概述計算特點

1、高等鋼結構高等鋼結構 指導老師：戴素娟教授 主講人：楊清多高層鋼結構多高層鋼結構 1 1 概述 2 2 計算特點計算特點 3 3 組合樓蓋結構組合樓蓋結構 4 4 連接設計連接設計2022-6-22 1 概述1、高層鋼結構工程應用80年代我國建造的高層鋼結構基本上都是國外設計施工。目前我國已建和在建的高度超過100m的鋼結構超過200多棟。一、多、高層鋼結構建筑的應用 臺北國際金融中心（臺北國際金融中心（101101樓）高樓）高508508米米2、典型的高層鋼結構建筑上海金茂大廈上海金茂大廈 高高420420米米信興廣場大廈信興廣場大廈（地王大廈）（地王大廈）高高324.8324.8米米上海環(huán)

2、球金融中心上海環(huán)球金融中心 高高466466米米 二、高層建筑鋼結構的特點二、高層建筑鋼結構的特點(1)(1)自重輕、強度高自重輕、強度高采用鋼結構承重骨架, 比鋼筋混凝土結構輕1/3以上。結構自重輕,可以減少運輸和吊裝費用,基礎的負載也相應減少,在地質條件較差地區(qū),可以降低基礎造價。 (2)(2)抗震性能好抗震性能好 鋼材的彈塑性性能好, 地震作用下具有良好的延性。自重輕可以顯著減少地震作用, 一般可減少40%左右構件斷面小,所占面積小；同時還可適當降低 建筑層高。與同類鋼筋混凝土高層結構相比,可相應增加建筑使用面積約4%。(3)(3)有效使用面積高有效使用面積高(4)(4)建造速度快建造速

3、度快構件制造工廠化，現場安裝，現場施工作業(yè)面寬敞。可實施平行立體交叉作業(yè)。與同類鋼筋混凝土高層結構相比. 一般可縮短建設周期約1/41/3。(5)(5)防火性能差防火性能差無耐火防護的鋼構件,其平均耐火時限約15min左右,明顯低于混凝土結構。故有防火要求時，構件表面必須用專門的防火涂料防護,以滿足防火規(guī)范的要求。 三、多高層建筑鋼結構體系三、多高層建筑鋼結構體系1.1.框架結構體系框架結構體系純框架結構一般適用于層數30的高層鋼結構平面布置靈活，可為提供較大的室內空間，結構各部分剛度比較均勻?？蚣芙Y構有較大的延性，自振周期較長，因而對地震作用不敏感，抗震性能好。但框架結構的側向剛度小，由于側

4、向位移大，易引起非結構構件的破壞，因此不宜建的太高。純框架結構體系在地震區(qū)一般不超過15層。橫向跨度方向縱向跨度方向2.2.框架框架- -支撐體系支撐體系框架-支撐體系是高層建筑鋼結構中應用最多的一種結構體系，一般適用于4060層的高層鋼結構。純框架側移不滿足時，可以采用帶支撐的框架。即在框架體系中，沿結構的縱、橫兩個方向布置一定數量的支撐。沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個支撐芯筒。豎向支撐桁架起剪力墻的作用，能獲得比純框架結構大的多的抗側力剛度，可以明顯減小建筑物的層間位移?？v 向 柱 列橫 向 柱 列L在水平力作用下, 支撐頂部將產生很大的水平變位。此時可在頂層設置帽桁架

5、及在中間某層設置腰桁架。帽桁架和腰桁架使外圍柱與核心抗剪結構共同工作, 可有效減小結構的側向變位, 剛度也有很大提高。腰桁架的間距一般為12-15層,腰桁架越密整個結構的簡體作用越強這種結構通常被稱為部分筒體結構體系),當僅設一道腰桁架時, 最佳位置是在離建筑頂端0.455H高度。 3. 3. 框架剪力墻結構體系框架剪力墻結構體系在框架結構中布置一定數量的剪力墻可以組成框架剪力墻結構體系，這種結構以剪力墻作為抗側力結構，既具有框架結構平面布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結構。 當鋼筋混凝土墻沿服務性面積（如樓梯間、電梯間和衛(wèi)生間）周圍設置，就形成框架多筒體結

6、構體系。這種結構體系在各個方向都具有較大的抗側力剛度，成為主要的抗側力構件，承擔大部分水平荷載，鋼框架主要承受豎向荷載。4.4.框架框架- -核心筒結構體系核心筒結構體系將框架-剪力墻結構體系中的剪力墻結構設置于內筒的四周形成封閉的核心筒體，而外圍鋼框架柱柱網較密，形成框架-核心筒體系。中心筒體既可采用鋼結構亦可采用鋼筋混凝土結構,核心筒體承擔全部或大部分水平力及扭轉力。樓面多采用鋼梁、壓型鋼板與現澆混凝土組成的組合結構，與內外筒均有較好的連接，水平荷載將通過剛性樓面?zhèn)鬟f到核心筒。鋼與鋼筋混凝土筒體結構的水平剛度取決于核心筒的高寬比。這種體系由于內筒平面尺寸較小，側向剛度有限，因而對抗震不利，

