确保基础的稳定性和承载能力。
《高层建筑钢结构讲》PPT课件
连接面处理
对连接面进行清理、打磨等处理，确保连接 面平整、无油污和锈蚀等缺陷。
焊接、螺栓连接等关键工艺介绍
要点一
螺栓预紧力控制
要点二
防松措施采取
通过扭矩扳手等工具对螺栓施加预紧力，确保螺栓连接的 紧固性和稳定性。
采取防松垫圈、双螺母等防松措施，防止螺栓在振动或外 力作用下松动。
PART 05
高层建筑钢结构性能评估 与加固措施
通过对高层建筑钢结构进行损伤和缺陷检测，如焊缝质量、钢材锈 蚀等，评估其对结构性能的影响程度。
既有高层建筑钢结构加固原则
安全可靠原则
加固措施应确保结构在加固后的 安全性，提高结构的承载能力和 稳定性，防止发生倒塌等严重事
故。
经济合理原则
加固方案应综合考虑技术可行性 和经济合理性，选择性价比高的 加固措施，避免不必要的浪费。
定义
高层建筑指建筑高度大于27米的 住宅建筑和建筑高度大于24米的 非单层厂房、仓库和其他民用建 筑。
特点
高层建筑具有层数多、高度大、 结构复杂、施工周期长、技术要 求高等特点。
钢结构在高层建筑中应用
应用范围
钢结构在高层建筑中广泛应用于框架 、支撑、楼板、屋盖等结构体系。
优势
钢结构具有自重轻、强度高、延性好 、施工速度快、节能环保等优点，适 用于高层建筑的建设。
《高层建筑钢结构讲 》PPT课件
REPORTING
目录
• 高层建筑钢结构概述 • 钢结构材料与性能 • 高层建筑钢结构设计原理 • 高层建筑钢结构施工技术 • 高层建筑钢结构性能评估与加固措施 • 高层建筑钢结构发展趋势与挑战
PART 01
高层建筑钢结构概述
REPORTING
高层民用建筑钢结构技术规范-JGJ-99—98
高层民用建筑钢结构技术规范JGJ 99-98第二章材料第2.0.1条高层建筑钢结构的钢材，宜采用Q235等级B、C、D的碳素结构钢，以及Q345等级B、C、D、E的低合金高强度结构钢，其质量标准应分别符合我国现行国家标准《碳素结构钢》（GB700）和《低合金高强度结构钢》的规定，当有可靠根据时可采用其他牌号的钢材。
第2.0.2条承重结构的钢材应根据结构的重要性、荷载特征、连接方法、环境温度以及构件所处部位等不同情况，选择其牌号和材质，并应保证抗拉强、伸长率、屈服点、冷弯试验、冲击韧性合格和硫、磷含量符合限值。
对焊接结构尚应保证碳含量符合限值。
第2.0.3条抗震结构钢材的强屈比不应小于1.2，应有明显的屈服台阶，伸长率应大于20%，应有良好的可焊性。
第2.0.4条承重结构处于外露情况和低温环境时，其钢材性能尚应符合耐大气腐蚀和避免低温冷脆的要求。
第2.0.5条采用焊接连接的节点，当板厚等于或大于50mm，并承受沿板厚方向的拉力作用时，应按现行国家标准《厚度方向性能钢板》（GB5313）的规定，附加板厚方向的断面收缩率，并不得小于该标准Z15级规定的允许值。
第2.0.6条结构采用的钢材强度设计值，不得小于表2.0.6的规定。
第2.0.7条钢材的物理性能，应按现行国家标准《钢结构设计规范》（GBJ 17）第2.2.3条的规定。
在高层建筑钢结构的设计和钢材订货文件中，应注明所采用钢材的牌号、等级和对Z 向性能的附加保证要求。
第2.0.8条钢结构的焊接材料应符合下列要求：一、手工焊接用焊条的质量，应符合现行国家标准《碳钢焊条》（GB5117）或《低合金钢焊条》（GB5118）的规定。
