第四章多高層鋼結(jié)構(gòu).ppt

4 多高層框架鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一、多高層鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 二、多高層框架鋼結(jié)構(gòu)體系 三、多層鋼結(jié)構(gòu)房屋 四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系 五、設(shè)計(jì)方法 六、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 七、組合板設(shè)計(jì) 八、鋼與混凝土組合梁,學(xué)什么？難點(diǎn)和重點(diǎn)？,重點(diǎn)和難點(diǎn) 1 多層鋼框架結(jié)構(gòu)體系的組成和設(shè)計(jì)方法 2、組合梁、樓板、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),(1)自重輕：鋼材材質(zhì)均勻，強(qiáng)度高，因而結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面小、自重輕，比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可減輕自重1/3 以上，從而減小地基基礎(chǔ)的荷載和運(yùn)輸、吊裝的費(fèi)用。 (2)抗震性能好： 鋼結(jié)構(gòu)具有良好的延性和韌性，一般情況下，地震作用可減少40左右。 (3)增加建筑有效使用面積 ： 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面小，可減結(jié)構(gòu)占用空間面積，達(dá)到降低層高，增加使用面積的效果，比混凝土結(jié)構(gòu)可增加建筑使用面積34。 (4)建造速度快：鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般為t)-制作，現(xiàn)場安裝，實(shí)施立體交叉作業(yè)，加快施工進(jìn)度，比一般建設(shè)工期可縮短約1/41/3。 (5)防火性能差:鋼構(gòu)件表面應(yīng)做專門的防火涂料防護(hù)層。,一、多高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),1、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),(1)荷載的特點(diǎn)：多、高層建筑隨著高度的增加，結(jié)構(gòu)上的控制荷載由豎向荷載變?yōu)樗胶奢d；地震區(qū)的地震作用比風(fēng)荷載大得多。 (2)內(nèi)力特點(diǎn)：多、高層建筑，隨著高度的增加，結(jié)構(gòu)上的控制內(nèi)力，由軸力起控制作用到彎矩起控制作用；結(jié)構(gòu)的側(cè)移隨高度增加而迅速增加,故結(jié)構(gòu)側(cè)移成為重要的控制因素。 (3)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 隨著高度增加，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系應(yīng)改進(jìn)和加強(qiáng)。,2設(shè)計(jì)特點(diǎn),二、結(jié)構(gòu)體系,常見類型：框架結(jié)構(gòu)、框剪結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu),最早用于高層建筑 柱距宜控制在69m范圍內(nèi) 次梁間距一般以34m為宜,純框結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn) 1 鋼框架結(jié)構(gòu)采用鋼骨架和輕質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu) 自重輕,對地質(zhì)條件要求低。 2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn),工廠化生產(chǎn),現(xiàn)場安裝,濕作業(yè)少 施工占用場地少，速度快。 3 用于住宅建筑可發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)延性好,塑性變形能力強(qiáng) 抗震性好等優(yōu)點(diǎn),提高了住宅安全 4 與傳統(tǒng)鋼混結(jié)構(gòu)相比,能更好地滿足大開間,靈活分隔的要求 提高了建筑的使用面積率。 