高層鋼結(jié)構(gòu)第四章

高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第四章作用效應(yīng)計(jì)算及組合主講教師：范圣剛1編輯ppt4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟4.4鋼框架二階分析方法4.3帶抗側(cè)力體系計(jì)算方法4.2鋼框架計(jì)算方法第四章高層鋼結(jié)構(gòu)作用效應(yīng)計(jì)算及組合4.5作用效應(yīng)組合2編輯ppt1.變形與幾何關(guān)系

一階分析：不考慮變形對(duì)幾何尺寸的影響。二階分析：考慮變形對(duì)幾何尺寸的影響。2.材料本構(gòu)關(guān)系

彈性分析：應(yīng)力－應(yīng)變線性關(guān)系，不考慮強(qiáng)化階段。彈塑性分析：應(yīng)力－應(yīng)變非線性關(guān)系，考慮強(qiáng)化階段。3.荷載性質(zhì)

靜力分析。動(dòng)力分析。

4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟一、結(jié)構(gòu)分析方法

3編輯ppt4.空間體系

計(jì)算模型4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型，可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同計(jì)算模型；當(dāng)結(jié)構(gòu)布置規(guī)則、質(zhì)量及剛度沿高度分布均勻、不計(jì)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí)，可采用平面結(jié)構(gòu)計(jì)算模型；當(dāng)結(jié)構(gòu)平面或立面不規(guī)則、體型復(fù)雜、無(wú)法劃分成平面抗側(cè)力單元的結(jié)構(gòu)，或?yàn)橥搀w結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。4編輯ppt4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟

精確靜力計(jì)算方法矩陣位移法筒體結(jié)構(gòu)豎向懸臂筒體薄壁桿件理論、有限條法等框架-支撐結(jié)構(gòu)框架剪力墻結(jié)構(gòu)框筒結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)5編輯ppt

近似靜力計(jì)算方法4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟豎向荷載分層法水平荷載

D值法框架-支撐結(jié)構(gòu)協(xié)同工作分析在水平荷載作用下簡(jiǎn)化為平面抗側(cè)力體系分析時(shí)總支撐總框架（框架剪力墻結(jié)構(gòu)）6編輯ppt4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟等效角柱法、展開(kāi)平面框架法或等效截面法平面為矩形或其他規(guī)則形狀的框筒結(jié)構(gòu)平面框架

等效截面法計(jì)算外框筒的構(gòu)件截面尺寸時(shí)，外框筒可視為平行于荷載方向的兩個(gè)等效槽形截面。7編輯ppt其它近似方法規(guī)則但有偏心的結(jié)構(gòu)近似分析時(shí)，可先按無(wú)偏心結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后將內(nèi)力乘以修正系數(shù)；底部剪力法估算高層鋼框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面時(shí)，水平地震作用下傾覆力矩引起的柱軸力，體型較規(guī)則的丙類建筑可折減，但乙類建筑不應(yīng)折減。4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟8編輯ppt

三維空間矩陣位移法4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟

隨著高層建筑的平面形狀與體型日益復(fù)雜化，出現(xiàn)了大底盤多塔樓、頂部連體等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)的耦聯(lián)效應(yīng)往往不能忽略，此時(shí)已經(jīng)很難再將結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力構(gòu)件沿某幾個(gè)方向進(jìn)行分解，平面協(xié)同法的應(yīng)用受到很大的限制。與平面協(xié)同法相比，三維空間矩陣位移法對(duì)結(jié)構(gòu)的布置和體型幾乎沒(méi)有限制，所以在目前實(shí)際高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算中，絕大部分采用了三維空間矩陣位移法。9編輯ppt4.1結(jié)構(gòu)分析方法及基本步驟二、結(jié)構(gòu)分析基本步驟

分析方法計(jì)算模型結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)力調(diào)整10編輯ppt一、豎向荷載計(jì)算——分層法