选用的焊条型号应与主体金属相匹配。
二自动焊接或半自动焊接采用的焊丝和焊剂，应与主体金属强度相适应，焊丝应符合现行国家标准《熔化焊用钢丝》（GB/T 14957），或《气体保护焊用钢丝》（GB/14958）的规定。
焊缝的强度设计值应按表2.0.8规定采用焊焊条的抗拉强度。
建筑钢结构住宅体系分析论文
建筑钢结构住宅体系分析【摘要】钢结构是未来相当长一段时期内我国将要重点推广的建筑住宅类型，具有强度高、结构尺寸小、自重轻、施工速度快、抗震性能好及工业化程度高的特点。
本文对国内外主要的建筑钢结构住宅结构形式进行了总结和评述，对各种结构体系进行了分析。
【关键词】建筑钢结构；住宅；结构体系；结构布置1 钢结构住宅概述改革开放以来,我国的钢产量有了很大的提高,特别是从1997年以后,我国的钢产量连续四年超过亿吨。
与此形成鲜明对比的是，钢结构用钢量占总钢产量的比例仅为2%。
而在钢结构用钢量中,建筑钢结构用钢量又仅占10%,这与我国作为产钢大国的地位是很不相称的。
为此,国家相关各部委制定了在建筑工程中推广使用钢结构的一系列政策措施，住建部将钢结构住宅体系的开发和应用作为我国建筑业用钢的突破点，并且制定了《钢结构住宅建筑体系产业化技术导则》和《钢框架核心筒住宅建筑体系技术导则》。
钢结构住宅具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高的特点，同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料，因此钢结构住宅是符合国家产业政策的推广项目。
随着国家禁用实心粘土砖和限制使用空心粘土砖的政策的推出,加快住宅产业化进程、积极推广钢结构住宅体系已迫在眉睫。
然而，我国的钢结构住宅尚处于探索起步阶段，这种体系在钢结构防火、梁柱节点做法、楼板形式、配套墙体材料、经济性及市场可接受程度上尚有许多不完善之处。
从前几年开始，全国陆续出现了一批钢结构住宅试点项目，结合国外发展较为成熟的建筑钢结构住宅工程，现对常见的建筑钢结构住宅体系作一介绍。
2 钢结构住宅结构体系钢结构住宅结构体系大致可分为以下几种形式：钢框架-混凝土筒体混合结构体系、钢框架支撑结构体系、钢框架-预制混凝土墙体框剪结构体系、纯钢框架结构体系、错列桁架结构体系、轻钢龙骨结构体系。
2.1 钢框架-混凝土筒体混合结构体系钢-混凝土混合结构的平面布置一般为楼电梯或卫生间，采用钢筋混凝土形成主要的抗侧力结构，而外周的框架则采用钢框架。
高层建筑结构体系与结构布置概述
高层建筑结构体系与结构布置概述1. 引言高层建筑作为城市的地标性建筑之一，在城市发展中起到了重要的作用。
其设计与施工需要特别关注结构体系与结构布置，以确保建筑的稳定性和安全性。
本文将对高层建筑结构体系与结构布置进行概述，以便了解高层建筑结构设计的基本原理和方法。
2. 高层建筑结构体系概述高层建筑结构体系是指建筑物整体结构的组成方式和布置方式。
常见的高层建筑结构体系有框架结构、框剪结构、筒状结构和塔式结构等。
下面将对各种高层建筑结构体系进行简要介绍。
2.1 框架结构框架结构是一种常见的高层建筑结构体系，其特点是在垂直方向上由多层楼板和柱连接形成一个框架。
框架结构通常采用钢结构或混凝土结构。
