下册第4章多高层钢结构设计PPT课件
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不考虑抗震时，根据立面要求也可以交错布置。 支撑体系布置在中部时，外围柱不考虑参加抵抗水平 力。
支撑桁架类型：
a）
b）
c）
d）
e）
图4-8 中心支撑类型
a）交叉形斜杆 b）单斜杆 c）人字形斜杆 d）V形斜杆 e）K形斜杆
Ｋ型斜杆支撑在地震区不得采用，因斜杆易反复压曲而降低承载力
a
a
a
a
a
a
a
aa
多、高层结构设计
4.1 多、高层房屋的结构体系 4.2 高层钢结构的计算特点
基本概念
高层建筑混凝土结构技术规程规定，10层和10层以上或房屋 高度超过28m的建筑为高层建筑。
民用建筑设计通则规定，以高度为24米、100米的住宅和公 共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。
低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷 载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构 设计的因素不同；竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度 成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比；但 水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而 顶点侧移与结构高度四次方成正比。
钢筋砼抗震墙— 刚度大但有应力集中问题—解决办法：带缝
钢板抗震墙—钢板厚度8-10mm, 抗震设防烈度不小于7 度时应设置加劲肋，周边与钢框架采用高强度螺栓连接。
钢梁
钢柱
图4-3 带竖缝钢筋混凝土抗震墙
钢梁
横向加劲肋
钢柱
A
A
纵向加劲肋
A-A
图4-4 带加劲肋钢板抗震墙
工程实例：北京京广中心大厦主楼
筑空间。（砼7%——钢3%） 4、施工周期短（1.5倍于砼结构） 5、耐火性能差
二、多、高层钢结构的结构体系
根据不同建筑高度、不同抗侧力结构对水平 荷载效应的适应性，分为：
纯框架结构体系 框架-抗震墙结构体系 框架-支撑结构体系 框架-核心筒结构体系 筒体结构体系
1、纯框架结构体系
由水平杆件和竖向构件正交或非正交连接而成。 优点——框架柱网可大可小，建筑平面布置灵
角柱 钢框筒
3050
人字形截面柱
承重框架
760
28960 59150
a)
图4-13 芝加哥标准石油大厦 a) 结构平面 b) 框筒柱截面
翼缘厚16~32 等边角钢
翼缘厚33~63 1520
b)
(2)筒中筒体系
内框筒：采用钢结构或钢砼结构
外框筒：多采用密柱深梁的钢框筒
工程实例：上海国际贸易中心
该大厦建筑平面为矩形，在四个角部有局部 收进，地下2层、地上35层，建筑总高度140m。 建筑平面尺寸为40.4m × 50m，内筒宽度为 25.6m × 16m，内、外筒柱距均为3.2m，内外筒 之间的跨度为12.2m，钢柱采用箱形截面，梁采 用轧制H型钢，楼板采用压型钢板上浇钢筋混凝 土板，厚度90mm，压型钢板仅作模板使用。
源自文库e）
a）
b）
c）
d）
图4-9 偏心支撑类型
a）单斜杆式 b）V字形式 c）人字形式 d）门架式1 e）门架式2
注：粗线a为消能梁段
【工程实例3】第一中心银行大厦 美国印第安纳波尼斯的一幢52层的钢结构办公大楼，高度为 190m，标准层平面尺寸为58m × 37m。大楼的抗侧力结构采用 框架—支撑体系，周边为钢框架，内部为支撑。支撑系统由两片 翼缘支撑和两片腹板支撑组成。翼缘支撑为抵抗倾覆力矩提供了 最大的力臂，同时将楼面核心区的重力荷载传递至外柱。
工程实例：加拿大国家银行大厦
钢框架柱
51.0 21.65
跨层偏心支撑
21.65 51.0
a）
跨层偏心支撑
1.25m
b）
5、筒体结构体系
外框架筒体系 筒中筒体系 束筒体系 外支撑桁架筒体系
(1)外框架筒体系
外筒：密柱深梁；柱距3-4.5m；梁高0.9-1.5m;
承担全部水平荷载和按荷载面积比例分配的楼 层重力荷载；
（6~52层）
钢框架
方钢管柱 750×750×60
RC带竖缝墙板 （6~37层）
b)
c)
图4-5 北京京广中心大厦
a)标准层结构平面 b)墙板布置平面 c)结构横剖面
3、框架-支撑结构体系
框架+竖向支撑桁架
钢支撑
钢框架
钢支撑 钢框架
a） b）