1.基本假定框架沒(méi)有側(cè)移；每一層框架梁上的豎向荷載只對(duì)本層的梁及與本層梁相連的框架柱產(chǎn)生彎矩和剪力，忽略對(duì)其它各層梁、柱的影響?？蚣茉诟鲗迂Q向荷載同時(shí)作用下的內(nèi)力，可以分解為一系列開(kāi)口框架進(jìn)行計(jì)算。除底層柱子外，其余各層柱的線剛度乘以0.9的折減系數(shù)，彎矩傳遞系數(shù)取為

1/3。2.計(jì)算方法4.2鋼框架計(jì)算方法11編輯ppt4.2鋼框架計(jì)算方法3.計(jì)算模型iiiiiiii0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i0.9i剛度系數(shù)：傳遞系數(shù)：兩端固定一端固定一端鉸接一端固定一端彈簧鉸12編輯ppt4.2鋼框架計(jì)算方法二、水平荷載計(jì)算——反彎法、D值法

假定：框架梁的線剛度相對(duì)框架柱的線剛度為無(wú)限大。忽略柱子軸向變形的情況下，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)角為零。1.基本假定2.計(jì)算步驟在各層反彎點(diǎn)處切開(kāi)柱反彎點(diǎn)處的剪力剪力分配柱端彎矩梁端彎矩利用節(jié)點(diǎn)力矩平衡條件梁端剪力柱軸力節(jié)點(diǎn)豎向力平衡條件13編輯ppt三、水平位移計(jì)算

4.2鋼框架計(jì)算方法Δu1ΔujuN框架結(jié)構(gòu)水平荷載下的側(cè)移由兩部分組成：梁柱彎曲變形引起的側(cè)移和柱軸向變形引起的側(cè)移。14編輯ppt4.2鋼框架計(jì)算方法1.彎曲變形頂點(diǎn)側(cè)移：層間側(cè)移：對(duì)于規(guī)則框架，各層柱的抗側(cè)剛度大致相等，而層間剪力自上向下逐層增加，因而層間側(cè)移自上向下逐層增加，整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形曲線類似懸臂構(gòu)件剪切變形引起的位移曲線，故稱為“剪切型”。框架結(jié)構(gòu)15編輯ppt4.2鋼框架計(jì)算方法2.軸向變形是水平外荷載在框架底面產(chǎn)生的總剪力。對(duì)于高度不大于50m或高寬比H/B≥4的框架辦公樓，柱軸向變形引起的頂點(diǎn)位移越占框架梁柱彎曲變形引起的頂點(diǎn)側(cè)移的5%~11%。16編輯ppt框架結(jié)構(gòu)除了要保證梁的撓度不超過(guò)規(guī)定值外，尚應(yīng)驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移。結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的驗(yàn)算包括層間位移和頂點(diǎn)位移，要求分別滿足：4.2鋼框架計(jì)算方法3.側(cè)移的限值規(guī)

范風(fēng)荷載作用下水平地震作用下“高鋼規(guī)程”對(duì)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)定頂點(diǎn)質(zhì)心處水平位移角1/500－質(zhì)心處層間位移角1/4001/250端部與質(zhì)心處的水平位移比值≤1.2≤1.3罕遇地震時(shí)的層間位移角－1/70“抗震規(guī)范”對(duì)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)定最大層間位移角－1/300端部與平均水平位移比值≤1.3罕遇地震時(shí)的層間位移角1/50“高層混凝土規(guī)程”對(duì)混合結(jié)構(gòu)規(guī)定最大層間位移角H≤150m1/800H≥150m1/500150<H<250m1/800~1/500間線性插入端部與平均水平位移比值－≤1.417編輯ppt四、內(nèi)力及位移調(diào)整

4.2鋼框架計(jì)算方法1.節(jié)點(diǎn)的柔性——半剛性節(jié)點(diǎn)2.節(jié)點(diǎn)域的剪切變形3.計(jì)算方法的精確性——底部剪力法4.P－△效應(yīng)ΔPP18編輯ppt4.3帶抗側(cè)力體系計(jì)算方法一、帶支撐抗側(cè)力體系——懸臂鉸接桁架

