第四章多高讲义层钢结构
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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；
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。
➢ 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
2．设计特点
(1)荷载的特点：多、高层建筑随着高度的增加，结构上的控 制荷载由竖向荷载变为水平荷载；地震区的地震作用比风荷 载大得多。
(2)内力特点：多、高层建筑，随着高度的增加，结构上的控 制内力，由轴力起控制作用到弯矩起控制作用；结构的侧移 随高度增加而迅速增加,故结构侧移成为重要的控制因素。
在框架体系中，沿结构的纵横两个方向布置一定数量
的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基
本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积
的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连
接，形成一个支撑芯筒。
框支斜撑体系特点： A: 受力方面
采用由轴向受力杆件形成的支撑来取代由抗弯杆件
形成的框架结构，能获得比纯框架结构大得多的抗侧力刚
度
B: 变形方面 框架产生剪切变形，底部层间位移大 ；支撑产生弯曲变形，底部层间位移小，二者并联 可减小底部层间位移
C:构造方面支撑形心线通过梁柱轴线交点；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；
注：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剪力墙使用
第四章多高层钢结构
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
一、多高层建筑钢结构的特点
1、结构的特点
(1)自重轻：钢材材质均匀，强度高，因而结构构件截面小、自 重轻，比钢筋混凝土结构可减轻自重1/3 以上，从而减小地基 基础的荷载和运输、吊装的费用。 (2)抗震性能好： 钢结构具有良好的延性和韧性，一般情况下 ，地震作用可减少40％左右。 (3)增加建筑有效使用面积 ： 钢结构构件截面小，可减结构占 用空间面积，达到降低层高，增加使用面积的效果，比混凝土 结构可增加建筑使用面积3％~4％。 (4)建造速度快：钢结构构件，一般为T)--制作，现场安装，实 施立体交叉作业，加快施工进度，比一般建设工期可缩短约 1/4～1/3。 (5)防火性能差:钢构件表面应做专门的防火涂料防护层。
(3)结构特点： 随着高度增加，结构的抗侧力体系应改进和 加强。
二、结构体系
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6～9mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ围内 次梁间距一般以3～4m为宜
纯框结构体系的特点
1 钢框架结构采用钢骨架和轻质围护结构 自重轻,对地质条件要求低。
2 结构构件标准,工厂化生产,现场安装,湿作业少 施工占用场地少，速度快。
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。
3 用于住宅建筑可发挥钢结构延性好,塑性变形能力强 抗震性好等优点,提高了住宅安全
4 与传统钢混结构相比,能更好地满足大开间,灵活分隔 的要求 提高了建筑的使用面积率。
5 结构各部分刚度分布比较均匀，构造简单 6 框架结构的侧向刚度小，侧向位移大
易引起非结构构件的破坏 7 自振周期较长，对地震作用不敏感
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
框剪结构的特点
这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布 置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60 层的高层钢结构；剪力墙数量应使框剪结构顶点位移满足规 范限值。与剪力墙相连的梁端受力大，易产生塑性铰，可将 梁刚度乘折减系数。 用于地震区时，具有双重设防的优点
D:支撑计算要求：支撑平面外计算长度系数为0.7(支撑
腹板垂直框架平面)或0.9（支撑腹板平行框架平面） 有抗 震要求的：要控制长细比和宽厚比，对斜杆内力乘增大系 数，保证填板长细比不大于40
E：支撑布置要求：P89
2框剪结构组成
❖ 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
支撑框架体系
结构体系的选择，不仅要从满足使用功能节约等考虑
，更要取决于建筑的高度。建筑层数越多，高度越高，风
力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚
度来抵抗侧向力。因此，随着建筑层数的不断增加，结构
体系也就需要不断的发展。
支撑框架体系又可分为框支结构和框剪框筒结构
一 框支结构体系：
1）框支结构组成
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
220
墙的钢结构
钢框筒-混凝土核心筒
220
110
90
50
220
200
140
300
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
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）
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。