竖向支撑桁架作用同抗震墙，一般沿两个方向在 同一竖向柱距内连续布置。
焊接箱形柱
焊接工字形钢梁 轧制H型钢
6.2 5.8 4.0
4.0 5.8
4.0
5X8.0
4.0
图4-2 北京长富宫中心标准层结构平面图
2、框架-抗震墙结构体系
优点——兼有框架结构布置灵活、延性好和
剪力墙结构刚度大、承载力大的特点。水平 荷载由钢框架和抗震墙共同承担。
抗震墙 ：钢筋砼抗震墙 钢筋砼带缝抗震墙 钢板抗震墙。
低层建筑由竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。
W
q
H
高层建筑结构受力简图
NWH M 1 qH2
2 u qH 4
8 EI
第一节 多、高层房屋的结构体系
一、多、高层钢结构的特点
1、结构自重轻（ 8-15KN/m2大约为砼结 构的60%）
2、抗震性能好 3、减少结构所占建筑面积，能充分利用建
活。延性大、耗能能力强的延性框架结 构， 具有较好的抗震性能。 缺点——刚度小，侧移大，使用高度最低。
a）
b）
图4-1 框架结构体系
a）结构平面 b）结构剖面
工程实例：北京长富宫中心
建于1987年，旅馆，地下2层，地上26层，房屋高度96m，标准 层层高3.3m。建筑平面25.8m × 48m，主要柱网尺寸8m × 9.8m。框架柱为焊接箱形截面，尺寸450mm × 450mm。框架 梁为焊接工字形截面，650mm × 200mm～250mm。次梁采用 轧制H型钢。
内部框架:只承担重力荷载。
梁柱节点可以采用铰接。
工程实例：芝加哥标准石油公司大厦
该大厦建于1973年，地下5层、地上82层的 办公大楼，建筑高度342m，标准层层高3.86m。 建筑平面尺寸为59.15m × 59.15m，内部承重框 架平面尺寸为28.96m × 28.96m。外筒钢柱柱距 3.05m，柱截面采用人字形，深梁截面高度 1.68m。
翼缘支撑 11700 11700
11700
腹板支撑
钢框架
翼缘 支撑
腹板 支撑
12200 3×10670=32000 12200
a）
b）
图4-10 第一中心银行大厦的框架-支撑体系
a）结构平面 b）抗侧力体系
翼缘 支撑
4、框架-核心筒结构体系
核心筒侧向刚度有限，设防烈度8度以上地震区 不宜采用这种结构。
208.00
196.00
天 井
北京京广中心大厦主楼为综合性多用途建筑，38层 地下3层，地上51层，总高度208m，平面为
扇形，结构采用框架-抗震RC墙带竖体缝墙系板 。地面以上钢支撑
框架柱采a) 用焊接方管，框架梁采用焊接工字 23层
钢，抗震墙采用预制钢筋混凝土带竖缝墙板。
焊接工字钢梁
RC带竖缝墙板
支撑桁架类型：
a）
b）
c）
d）
e）
图4-8 中心支撑类型
a）交叉形斜杆 b）单斜杆 c）人字形斜杆 d）V形斜杆 e）K形斜杆
Ｋ型斜杆支撑在地震区不得采用，因斜杆易反复压曲而降低承载力
a
a
a
a
a
a
a
aa
多、高层结构设计
4.1 多、高层房屋的结构体系 4.2 高层钢结构的计算特点
基本概念
高层建筑混凝土结构技术规程规定，10层和10层以上或房屋 高度超过28m的建筑为高层建筑。
民用建筑设计通则规定，以高度为24米、100米的住宅和公 共建筑分别列为高层及超高层建筑，其防火要求不同。
低层、中层和高层建筑都要承受竖向荷载和水平荷载（风荷 载及地震作用），其结构设计原理基本相同，但控制结构 设计的因素不同；竖向荷载作用下的基底轴力与结构高度 成正比，水平荷载产生的基底剪力与结构高度成正比；但 水平荷载产生的总体倾覆力矩与结构高度平方成正比，而 顶点侧移与结构高度四次方成正比。
钢筋砼抗震墙— 刚度大但有应力集中问题—解决办法：带缝
钢板抗震墙—钢板厚度8-10mm, 抗震设防烈度不小于7 度时应设置加劲肋，周边与钢框架采用高强度螺栓连接。
钢梁
钢柱
图4-3 带竖缝钢筋混凝土抗震墙
钢梁
横向加劲肋
钢柱
A
A
纵向加劲肋
A-A
图4-4 带加劲肋钢板抗震墙
工程实例：北京京广中心大厦主楼
筑空间。（砼7%——钢3%） 4、施工周期短（1.5倍于砼结构） 5、耐火性能差
二、多、高层钢结构的结构体系
根据不同建筑高度、不同抗侧力结构对水平 荷载效应的适应性，分为：
纯框架结构体系 框架-抗震墙结构体系 框架-支撑结构体系 框架-核心筒结构体系 筒体结构体系
1、纯框架结构体系
由水平杆件和竖向构件正交或非正交连接而成。 优点——框架柱网可大可小，建筑平面布置灵
角柱 钢框筒
3050
人字形截面柱
承重框架
760
28960 59150
