多层钢结构设计

多层钢结构布置原则
❖ 柱网及梁系布置合理，纵、横向刚度均匀，构件传 力明确、类型统一，节点构造简单，便于施工；
❖ 应采用平面刚性楼盖，保证空间整体刚度及空间协 调工作；
❖ 横向框架为柱-支撑体系且采用平面刚性楼盖时， 柱间支撑间距不大于4L；
❖ 钢柱及支撑沿竖向可以变截面，但应防止层间刚度 突变；
多层钢结构的支撑
❖ 支撑的布置和形式
支撑布置原则：承受水平荷载，保证结构稳定性，避免 过大的次应力和温度应力
平面布置：支撑应沿结构纵向和横向分别布置，最好沿 结构主轴对称，如正方平面，支撑布置在房屋中央和四 角；长方形平面，支撑布置在长边的两端和中部，沿横 向多布，沿纵向少布。
沿高度布置：最好上下贯通，否则应至少搭接一层。 支撑形式：X形支撑/K形支撑/华伦氏支撑
❖ 框架梁与压型钢板组合楼板可靠连接时， 框架梁截面中应计入混凝土楼板的作用， 楼盖主梁I=2Is/其它I=1.5Is；
❖ 基本周期T1的估算（刚度沿高度分布均匀 的钢框架）：
T1 0.1 u
二、计算方法
计算方法
❖ 精确方法：
矩阵位移法 有限元法
❖ 近似方法：
分层法（竖向荷载） 半刚架法、改进反弯点法（D值法）（水平荷载，
❖ 柱-支撑体系刚度大，用钢量省，条件允许时应优 先选用；支撑布置应合理、均匀。
4.2 多层钢结构荷载效应和组合
❖ 荷载效应计算
❖ 荷载效应组合
一、荷载效应计算
荷载效应计算
❖ 永久荷载：分项系数1.2 ；1.35 ；1.0 ❖ 可变荷载：分项系数1.4
雪荷载 积灰荷载 楼面活荷载：>=4.0kN/m2时，分项系数1.3 屋面活荷载 风荷载
4.1 多层钢结构体系
❖ 多层钢结构一般采用框架类结构体系，也称 多层钢框架结构；
❖ 多层钢结构一般由柱、梁、楼盖结构、支撑 结构、墙板或墙架组成。
❖ 层数<=10；高度<=60m ❖ 受力特点：竖向力/侧向力
一、多层钢结构类型
多层钢结构类型
❖ 柱-支撑体系：
梁柱节点均为铰接，纵、横向沿柱高设置柱间支 撑（抗侧力构件），适用于柱距不大但允许双向 设置支撑的建筑物；设计安装简便，侧向刚度大， 构件受力明确，耗钢量小；
wk w0z sz
荷载效应计算
❖ 偶然荷载：地震荷载
水平地震作用（内力组合中起主要作用）
多遇地震（应）：承载力及变形验算；振型分 解反应谱法/弹性时程分析/底部剪力法
罕遇地震（宜）：弹塑性时程分析/静力弹塑性 分析（pushover）
荷载效应计算
• 振型分解反应谱法典型Biblioteka Baidu式
Fij 1.15 j j X G ji Ei
竖向地震作用系数αv: 8度0.1/9度0.2
二、荷载效应组合
荷载效应组合
不考虑地震的组合
永久荷载控制：
n
0 (G SGK ci Qi SQiK ) R
i 1
n
可变荷载控制： 0 (G SGK S Q1 Q1K ciQi SQiK ) R i2
荷载效应组合
❖ 考虑地震的组合
0 (G SGE EhSEhK EvSEvK wwSwK ) R
❖ 纯框架体系：
纵横两个方向均为刚接框架，适用于柱距较大但 无法设置支撑的建筑物；节点构造较复杂，用钢 量较大；
多层钢结构类型
❖ 框架-支撑体系：
纵向柱-支撑体系，横向为纯框架体系，一方面满 足建筑功能要求，另一方面，简化设计、施工， 减小用钢量。
❖ 框架-支撑组合体系 ❖ 混合体系
二、多层钢结构布置原则
• 支撑按内力设计时，端部的连接承载力宜 按设计内力提高10%~15%计算
4.4 钢与混凝土组合板和组合梁
❖ 钢与混凝土组合板 ❖ 钢与混凝土组合梁
一、钢与混凝土组合板
压型钢板+钢筋混凝土
钢与混凝土组合板
多层钢结构的支撑
❖ 支撑的计算：
一般按拉/压杆计算； 支撑承受水平剪力：
实际水平荷载产生的层间剪力
或 V 1 Af fy ；
85 235
多层钢结构的支撑
❖ 还要考虑竖向荷载引起的附加内力，受压
交叉斜撑
N
c1
c2
2
Ab
cos2
• 交叉斜撑按拉杆设计时，不考虑附加内力， 其连接应按荷载作用下的拉力和其临界压 力设计。
四、多层钢结构的柱
多层钢结构的柱
❖ 柱的截面形式
轧制或焊接H形钢 十字形截面 方钢管 圆钢管
多层钢结构的柱
❖ 钢柱的设计
钢柱为偏心受压构件； 钢柱应按两个主轴方向分别进行强度和稳定性验
算； 对厚钢板（>60,Q235；>36，Q345）应考虑钢
材沿厚度方向的性能，防止分层。
五、多层钢结构的支撑
框架） 悬臂铰接桁架（水平荷载，柱-支撑）
三、多层钢结构的梁
多层钢结构的梁
❖ 梁的截面形式
轧制或焊接H形钢 不对称H形钢 蜂窝梁截面
多层钢结构的梁
❖ 梁的设计
按受弯构件设计 应采用最不利截面的最不利组合内力进行梁截面
验算，最不利截面一般在梁的两端、跨中或集中 荷载作用点； 框架梁截面调整幅度较大（30%）时，应重新进 行内力分析； 楼板为压型钢板组合楼板且与梁可靠连接，按钢混凝土组合楼盖进行设计。
❖ 多层框架宜采用专门软件计算或手算；
一般规定
❖ 多层框架柱的计算长度H0=μH
μ为计算长度系数， 根据上下端汇交的横梁与框 架柱线刚度之比（k1=IB/L:IC/H，K2） 查表确定。
有侧移框架和无侧移框架
一般规定
❖ 风荷载作用下，Δ<=H/500/δ<=h/400；多 遇地震，δ<=h/250；
❖ 水平地震影响系数α ❖ 振型数不少于3个，振型叠加采用平方和开
方（SRSS）或完全二次项（CQC） ❖ GE重力荷载代表值：
GE=GK+0.5QS+0.5QA+kQL+GKT k=0/0.5/1.0
荷载效应计算
❖ 竖向地震作用（仅在计算多层框架内大跨 度或大悬臂构件时考虑）
FVO V GEO
4.3 多层钢结构的内力分析
❖ 一般规定 ❖ 计算方法 ❖ 多层钢结构的梁 ❖ 多层钢结构的柱 ❖ 多层钢结构的支撑
一、一般规定
一般规定
❖ 平面布置规则的多层框架，宜采用平面计算 模型，平面不规则时，宜采用空间计算模型；
❖ 地震作用效应分析时，结构及附属质量集中 在各楼层，应按不同维护结构对自振周期折 减（0.9/0.85/0.8），维护墙体只计质量不计 刚度；