7、不宜用于強震地區(qū)。5.5.筒體結構筒體結構 筒體結構是超高層結構中受力性能較好的結構體 系，適用于90層左右的高層鋼結構建筑。由內外兩個筒體（筒中筒）或多個筒體結構（束筒體系）組合而成，共同抵抗水平力，具有很好的空間作用，適用于90層左右的鋼結構建筑。美國加州西爾斯大廈2022-6-22 2 計算特點水平荷載：風荷載和地震作用，對結構設計起著 主要的控制作用。 豎向荷載：永久荷載（結構自重）和活荷載 一、結構荷載2022-6-221、豎向荷載高等鋼結構的樓面和屋面活荷載以及雪荷載的標準值系數應按建筑結構荷載規(guī)范的有關條文取值，對某些未作具體規(guī)定的屋面或樓面活荷載如直升飛機平臺荷載，應根據高層建

8、筑鋼結構結構設計與施工規(guī)程以及其他有關規(guī)定采用。 2、風荷載 作用在高層鋼結構任意高度處的風荷載標準值 應按下式計算： 3、地震作用（1）一般計算原則 高層建筑鋼結構的抗震設計采用兩階段設計方法， 即第一階段設計應按多遇地震計算地震作用，第二 階段設計應按罕遇地震計算地震作用。（2）計算方法 底部剪力法、振型分解反應譜法和時程分析分析法 二二、計算的一般原則、計算的一般原則1. 多高層建筑鋼結構的內力與位移一般采用彈性方法計算。對有抗震設防要求的結構，除進行多遇地震作用下的彈性效應計算外，還應考慮在罕遇地震作用下結構可能進入彈塑性狀態(tài)，采用彈塑性方法進行分析。2.高層建筑鋼結構通常采用現澆組合

9、樓蓋，一般可假定樓面在自身平面內為絕對剛性。但在設計中應采取保證樓面整體剛度的構造措施，如加設梁抗剪件、非剛性樓面加整澆層等。對整體性較差、或樓面有大開孔、有較長外伸段或相鄰層剛度有突變的樓面，當不能保證樓面的整體剛度時，宜采用樓板平面內的實際剛度。 3. 由于樓板與鋼梁連接在一起，當進行多高層鋼 結構的彈性分析時，宜考慮現澆鋼筋混凝土樓板與鋼梁的共同工作，此時應保證樓板與鋼梁間有可靠連接。當進行彈塑性分析對，樓板可能嚴重開裂因此，不宜考慮樓板與鋼梁的共同工作。4. 多高層鋼結構的計算模型應視具體結構形式和計算內容規(guī)定。一般情況下可采用平面抗側力結構的空間協(xié)同計算模型。當結構布置規(guī)則、質量及剛

10、度沿高度分布均勻、不計扭轉效應時，可采用平面結構計算模型；當結構平面或立面不規(guī)則、體型復雜、無法劃分成平面抗側力單元或為簡單結構時，應采用空間結構計算模型。5. 高層建筑鋼結構梁柱構件的跨高比較小，在計算結構的內力和位移時，除考慮梁、柱的彎曲變形和柱的軸向變形外，尚應考慮梁、柱的剪切變形。由于梁的軸力很小，一般不考慮梁的軸向變形，但當梁同時作為腰桁架或帽桁架的弦桿時，應計入軸力的影響。6. 鋼框架一剪力墻體系中，現澆豎向連續(xù)鋼筋混凝土剪力墻的計算應計入墻的彎曲變形、剪切變形和軸向變形。當鋼筋混凝土剪力墻具有比較規(guī)則的開孔時，可按帶剛域的框架計算；當具有復雜開孔時，宜采用平面有限元法計算。三、三

11、、梁、柱的截面形式梁、柱的截面形式c)方管截面b)蜂窩梁b)十字型截面 框架柱的截面形式a)H型鋼截面b)組合梁截面框架梁的截面形式a)H型鋼截面d)圓管截面三、內力與位移計算三、內力與位移計算 1、建筑高層鋼結構功能復雜、體型多樣、受力復雜且桿件數量眾多。因此在進行結構的靜、動力分析時，一般都應借助電子計算機來完成。 2、在初設階段進行截面的評估可按下列人工方法進行：（1)地震作用、風荷載作用下，采用D值法。 (2)豎向荷載作用下，采用分層法、或彎矩 二次分配法3.結構內力分析時，應注意的問題(2)P效應影響(1)節(jié)點板域剪切變形的影響節(jié)點域剪切變形對高層鋼結構水平位移影響一般可達10%20a.一階彈性分析第一階段設計采用線彈性計算方法，豎向荷載作用下與水平荷載作用下的內力和位移是彼此獨立的，兩者的內力與位移可以直接相加。b.二階彈性分析（非線性分析）豎向荷載作用下，因水平位移而產生的內力與位移增大的現象，即P效應。5050層左右的高層鋼結構層左右的高層鋼結構P P效應產生的二階效應產生的二階內力和位移可達內力和位移可達1515以上。以上。地震作用下，抗震設計規(guī)范規(guī)定：當結構地震作用下的重力附加彎矩大于初始彎矩的10時，應計入重力二階效應。六、位移限制六、位移限制1.高層建筑鋼結構在風荷載作用下，頂點質心位置的側移不宜超過建筑高