在地震和风荷载下，框架结构通过柱和墙的竖向作用力将水平荷载传递到地基，具有较好的抗震性能和承载能力。
2.2 框剪结构框剪结构是在框架结构的基础上增加了剪力墙，以提高结构的抗震性能。
剪力墙通过对结构的水平荷载进行吸能和分散，减小了结构的位移和应力，提高了结构的稳定性。
框剪结构适用于高层建筑的抗震设计，并广泛应用于地震活跃地区。
2.3 筒状结构筒状结构是指通过设置筒状墙体或筒状柱体来构成建筑物的结构体系。
筒状结构具有较好的抗震性能和刚度，能够有效降低结构的位移和应力，对于高层建筑的抗震设计具有重要作用。
筒状结构还可以提供大空间的使用，减少结构支撑点的数量，提高建筑物的使用效率。
2.4 塔式结构塔式结构是一种利用塔式柱或塔式墙来支撑建筑物的结构体系。
塔式结构通常应用于超高层建筑的设计中，具有较高的抗风性能和抗震性能。
塔式结构的设计需要考虑结构的刚度和稳定性，并且对结构材料和施工工艺有较高要求。
3. 高层建筑结构布置概述高层建筑结构布置是指将各种结构体系按照一定的原则和要求进行合理布置。
结构布置不仅要考虑建筑的稳定性和安全性，还要考虑建筑的经济性和可行性。
下面将介绍几种常见的结构布置方法。
3.1 中心布置中心布置是指将结构的重心和承载力集中在建筑物的中心部位。
高层建筑钢结构第三章结构体系及布置
▪ 柱弯曲变形引起的侧移δic： δic
V/2
h/2
EIc
h/2 V/2 l
V/2 V/2
V
h
3
ic
2 2
2 3 EI c
ic
2
1 3 EI
c
V 2
h 2
3
Vh 3 24 EI c
▪ 梁弯曲变形引起的侧移δib： δib
V/2 h/2
h/2
EIb θ
V/2 l
V/2 M= Vh/2
❖ 如何协同工作
在水平荷载作用下，通过刚性（或弹性）楼板的变形协调，使支撑与刚接框架共同工作，形成双重 抗侧力结构，即框架—支撑体系。
❖变形特点
❖受力特点
❖中心支撑的工作性能
✓ 中心支撑均具有较大的侧向刚度，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布是有效的。 ✓ 但在水平地震作用下，中心支撑容易产生侧向屈曲，尤其在往复的水平地震作用下，会产生下列
高层建筑钢结构第三章结构 体系及布置
3-6 筒体结构 3-7 巨型结构 3-8 特殊结构 3-9 结构选型和布置原则
3.1 高层结构体系的若干概念 1) 悬臂(Cantilever)结构的基本变形曲线
dx x
Q Qx
M Mx
Qx 纯剪切变形
Mx 纯弯曲变形
Q＝0
弯剪变形 M＝0
Qmax 纯剪切变形曲线
4.主要节点连接做法
➢ 框架梁柱采用常用的栓焊法。主次梁之间采用高强度螺栓的铰接相连法。 ➢ 预制外墙板与钢梁连接构造，见下图
3.3 框架-支撑体系(frames with shear truss or interacting system of braced and rigid frames)
第三章钢筋混凝土楼盖结构设计
第三章钢筋混凝⼟楼盖结构设计第三章钢筋砼楼盖结构设计第⼀节概述⼀、正确合理地进⾏楼盖结构设计的重要性楼盖是房屋结构中的重要组成部分。
在整个房屋的材料⽤量和造价⽅⾯，楼盖所占的⽐例是相当⼤的，因此合理选择楼盖的结构型式、正确合理地进⾏楼盖结构设计对建筑物的使⽤、美观以及技术经济指标都具有⼗分重要的意义。