對(duì)帶支撐抗側(cè)力體系結(jié)構(gòu)，若僅在一個(gè)柱距內(nèi)布置支撐形成支撐桁架，則在水平荷載作用下一般可按懸臂鉸接桁架來(lái)計(jì)算；若連續(xù)在兩個(gè)或兩個(gè)以上柱間布置支撐形成支撐桁架（如圖所示），則結(jié)構(gòu)屬于高次超靜定體系，宜采用電算求解內(nèi)力，但也可按懸臂鉸接桁架來(lái)近似計(jì)算內(nèi)力。19編輯ppt1.剪力分配系數(shù)

平衡條件：

幾何條件：

物理?xiàng)l件：

2.柱間支撐的剪力

3.其他桿件的內(nèi)力4.3帶抗側(cè)力體系計(jì)算方法20編輯ppt4.3帶抗側(cè)力體系計(jì)算方法二、帶剪力墻抗側(cè)力體系

材料力學(xué)方法(適用于整截面剪力墻和整體小開(kāi)口剪力墻)

連續(xù)化方法(適用于聯(lián)肢剪力墻)

D值法(適用于壁式框架)21編輯ppt4.4鋼框架二階分析方法一、適用條件

當(dāng)框架結(jié)構(gòu)滿足下式條件時(shí)，可采用二階彈性分析方法來(lái)計(jì)算其內(nèi)力：——為所計(jì)算樓層的高度；

——為所計(jì)算樓層層間相對(duì)位移的允許值——為所計(jì)算樓層各柱軸心壓力設(shè)計(jì)值之和；——為產(chǎn)生層間側(cè)移的所計(jì)算樓層及以上各層的水平力之和。22編輯ppt二、計(jì)算方法4.4鋼框架二階分析方法當(dāng)鋼框架結(jié)構(gòu)采用二階彈性分析方法來(lái)計(jì)算其內(nèi)力時(shí)，應(yīng)在每層柱頂按下式附加一個(gè)假想的水平力?！獮榈跇菍拥目傊亓奢d設(shè)計(jì)值；——為框架總層數(shù)，當(dāng)時(shí)，取——為鋼材強(qiáng)度影響系數(shù)，取值如下：

23編輯ppt三、桿端彎矩4.4鋼框架二階分析方法對(duì)無(wú)支撐的純框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用二階彈性分析方法計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)，各桿件桿端的彎矩可按下式近似計(jì)算：

——為按一階彈性分析求得的所計(jì)算樓層的層間側(cè)移；——為假定鋼框架無(wú)側(cè)移時(shí)，按一階彈性分析求得的各桿件端彎矩；——為鋼框架各節(jié)點(diǎn)有側(cè)移時(shí)，按一階彈性分析求得的各桿件端彎矩；時(shí)，宜增大鋼框架結(jié)構(gòu)的剛度?！紤]二階效應(yīng)第層桿件的側(cè)移彎矩增大系數(shù)，當(dāng)按上式計(jì)算出24編輯ppt4.5作用效應(yīng)組合一、承載力極限狀態(tài)1.無(wú)地震作用

、——分別為樓面活荷載組合值系數(shù)和風(fēng)荷載組合值系數(shù)。（1）當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)應(yīng)分別取0.7和0.0；（2）當(dāng)可變荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)：非風(fēng)載起控制：應(yīng)分別取1.0和0.6風(fēng)載起控制：應(yīng)分別取0.7和1.0。

、25編輯ppt2.有地震作用4.5作用效應(yīng)組合取0.2所考慮的組合說(shuō)

明重力荷載及水平地震作用1.21.3—

—

重力荷載及豎向地震作用1.2—

1.3—

9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮；水平長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)8度、9度抗震設(shè)計(jì)時(shí)考慮重力荷載、水平地震及豎向地震作用1.21.30.5—

9