多高层-2-结构体系.pptx

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多、高层钢结构设计,4.1概述4.2多高层钢结构的结构体系4.3楼盖的布置方案和设计4.4柱和支撑的设计4.5结构分析和设计计算,多高层钢结构的主要荷载竖向荷载永久荷载可变荷载水平荷载风荷载地震作用对多高层结构体系的要求强度（承载力）刚度延性,4.2多高层钢结构的结构体系,一般起控制作用,抗重力结构体系楼盖体系抗侧力结构体系1框架体系2框架-支撑（剪力墙板）体系3筒体体系4巨型结构体系5伸臂及带状桁架结构,基本抗侧力体系,结构体系,基本类型：

框架结构、框剪结构、筒体结构,结构体系,结构类型（a）框架结构（b）框剪结构（c）筒中筒结构（d）束筒结构,高层民用建筑钢结构技术规程,基本抗侧力体系框架结构体系刚性框架半刚性框架框架-支撑（剪力墙板）体系中心支撑框架结构偏心支撑框架结构框架-嵌入式墙板结构钢框架-混凝土剪力墙（混合结构）错列桁架体系,4.2.1多高层钢结构的抗侧力体系,基本抗侧力体系（续）筒体体系框筒筒中筒桁架筒束筒巨型结构体系-将构件的概念扩展到数层或者数个开间巨型框架巨型支撑,多高层钢结构的抗侧力体系,伸臂桁架和带状桁架为什么需要设置伸臂桁架和带状桁架内筒或者支撑高宽比过大内筒未能布置足够的有效支撑内筒受力过大，而外框架未能发挥抵抗侧向力的作用伸臂桁架的作用使外框架柱发挥抵抗侧向力的作用带状桁架的作用设置在外围使外围的柱参与整体抗弯伸臂桁架的最优位置1道：

0.55H2道：

0.3H，0.7H,实例,抗侧力体系-伸臂桁架,框架体系,最早用于高层建筑柱距宜控制在69m范围内适用范围：

一般不超过30层,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,框架结构的主要优点:

框架结构水平变形特点：

由三部分组成悬臂弯曲分量：

由柱拉压变形引起小于总侧移10%20%剪切侧移分量：

梁、柱弯曲引起的节点域剪切变形：

10%20%（高钢规第5.1.5条）,框架结构,框架结构的抗侧移能力，主要取决于梁与柱的抗弯能力与刚度。

剪切侧移的组成,结构倾覆力矩造成柱拉压变形而导致结构整体弯曲引起,结构剪力造成的梁柱受弯引起,刚接框架的变形,高钢规规定,规范规定,框架-支撑（剪力墙板）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,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,框剪结构侧向位移模式,用于地震区时，具有双重设防的优点可用于不超过4060层的高层建筑,钢筋混凝土结构:

需采取构造措施,钢板结构,（89mm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。

剪力墙：

框架-支撑（剪力墙板）结构,通过柱与支撑的轴向刚度来抵抗侧向荷载的悬臂竖向桁架变形特点：

弯曲变形和剪切变形组合，以整体弯曲为主,支撑系统的变形（a）弯曲变形（b）剪切变形（c）组合变形,框架-支撑结构中的支撑系统,优点：

强度和刚度好缺点：

在往复水平地震作用下，支撑斜杆在重复屈曲后承载力急剧降低,中心支撑体系,介于中心支撑框架和纯框架之间的抗震结构形式,工作原理：

中小地震作用下，构件弹性工作，支撑提供主要的抗侧刚度，与中心支撑框架相似大地震作用下，保证支撑不发生受压屈曲，而让偏心梁段屈服消耗地震能量，与纯框架相似,偏心支撑体系,钢板剪力墙墙板内藏钢板支撑剪力墙墙板带竖缝混凝土剪力墙板,嵌入式墙板,采用嵌入式墙板作为等效支撑或剪切板，承担结构的水平剪力,侧向刚度大安装方便但用钢量较大,钢板剪力墙墙板,内藏钢板支撑剪力墙墙板,应用于北京京城大厦,仅承担水平荷载产生的剪力，不承担竖向荷载产生的压力,带竖缝混凝土剪力墙板,应用于日本霞关大厦、东京京王饭店北京京广中心,优点：

侧向刚度大于钢结构造价介于钢结构和混凝土结构之间施工速度比钢筋混凝土结构快结构面积小于钢筋混凝土发挥钢管混凝土柱的承载力和刚度作用,钢框架-混凝土剪力墙结构,问题：

混凝土内筒的刚度退化加大钢框架的剪力震害资料和经验较少层间位移限值难以符合要求混凝土内筒施工误差远大于钢结构,特点周边的深梁密柱组成刚性楼面结构作为框筒的横隔柱内力以轴力为主剪力滞后造成角柱的轴力过大措施：

控制框筒平面的长宽比加大框筒梁和柱的线刚度之比适用高度：

90层（因横向刚度较大）,框筒结构,框筒结构,结构特点密柱深梁外筒、密柱内框筒或钢筋混凝土内筒，更接近弯曲型内外筒间设置伸臂桁架，加强内外筒连接，减缓框筒结构的剪力滞后效应,筒中筒结构,桁架筒结构,旧金山美国铝金属公司总部大厦网格形外筒3+27，116m，1968,结构特点：

将框筒分为若干小框筒得到剪切滞后效应降低,束筒结构,SearsTower,束筒结构,特点：

桁架高度为整层高桁架在各层楼面交错排列以获得大空间和灵活性适合建筑平面长而窄的情况传力路径,错列桁架体系,日本电气总公司（NEC）大楼剖面43,180m,1990,巨型框架,巨型支撑,香港中银大厦,HancockCenter巨型支撑结构,Hancock重力荷载传递路线及支撑节点,框架+撑,57.3,42.4,26.5,10.9,A,B,C,D,4个节点水平位移比较,28.3,19.7,11.8,5.0,A,B,C,D,26.9,18.3,10.4,4.6,A,B,C,D,22.4,15.0,9.4,4.2,A,B,C,D,20.4,13.6,8.5,3.9,A,B,C,D,19.0,13.3,8.5,3.8,A,B,C,D,传力路径最短,伸臂桁架,有无伸臂桁架侧移对比,23层以下钢板墙板23层以上单斜杆支撑,两列人字形支撑,新锦江大酒店1+43，152米全钢结构带伸臂桁架的框架-支撑体系,金茂大厦结构平面及剖面,带状桁架,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；抗侧力体系也可混合使用。

楼盖,梁,柱,支撑,墙板,多层多跨框架的组成,多层结构房屋,各类抗侧力体系的适用高度,抗震规范2010,多层房屋应首选由光滑曲线构成的凸平面形式；（目的：

减小风载体型系数）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。

4.1.2结构布置提要,需抗震设防时平面尺寸关系,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,任一层的偏心率大于0.15时，称为平面不规则结构。

抗侧力构件设置部位,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个互相垂直的主轴。

平面不规则结构,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，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。

防震逢的设置,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：

抗震规范（2010）,结构竖向布置,高钢规（1998）,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低超过50%相邻楼层质量之比超过1.5立面收进尺寸的比例为L1/L0.75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,竖向布置的不规则结构,立面收进,敷设地下室；（补偿基础、增大结构抗侧倾能力）有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一致、不宜采用局部地下室；基础埋深：

（从室外地坪或通长采光井底面到承台底部或基础底部的深度）1）采用天然地基时，不宜小于H152）采用桩基时，不宜小于H20H：

室外地坪至屋顶檐口的高度当有可靠根据时，基础埋深可适当减小。

基础埋深,