●其重要性具体表现在：（1）、在⼀幢混合结构的房屋中，楼盖（屋盖）的造价约占房屋总造价的 30%～40%；在6～12 层的框架结构中，楼盖的⽤钢量约占总⽤钢量的 30%～50%；在钢筋砼⾼层建筑中，砼楼盖的⾃重占总⾃重的 50%～60%。
因此降低楼盖的造价和⾃重对降低整个建筑物的造价和⾃重都是⾮常重要的。
（2）、减⼩楼盖的结构⾼度，从建筑上说，可以降低层⾼；当总⾼⼀定时可以增加层数，对⼀幢 30 层的楼⽽⾔，每层降低0.1 m 就可增加⼀层。
从结构上说，降低层⾼意味着减轻⾃重，也就减⼩了地震作⽤，这对建筑结构设计具有很⼤的经济意义，将直接降低⼯程造价。
（3）、楼盖（屋盖）结构形式和建筑⾯层构造的合理选⽤，直接影响到建筑在隔声、保温、隔热、防⽔和美观⽅⾯的功能要求。
（4）、楼盖结构作为建筑物的⽔平受⼒构件，其受⼒特点和⼯作性能直接影响整个结构的受⼒特点和内⼒分析⽅法的选⽤。
对保证建筑物的承载⼒、刚度、耐久性以及提⾼结构、抗风、抗震性能有着重要的作⽤。
（5）、楼盖结构设计是结构设计⼈员必须熟悉和掌握的基本功，它的设计原理、概念和⽅法可⽤于桥⾯结构、筏基、挡⼟墙、⽔池等许多结构物的设计中。
⼆、楼盖的结构功能及其分类（⼀）楼盖的结构功能建筑结构是⼀个由多种构件组成的空间受⼒结构体系。
按构件的设置⽅向，可认为它是由⽔平结构体系和竖向结构体系组成。
楼盖是由梁、板等⽔平⽅向的构件组成的⽔平承重结构体系，其基本作⽤是：（1）、在竖向，直接承受楼盖中梁、板构件及装修⾯层的重量；承受施加在楼⾯、屋⾯上的使⽤荷载，并传给竖向结构。
第三章 框架结构
适用范围：较小开间的住宅及旅馆建筑。 • 房屋刚度比框架-剪力墙体系更好，适用的 层数更高，层数超过25层的房屋宜采用全 部剪力墙结构 • 理论上可达100~150层，但墙体太厚，不经 济，以40层以下为宜
3、框架-剪力墙结构 、框架 剪力墙结构
１概念：为了充分发挥框架结构平面布置灵活和剪力墙 结构侧向刚度大的特点，当建筑物需要有较大空间，且 高度超过了框架结构的合理高度时，可采用框架和剪力 墙共同工作的结构体系。 ２特点：以框架结构为主，以剪力墙为辅助补救框架结 构的不足的半刚性结构。剪力墙承担大部分的水平荷载， 框架以负担竖向荷载为主。
3.2.2 框架（一）基本要求： １框架的柱网布置应力求简单、规则、整齐 ２要满足生产工艺和建筑功能的要求 ３要使结构受力合理，施工方便 经济原则和尽量符合模数 ４柱网尺寸应符合经济原则 （二）柱网分类 内廊式柱网、等跨式柱网、对称不等跨式柱网
内廊式
对称三跨。 房间进深：6m、6.6m、6.9m 走廊跨度：2.4m、2.7m、3.0m 开间方向柱距：3.6~8m
3.2.1.2框架的类型 3.2.1.2框架的类型
按框架的施工方法划分
• （１）全现浇式框架：梁、板、柱均工地现浇 优点：结构整体性及抗震性能好，节省钢材； 缺点：现场工作量大，模板消耗多，施工周期较长。 • （2）半现浇式框架：梁、柱现浇、板预制 优点：节约模板、降低了成本 缺点：整体及抗震性能不如全现浇式框架 • （3）装配式框架： 优点：构件可以在工厂预制，质量容易保证，施工现场的 工作量较少，比现浇框架节省模板并能缩短工期； 缺点：增加了框架的节点连接，用钢量大整体性较差。 • （4）装配整体式框架 其梁板柱可以在工厂预制，在施工现场将构件吊装就位， 再用现浇混凝土将框架连接成整体，因而这种框架兼备 了全现浇式和装配式框架的优点。