a)
图4-13 芝加哥标准石油大厦 a) 结构平面 b) 框筒柱截面
翼缘厚16~32 等边角钢
翼缘厚33~63 1520
b)
(2)筒中筒体系
内框筒：采用钢结构或钢砼结构
外框筒：多采用密柱深梁的钢框筒
工程实例：上海国际贸易中心
该大厦建筑平面为矩形，在四个角部有局部 收进，地下2层、地上35层，建筑总高度140m。 建筑平面尺寸为40.4m × 50m，内筒宽度为 25.6m × 16m，内、外筒柱距均为3.2m，内外筒 之间的跨度为12.2m，钢柱采用箱形截面，梁采 用轧制H型钢，楼板采用压型钢板上浇钢筋混凝 土板，厚度90mm，压型钢板仅作模板使用。
源自文库e）
a）
b）
c）
d）
图4-9 偏心支撑类型
a）单斜杆式 b）V字形式 c）人字形式 d）门架式1 e）门架式2
注：粗线a为消能梁段
【工程实例3】第一中心银行大厦 美国印第安纳波尼斯的一幢52层的钢结构办公大楼，高度为 190m，标准层平面尺寸为58m × 37m。大楼的抗侧力结构采用 框架—支撑体系，周边为钢框架，内部为支撑。支撑系统由两片 翼缘支撑和两片腹板支撑组成。翼缘支撑为抵抗倾覆力矩提供了 最大的力臂，同时将楼面核心区的重力荷载传递至外柱。
工程实例：加拿大国家银行大厦
钢框架柱
51.0 21.65
跨层偏心支撑
21.65 51.0
a）
跨层偏心支撑
1.25m
b）
5、筒体结构体系
外框架筒体系 筒中筒体系 束筒体系 外支撑桁架筒体系
(1)外框架筒体系
外筒：密柱深梁；柱距3-4.5m；梁高0.9-1.5m;
承担全部水平荷载和按荷载面积比例分配的楼 层重力荷载；
（6~52层）
钢框架
方钢管柱 750×750×60
RC带竖缝墙板 （6~37层）
b)
c)
图4-5 北京京广中心大厦
a)标准层结构平面 b)墙板布置平面 c)结构横剖面
3、框架-支撑结构体系
框架+竖向支撑桁架
钢支撑
钢框架
钢支撑 钢框架
a） b）
竖向支撑桁架作用同抗震墙，一般沿两个方向在 同一竖向柱距内连续布置。
焊接箱形柱
焊接工字形钢梁 轧制H型钢
6.2 5.8 4.0
4.0 5.8
4.0
5X8.0
4.0
图4-2 北京长富宫中心标准层结构平面图
2、框架-抗震墙结构体系
优点——兼有框架结构布置灵活、延性好和
剪力墙结构刚度大、承载力大的特点。水平 荷载由钢框架和抗震墙共同承担。
抗震墙 ：钢筋砼抗震墙 钢筋砼带缝抗震墙 钢板抗震墙。
低层建筑由竖向荷载控制，高层建筑一般由水平荷载控制。
W
q
H
高层建筑结构受力简图
NWH M 1 qH2
2 u qH 4
8 EI
第一节 多、高层房屋的结构体系
一、多、高层钢结构的特点
1、结构自重轻（ 8-15KN/m2大约为砼结 构的60%）
2、抗震性能好 3、减少结构所占建筑面积，能充分利用建
活。延性大、耗能能力强的延性框架结 构， 具有较好的抗震性能。 缺点——刚度小，侧移大，使用高度最低。
a）
b）
图4-1 框架结构体系
a）结构平面 b）结构剖面
工程实例：北京长富宫中心
建于1987年，旅馆，地下2层，地上26层，房屋高度96m，标准 层层高3.3m。建筑平面25.8m × 48m，主要柱网尺寸8m × 9.8m。框架柱为焊接箱形截面，尺寸450mm × 450mm。框架 梁为焊接工字形截面，650mm × 200mm～250mm。次梁采用 轧制H型钢。
内部框架:只承担重力荷载。
梁柱节点可以采用铰接。
工程实例：芝加哥标准石油公司大厦
该大厦建于1973年，地下5层、地上82层的 办公大楼，建筑高度342m，标准层层高3.86m。 建筑平面尺寸为59.15m × 59.15m，内部承重框 架平面尺寸为28.96m × 28.96m。外筒钢柱柱距 3.05m，柱截面采用人字形，深梁截面高度 1.68m。
翼缘支撑 11700 11700
11700
腹板支撑
钢框架
翼缘 支撑
腹板 支撑
12200 3×10670=32000 12200
a）
b）
图4-10 第一中心银行大厦的框架-支撑体系
a）结构平面 b）抗侧力体系
翼缘 支撑
4、框架-核心筒结构体系
核心筒侧向刚度有限，设防烈度8度以上地震区 不宜采用这种结构。
208.00
196.00
天 井
北京京广中心大厦主楼为综合性多用途建筑，38层 地下3层，地上51层，总高度208m，平面为
扇形，结构采用框架-抗震RC墙带竖体缝墙系板 。地面以上钢支撑
框架柱采a) 用焊接方管，框架梁采用焊接工字 23层
钢，抗震墙采用预制钢筋混凝土带竖缝墙板。
焊接工字钢梁
RC带竖缝墙板