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)
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
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；
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。
➢ 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
2．设计特点
(1)荷载的特点：多、高层建筑随着高度的增加，结构上的控 制荷载由竖向荷载变为水平荷载；地震区的地震作用比风荷 载大得多。
(2)内力特点：多、高层建筑，随着高度的增加，结构上的控 制内力，由轴力起控制作用到弯矩起控制作用；结构的侧移 随高度增加而迅速增加,故结构侧移成为重要的控制因素。
在框架体系中，沿结构的纵横两个方向布置一定数量
的支撑。在这种体系中，框架的布置原则和柱网尺寸，基
本上与框架体系相同，支撑大多沿楼面中心部位服务面积
的周围布置，沿纵向布置的支撑和沿横向布置的支撑相连
接，形成一个支撑芯筒。
框支斜撑体系特点： A: 受力方面
采用由轴向受力杆件形成的支撑来取代由抗弯杆件
形成的框架结构，能获得比纯框架结构大得多的抗侧力刚
度
B: 变形方面 框架产生剪切变形，底部层间位移大 ；支撑产生弯曲变形，底部层间位移小，二者并联 可减小底部层间位移
C:构造方面支撑形心线通过梁柱轴线交点；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；
注：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剪力墙使用
第四章多高层钢结构
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
一、多高层建筑钢结构的特点
1、结构的特点
(1)自重轻：钢材材质均匀，强度高，因而结构构件截面小、自 重轻，比钢筋混凝土结构可减轻自重1/3 以上，从而减小地基 基础的荷载和运输、吊装的费用。 (2)抗震性能好： 钢结构具有良好的延性和韧性，一般情况下 ，地震作用可减少40％左右。 (3)增加建筑有效使用面积 ： 钢结构构件截面小，可减结构占 用空间面积，达到降低层高，增加使用面积的效果，比混凝土 结构可增加建筑使用面积3％~4％。 (4)建造速度快：钢结构构件，一般为T)--制作，现场安装，实 施立体交叉作业，加快施工进度，比一般建设工期可缩短约 1/4～1/3。 (5)防火性能差:钢构件表面应做专门的防火涂料防护层。
(3)结构特点： 随着高度增加，结构的抗侧力体系应改进和 加强。
二、结构体系
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6～9mቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ围内 次梁间距一般以3～4m为宜
纯框结构体系的特点
1 钢框架结构采用钢骨架和轻质围护结构 自重轻,对地质条件要求低。
2 结构构件标准,工厂化生产,现场安装,湿作业少 施工占用场地少，速度快。
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。
3 用于住宅建筑可发挥钢结构延性好,塑性变形能力强 抗震性好等优点,提高了住宅安全
4 与传统钢混结构相比,能更好地满足大开间,灵活分隔 的要求 提高了建筑的使用面积率。
5 结构各部分刚度分布比较均匀，构造简单 6 框架结构的侧向刚度小，侧向位移大
易引起非结构构件的破坏 7 自振周期较长，对地震作用不敏感
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
框剪结构的特点
这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布 置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于40至60 层的高层钢结构；剪力墙数量应使框剪结构顶点位移满足规 范限值。与剪力墙相连的梁端受力大，易产生塑性铰，可将 梁刚度乘折减系数。 用于地震区时，具有双重设防的优点
D:支撑计算要求：支撑平面外计算长度系数为0.7(支撑
腹板垂直框架平面)或0.9（支撑腹板平行框架平面） 有抗 震要求的：要控制长细比和宽厚比，对斜杆内力乘增大系 数，保证填板长细比不大于40
E：支撑布置要求：P89
2框剪结构组成
❖ 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
支撑框架体系
结构体系的选择，不仅要从满足使用功能节约等考虑
，更要取决于建筑的高度。建筑层数越多，高度越高，风
力或地震力引起的侧向力就越大，建筑物必须有相应的刚
度来抵抗侧向力。因此，随着建筑层数的不断增加，结构
体系也就需要不断的发展。
支撑框架体系又可分为框支结构和框剪框筒结构
一 框支结构体系：
1）框支结构组成
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
220
墙的钢结构
钢框筒-混凝土核心筒
220
110
90
50
220
200
140
300
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
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）
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。
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)
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