高层建筑钢结构-第三章结构体系和布置概论
3.1 高层结构体系的若干概念
1) 悬臂(Cantilever)结构的基本变形曲线
2019年6月22日星期六
高层建筑钢结构
dx
x
Q
M
Qx
Mx
Qx
Mx
纯剪切变形 纯弯曲变形 弯剪变形
Q＝0
M＝0
Qmax
Mmax
纯剪切变形 纯弯2日星期六
高层建筑钢结构
2) 框架(Frame)结构和承剪桁架(Shear truss)结构的变形
2019年6月22日星期六
高层建筑钢结构
2.结构体系及主要计算结果
为钢框架体系，但在2层以下和地下室为钢骨混凝土 结构。
基本周期为3.6s，最大层间位移1/337，小于1/300 的限值。
设计过程中曾与框架-支撑体系方案作比较。框架-支撑 体系的基本周期为2.37s，最大层间位移角为1/1398； 其侧向刚度与框架方案相比有很大的提高，但因施工 复杂等原因未取用该方案。
介于上述之间时为半刚性 semi-rigid frame；
高层建筑钢结构
M/Mp
欧洲规范EC3分类法
2019年6月22日星期六
无支撑
有支撑
2/3
Mp—梁的塑性弯矩 Φp＝MpLx/EIb
铰接
Φ/Φp
高层建筑钢结构
2) 刚接框架(Rigid frames)的工作特点
在水平荷载作用下，一榀框架在第i层的水平位移由 以下几部分组成： 柱弯曲变形引起的侧移； 梁弯曲变形引起的侧移； 柱拉压变形引起的侧移； 节点域剪切变形引起的侧移； 整体二阶效应引起的侧移；
2019年6月22日星期六
高层建筑钢结构
总体层间变形： δi＝δic+δib+δif+δis+ΔⅡ
3.1多层高层钢结构体系
一、框架结构
框架结构的主要优点:
平面布置较灵活 刚度分布均匀 延性较大 自振周期较长 对地震作用不敏感
一、框架结构
青岛某钢结构住宅
二、框-剪结构
框架结构上布置适当的剪力墙
设置剪力墙
二、框-剪结构
在侧向荷载的作用下， 纯框架结构的侧向位移： 剪切变形模式 抗剪结构的侧向位移： 弯曲变形模式
八、多层结构房屋
单纯采用框架结构或斜撑(或 剪力墙)体系；
剪力 可用于不超过40～60层的高层建筑
支撑沿房屋两个方向布置，狭长形截面的建筑也 可布置在短边；地震区，一般沿同一竖向柱距内 连续布置。
三、框-支结构
成都世纪新城超五星级酒店 框-支结构
三、框-支结构
钢支撑的布置，可分为中心支撑和偏心支撑两大 类。中心支撑是指支撑的两端都直接连接在梁柱 节点上，而偏心支撑是至少有一端偏离了梁柱节 点，直接连在梁上，连接点与柱之间的一段梁形 成耗能梁段。
二者组合（框剪结构）： 显著减少了纯框架结构的侧向位移 ，具
有双重设防的优点。
二、框-剪结构
钢结构住宅示范工程 --武汉世纪家园
12
二、框剪结构
框剪结构的特点：
用于地震区时，具有双重设防的优点
剪力墙为抗侧力结构
可用于不超过40～60层的高层建筑
剪力墙按材料和结构形式分为： 钢筋混凝土剪力墙:需采取构造措施
22
四、框-筒结构
重要概念：剪力滞后（Shear Lag）
在框-筒结构中，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 。
对高层钢结构建筑结构体系与建筑体形的探讨
１ ２ 高层 建筑钢 结构 的设计 特 点 ．