5 結(jié)構(gòu)各部分剛度分布比較均勻，構(gòu)造簡單 6 框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小，側(cè)向位移大 易引起非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞 7 自振周期較長，對地震作用不敏感,支撐框架體系 結(jié)構(gòu)體系的選擇，不僅要從滿足使用功能節(jié)約等考慮，更要取決于建筑的高度。建筑層數(shù)越多，高度越高，風(fēng)力或地震力引起的側(cè)向力就越大，建筑物必須有相應(yīng)的剛度來抵抗側(cè)向力。因此，隨著建筑層數(shù)的不斷增加，結(jié)構(gòu)體系也就需要不斷的發(fā)展。 支撐框架體系又可分為框支結(jié)構(gòu)和框剪框筒結(jié)構(gòu) 一 框支結(jié)構(gòu)體系： 1）框支結(jié)構(gòu)組成 在框架體系中，沿結(jié)構(gòu)的縱橫兩個(gè)方向布置一定數(shù)量的支撐。在這種體系中，框架的布置原則和柱網(wǎng)尺寸，基本上與框架體系相同，支撐大多沿樓面中心部位服務(wù)面積的周圍布置，沿縱向布置的支撐和沿橫向布置的支撐相連接，形成一個(gè)支撐芯筒。,框支斜撐體系特點(diǎn)： a: 受力方面 采用由軸向受力桿件形成的支撐來取代由抗彎桿件形成的框架結(jié)構(gòu)，能獲得比純框架結(jié)構(gòu)大得多的抗側(cè)力剛度 b: 變形方面 框架產(chǎn)生剪切變形，底部層間位移大；支撐產(chǎn)生彎曲變形，底部層間位移小，二者并聯(lián)可減小底部層間位移 c:構(gòu)造方面支撐形心線通過梁柱軸線交點(diǎn)；少數(shù)柱之間設(shè)斜撐（梁柱連接可做成鉸接）少數(shù)柱參與抗側(cè)力體系； 注：梁柱剛性連接構(gòu)造復(fù)雜，應(yīng)該盡量少用；抗側(cè)力體系也可混合剪力墻使用 d:支撐計(jì)算要求：支撐平面外計(jì)算長度系數(shù)為0.7(支撐腹板垂直框架平面)或0.9（支撐腹板平行框架平面） 有抗震要求的：要控制長細(xì)比和寬厚比，對斜桿內(nèi)力乘增大系數(shù)，保證填板長細(xì)比不大于40 e：支撐布置要求：p89,2框剪結(jié)構(gòu)組成,框架結(jié)構(gòu)上設(shè)置適當(dāng)?shù)闹位蚣袅?亦可二者皆設(shè)置,側(cè)向位移模式,在側(cè)向荷載的作用下， 純框架結(jié)構(gòu)： 剪切變形模式 抗剪結(jié)構(gòu)： 彎曲變形模式 二者組合（框剪結(jié)構(gòu)）： 顯著減少了純框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移,這種結(jié)構(gòu)以剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，既具有框架結(jié)構(gòu)平面布置靈活、使用方便的特點(diǎn)，又有較大的剛度，可用于40至60層的高層鋼結(jié)構(gòu)；剪力墻數(shù)量應(yīng)使框剪結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移滿足規(guī)范限值。與剪力墻相連的梁端受力大，易產(chǎn)生塑性鉸，可將梁剛度乘折減系數(shù)。 用于地震區(qū)時(shí)，具有雙重設(shè)防的優(yōu)點(diǎn),框剪結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu):需采取構(gòu)造措施,鋼板結(jié)構(gòu),(89mm厚鋼板) 研究表明，在側(cè)向剛度相同時(shí)，鋼板剪力墻的框剪結(jié)構(gòu)比框架結(jié)構(gòu)用鋼量少。,剪力墻：,框筒結(jié)構(gòu)是筒體結(jié)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)布置（筒中筒） 適用的建筑高度可超過90層（因橫向剛度較大）,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 當(dāng)鋼筋混凝土墻沿服務(wù)性面積（如樓梯間、電梯間 和衛(wèi)生間）周圍設(shè)置,就形成框架筒體結(jié)構(gòu)體系 這種結(jié)構(gòu)體系在各個(gè)方向都具有較大的抗側(cè)力剛度。 結(jié)構(gòu)受力,1）內(nèi)部設(shè)置剪力墻式的內(nèi)筒，與鋼框架豎向構(gòu)件 主要承受豎向荷載；,2）外筒體采用密排框架柱和各層樓蓋處的深梁剛 接，形成一個(gè)懸臂筒，以承受側(cè)向荷載；,3）同時(shí)設(shè)置剛性樓面結(jié)構(gòu)作為框筒的橫隔。