钢结构设计--多层及高层房屋结构

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
框剪结构
❖ 框架结构上设置适当的支撑或剪力墙
❖ 亦可二者皆设置
侧向位移模式
在侧向荷载的作用下， 纯框架结构： 剪切变形模式 抗剪结构： 弯曲变形模式 二者组合（框剪结构）： 显著减少了纯框架结构的侧向位移
4.1.2 结构布置提要
❖多层房屋应首选由光滑曲线构成的平面形式； (为了减少风压作用) ❖尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式； (以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动) ❖避免以狭长形作平面形式； (因风荷载作用会产生严重的剪切滞后现象) ❖框筒结构采用矩形平面形式时，应控制其平面 长度比小于1.5；（不满足时，宜采用束筒结构） ❖需抗震设防时平面尺寸关系应符合要求。
框剪结构的特点
用于地震区时，具有双重设防的优点 可用于不超过40～60层的高层建筑
钢筋混凝土结构:需采取构造措施 剪力墙：
钢板结构 (8～9mm厚钢板) 研究表明， 在侧向刚度相同时，钢板剪 力墙的框剪结构比框架结构 用钢量少。
框筒结构
❖框筒结构是筒体结构的一种结构布置（筒中筒） ❖适用的建筑高度可超过90层（因横向刚度较大）
多层钢结构住宅的开发和建造已得到重视。
天津丽苑钢结构住宅
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津
丽
苑
钢
结
构
住
宅
青岛即墨钢结构住宅 莱钢开发的青岛即墨钢结构住宅
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、框剪结构、筒体结构
框架结构
最早用于高层建筑 柱距宜控制在6～9m范围内 次梁间距一般以3～4m为宜
结构及受力特点： 1）内部设置剪力墙式的内筒，与及其他竖向构件
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（竖直方向）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。
6.0
5.5
竖向布置的不规则结构
楼层刚度小于其相邻上层刚度的70%，且连续 三层总的刚度降代超过50%
相邻楼层质量之比超过1.5
立面收进尺寸的比例为L1/L < 0.75
竖向抗侧力构件不连续 任一楼层抗侧力构件的总剪承载力
小于其相邻上层的80％
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）
➢ 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
筒体
密柱深梁的钢结构筒体 钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)
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；
主要优点:
重量轻
抗震性能好
工业化程度高 施工周期短 环保效果好
需抗震设防时平面尺寸关系
平面的长宽比
L/B
L / Bmax
≤5
≤4
凹凸部分的长宽比
l/b
l '/ Bmax
≤1.5
≥1
大洞口宽度比 B ' / Bmax ≤0.5
抗侧力构件设置部位
❖ 抗侧力构件布置状况→水平荷载下出现扭转? 1)抗侧力刚度中心应和水平合力线尽量接近； 2)度量抗侧力构件布置状况的力学参量: 偏心率
多层结构房屋
❖ 单纯采用框架结构或斜撑(或 剪力墙)体系；
1）框架体系： 未必所有的梁柱都刚性连接
2）斜撑体系： 少数柱之间设斜撑
（梁柱连接可做成铰接） ❖ 少数柱参与抗侧力体系； ❖ 梁柱刚性连接构造复杂，应
该尽量少用； ❖ 抗侧力体系也可混合使用。
楼盖
墙板
梁 柱 支撑
多层多跨框架的组成
多层房屋的抗侧力结构
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
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； ❖ 高层钢结构建筑，一般也无须设置温度缝； ❖ 地震区的多高层建筑，应当建立精细的力学模型，
任一层的偏心率大于0.15时， 称为平面不规则结构。
平面不规则结构
➢ 任一层的偏心率大于0.15时； ➢ 结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方
向的尺度，超过该方向建筑总尺寸的25％； ➢ 楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层
总面积的50％； ➢ 抗水平力构件既不平行又不对称于侧力体系的两
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。
结构竖向布置
使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接 近重合；
各层的刚度中心应接近在同一竖直线上； 要强调建筑开间、进深的尽量统一； 多高层房屋的横向刚度、风振加速度还和其高宽
比有关，其限值为：
设防烈度 6， 7
8
9
最大高宽比 6.5
260
180
180
100
70
180
150
70
芯筒体系
亦称悬挂结构； 打破了密柱深梁对建筑设计的
桎梏；
实现优势互补（充分发挥钢结 构抗拉强度高和钢筋混凝土结 构抗压性能好的优势）；
通常设置一些称为帽桁架和腰 桁架的水平桁架。
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。
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）
结构种类
结构体系
非抗震设防
抗震设防烈度
6, 7
8
9
框架
110
钢结构 框架-支撑（剪力墙板） 260
各类筒体
360
钢框架-混凝土剪力墙
有混凝土剪力 钢框架-混凝土核心筒
来自百度文库220
墙的钢结构
钢框筒-混凝土核心筒
220
110
90
50
220
200
140
300