１水平荷载成为决定 因素 。 ） 水平 位移 成为控 制指标 。 高层钢结构建筑整 个结 构单元 的简化 计算模 型是一 根竖 向
系 ） 。
筒体结构 是高 层结构 中受 力较好的结构体 系 ， 内外筒均可形
成较强抗弯刚度 ， 同 承受水 平力 的作 用 ， 形成两 道抗 震防线 共 可
一般外筒应承受最少 ３ ％－４ ％的水平 力为宜 。 ０ － ０ 悬臂 梁 ， 受竖向荷载和水平 荷载的共 同作 用。但 水平荷载对 结构 的效果 ， 随着城市建设 的发 展 ， 出现 了新 的高层建 筑结构体 系—— 巨 产生 的内力 随着建筑物高度 的增加而迅 速增加 ， 结构设计 是由水 它是 由不同于常规梁柱 概念的大型 构件—— 巨型梁 和巨 平荷 载控 制的 ， 荷载对结构产生的 内力是 随着 建筑物 的高 度增加 型体 系， 型柱组 成的主结构与常规结构构件组成的次结构共 同工作 的。 而变化的。
． 高层钢结构建筑 的高宽比值较大 ， 结构 的 自振周 期长 ； 高层建 ２ ２ 结 构体 系的 选择 总的来说 ， 高层钢结构建筑 的结构体系 的选择应遵循 以下基 筑设计要求结构具 有足够 的强度 和侧 向刚度， 严格控 制结构在水
平荷载作用下产生 的侧移以保证建筑物的正常使用和结构安全。
本准则［ ： ］
２ 轴 向变形和梁柱节 点域的剪切变形不容忽视 ， ） 结构延性是
重要设计指标 。
ｉ 应具有明确的计算简 图和合理 的地震作用传递路线 ； ）
２ 宜有多道抗 震设 防防线 ， ） 避免 因部分结 构或构件失效而导
高层钢结构柱 的轴 向力大 ， 轴向变形 大 ， 而且各 柱轴 向变 形 致整个体 系丧失抗震能 力或丧失对重 力的承载能力 ； ３ 应具备必要 的承载能 力 ， ） 良好的变形能力和耗能能力 ； 差异 随房屋高度增大而加大 。高层钢结 构建筑 的柔性 较大 ， 震 地 作 用下 的变形就更 大一些 。为 了使 结构 在进入 塑性 变形 阶段后 ４ 应具有 均匀 的刚度 和承载力分布 ， ） 避免 因局部削弱 或突变
2高层建筑结构的体系与布置解析
图2-3
不规则框架
框架结构分类
钢筋混凝土框架、钢框架和混合结构框架 钢筋混凝土框架按施工方法分为三种：整体式、装配整体式、 装配式。 特点：水平荷载作用下刚度小，水平位移大—柔性结构
非地震地区一般不超过70m，地震设防烈度较高地区，不 宜过高。 优点：平面布置灵活，可以形成较大的空间。 适用范围：多层工业厂房及仓库；民用建筑中，门厅、会议 室、阅览室、商场等。常用作办公楼、旅馆、医院、学校、 商店、住宅等。
② 顶部采用刚度较小的结构形式，或顶部设置局部温度缝
③ 在下部几层设置局部温度缝
④ 顶层采取保温隔热措施
⑤ 结构布置时不要在长端设置刚度很大的剪力墙或支撑系 统。
（3）防震缝 对于不规则平面的房屋，或者高度、重量相差悬殊
时，在地震作用下薄弱部位容易造成震害（扭转和复杂的
震动状态）。两种方法炯异：设防震缝，划分成若干个不 同部分（规则、整齐和均匀）；加强各部分连接增强整体 性。 需要设置防震缝的情况： ① 建筑平面突出部分较长，而又未采取有效措施时； ② 房屋有较大错层时；
满足建筑平面布置要求
使结构受力合理
应方便施工
结构布置三种：横向、纵向、纵横向
横向框架梁
纵向框架梁
纵向框架梁
横向承重框架
横向框架梁
沿房屋长度方
向的柱较多， 无论是承载力
还是刚度均可
得到保证。横 向较弱，所以
纵、横向框架梁
把主要框架梁
沿横向布置， 使房屋横向刚
纵、横向连续梁
度得以提高。
框架结构布置
(a)横向承重框架(b)纵向承重框架(c)纵、横向承重框架
高层框架结构住宅
多层框架结构厂房
框架结构的内部空间
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Ma MFa=-ql2/12
MFa M1
1
3
M3
M1/MFa>0.9，为刚性， rigid frame；
M1/MFa<0.2，为简支
M2
2
simple frame；
θa 介于上述之间时为半刚性
θa=-MFa/ (2EI/l)
semi-rigid frame；
➢欧洲规范EC3分类法
梁柱的弯矩转角曲线位于粗实线或粗 虚线以左时，为刚接；位于粗点划线 以右时为铰接；中间为半刚性连接；
(2)钢柱
焊接箱形截面柱 450mm×450mm等， 柱的钢板厚度自下而上 为42mm~19mm
(3)主钢梁
焊接H型钢，高650mm，宽 200~250mm，翼缘板厚度自下而上 为32~19mm，腹板厚度12mm。 多数梁为变截面梁，支座段的翼缘 宽度和厚度大于中间段。
(4)钢骨混凝土梁
钢骨混凝土梁的截面为 500mm×950mm及 500mm×1100mm， 相应钢骨梁为高度650及 850mm的工字形截面。
(7)外墙板
采用带饰面的200厚的钢 筋混凝土预制墙板，仅 与上下现浇板及钢梁连 接，不与柱相连。
(5)钢骨混凝土柱
钢骨混凝土柱的截面为 1200mm×1200mm及 850mm×850mm， 钢骨为450×450mm， 即同上部钢柱截面。
(6)楼板
采用1.2mm厚的压型钢板组 合楼板，支撑于间距小于3m 的次梁上，板下不设临时支 撑，钢梁上焊栓钉。
h/2
EIc
h/2
ic
V 2
h
3
2
2 3EIc
ic
2
1 3EIc
V 2
h 2
3
Vh3 24EIc
V/2 l
V/2 注：两端固接的柱剪切刚度为： K 12EI h3
▪ 梁弯曲变形引起的侧移δib：
δib
V/2 h/2 h/2
EIb θ
V/2
M= Vh/2
V/2 l
V/2
ib h
22
ib
i
i i 1
实例 北京长富宫中心
1.建筑概况
➢地下2层、地上25层，旅馆建筑，建于1987年。 ➢高91m，层高3.3m，25.8×48m矩形平面，柱网8×9.8m。 ➢外墙采用带面砖的预制混凝土挂板。
2.结构体系及主要计算结果
➢为钢框架体系，但在2层以下和地下室为钢骨混凝土 结构。
➢基本周期为3.6s，最大层间位移1/337，小于1/200 的限值。
δic 柱弯曲
δib+δif+ΔⅡ
δis
节点整体转动 节点剪切
由于δif相对较小，变形主要以梁、柱的弯曲变形为主， 该两种变形都与V成正比，故下大、上小，为整体剪
切变形。δis对Δ的影响可达10％～20％。
▪ 层绝对变形： 在水平荷载作用下，一榀框架在第i层的水平位移 ， 是第1~i层的各层间位移之和，即
设计过程中曾与框架-支撑体系方案作比较。框架-支撑 体系的基本周期为2.37s，最大层间位移角为1/1398； 其侧向刚度与框架方案相比有很大的提高，但因施工 复杂等原因未取用该方案。
3.钢材牌号及结构构件
(1)钢材牌号 相当Q345
柱及主梁为SM50A，次梁 SS41，压型钢板亦为SS41， 高强度螺栓F10T。
1) 框架分类
类型1：刚接框架，rigid-frames 类型2：铰接框架（排架），
frames with simple connections 类型3：半刚接框架， frames
with semi-rigid connections
梁柱节点构造形式
铰接
半刚性连接
刚性连接
梁柱节点变形特点
若q均匀分布，
▪ 节点域剪切变形引起的侧移δis：
厚度t
2B γi
δis Qi
Mp
在剪力Q作用下的剪应变：
i
Qi 2Dt G
节点域剪切变形：
is
Qi 2Dt G
2B
Qi B DtG
2D
Qi 节点域的剪力主要由梁、柱 端部弯矩引起的翼缘集中力
造成。（影响可达10％～20
％）
▪ 整体二阶效应引起的侧移ΔⅡ：
P
Δ1
Q
M
Qx
Mx
Qx
Mx
纯剪切变形 纯弯曲变形 弯剪变形
Q＝0
M＝0
Qmax
Mmax
纯剪切变形 纯弯曲变形 弯剪变形
曲线
曲线
曲线
2) 框架(Frame)结构和承剪桁架(Shear truss)结构的变形
框架以剪切变形为主 杆件以弯曲变形为主
桁架以弯曲变形为主 杆件以轴向变形为主
3) 伸臂(Outrigger arms)结构的工作特点
Δ1 Δ2
P V
原因：竖向荷载在水平荷载产生的侧移上，产生了附 加弯矩，从而增大了侧移。即：ΔⅡ=Δ1+Δ2+…
高钢规要求，对于无支撑结构和层间侧移角大于 1/1000的有支撑结构，应按能反映二阶效应的方法验 算稳定。（如等效水平荷载法、非线性分析法等）
▪ 总体层间变形： δi＝δic+δib+δif+δis+ΔⅡ
M 3EIb /(l
/
2)
h
Ml h 6 EIb
Vlh2 12 EIb
▪ 柱拉压变形引起的侧移δif：
δif
N Vh 2M c
l
V h
柱子拉压变形： Nh EA
造成梁的刚性转角：
θCN Mc
N
Mc
CN
l/2
2Nh EAl
N 引起柱的侧移变形：
l
Nh
if
CNh
2 Nh2 EAl
θCN
EA
ΔM ΔM
ΔM 无伸臂弯矩图 有伸臂弯矩图
4) 剪力滞后(Shear lag)现象和框筒(Framed tube)结构
EI=∞
EI=0
0<EI<∞
Δ
Δ
Δmax
N1N2 N3
Q=N2
N1 N2
剪力向内传递
腹板框架？翼缘框架？
3.2 框架结构
➢平面设计有较大的灵活性 ➢可提供较大柱距和空间 ➢广泛用于办公楼、旅馆及 商场等公共建筑
2) 刚接框架(Rigid frames)的工作特点
▪ 在水平荷载作用下，一榀框架在第i层的水平位移由 以下几部分组成： 柱弯曲变形引起的侧移； 梁弯曲变形引起的侧移； 柱拉压变形引起的侧移； 节点域剪切变形引起的侧移； 整体二阶效应引起的侧移；
▪ 柱弯曲变形引起的侧移δic：
δicLeabharlann V/2V/24.主要节点连接做法
➢框架梁柱采用常用的栓焊法。主次梁之间采用高强度螺 栓的铰接相连法。
3 结构体系和布置
3-1 高层结构体系的若干概念 3-2 框架结构 3-3框架3-4 伸臂及带状桁架结构 3-5 交错桁架体系
3-6 筒体结构 3-7 巨型结构 3-8 特殊结构 3-9 结构选型和布置原则
3.1 高层结构体系的若干概念
1) 悬臂(Cantilever)结构的基本变形曲线
dx
x