,在框剪結(jié)構(gòu)中，形成筒體的構(gòu)面內(nèi)存在的剪切變形，即為剪力滯后。 為了避免嚴(yán)重的剪力滯后造成角柱的軸力過大，通常可采取兩個(gè)措施： 1）控制框筒平面的長寬比不宜過大 2）加大框筒梁和柱的線剛度之比,剪力滯后（shear lag）,束筒結(jié)構(gòu),由各筒體之間共用筒壁的一束筒狀結(jié) 構(gòu)組成(減緩框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)),可較靈活地組成平面形式,鋼筋混凝土筒體(常作為內(nèi)筒出現(xiàn)),可將各筒體在不同的高度中止,密柱深梁的鋼結(jié)構(gòu)筒體,筒體,鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的 鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的適用高度（m）,芯筒體系,亦稱懸掛結(jié)構(gòu)； 打破了密柱深梁對建筑設(shè)計(jì)的桎梏； 實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)（充分發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度高和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗壓性能好的優(yōu)勢）； 通常設(shè)置一些稱為帽桁架和腰桁架的水平桁架。,支撐框筒結(jié)構(gòu)或桁架筒體結(jié)構(gòu),支撐系統(tǒng)覆蓋了整個(gè)建筑物表面； 是較框筒結(jié)構(gòu)更為優(yōu)越的抗側(cè)力體系。,抗側(cè)力結(jié)構(gòu)位置,框筒結(jié)構(gòu)布置時(shí)的注意事項(xiàng),框筒結(jié)構(gòu)高寬比不宜小于4；（更好地發(fā)揮框筒的立體作用） 內(nèi)筒的邊長不宜小于相應(yīng)外框筒邊長的1/3； 框筒柱距一般為1.53.0m，且不宜大于層高； 框筒的開洞面積不宜大于其總面積的50； 內(nèi)外筒之間的進(jìn)深一般控制在1016m之間； 內(nèi)筒亦為框筒時(shí)，其柱距宜與外框筒柱距相同，且在每層樓蓋處都設(shè)置鋼梁將相應(yīng)內(nèi)外柱相連接；,框筒結(jié)構(gòu)布置時(shí)的注意事項(xiàng)（續(xù)）,控制角柱截面積為非角柱的1.52.0倍； 外框筒為矩形平面時(shí)，宜將其作成切角矩形；（以削減角柱應(yīng)力） 為提高內(nèi)外筒的整體性能以及緩解剪力滯后，可設(shè)置帽桁架和腰桁架； 腰桁架一般布置于設(shè)備層； 帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的兩組桁架構(gòu)成，等距滿布于建筑物的橫(縱)向。,基礎(chǔ)埋深的考慮,敷設(shè)地下室；（補(bǔ)償基礎(chǔ)、增大結(jié)構(gòu)抗側(cè)傾能力） 有抗震設(shè)防時(shí)，高層結(jié)構(gòu)部分的基礎(chǔ)埋深宜一致、不宜采用局部地下室； 基礎(chǔ)埋深： （從室外地坪或通長采光井底面到承臺底部或基礎(chǔ)底部的深度） 1）采用天然地基時(shí)，不宜小于h15 2）采用樁基時(shí)，不宜小于h20 h ：室外地坪至屋頂檐口的高度 當(dāng)有可靠根據(jù)時(shí)，基礎(chǔ)埋深可適當(dāng)減小。,室外地面標(biāo)高至基礎(chǔ)底面的距離,高層建筑鋼結(jié)構(gòu),抗重力體系,結(jié)構(gòu)體系,抗側(cè)力體系,豎向重力,水平力,抵抗,抵抗,高度大,抗側(cè)力體系,結(jié)構(gòu)體系的主要部分,四、高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 抗側(cè)力體系,抗側(cè)力體系,分類,基本組成單元,各類抗側(cè)力體系,水平變形特點(diǎn),實(shí)例,做法,應(yīng)用范圍,一、抗側(cè)力體系基本單元,基本組成單元,支撐桁架,鋼框架,筒,高層建筑鋼結(jié)構(gòu) （包括鋼砼組合結(jié)構(gòu)）,鋼框架,支撐桁架,筒,支撐桁架 + 框架,密柱深梁,鋼砼剪力墻,（密柱深梁）,筒,( 支撐桁架 + 框架 ),筒,( 鋼砼剪力墻 ),筒,鋼框架 或 鋼筒,基本單元的組合,基本單元的組合,基本單元的組合,基本單元的組合,基本單元的組合,基本單元的組合,抗側(cè)力體系,抗側(cè)力體系,二、鋼框架體系,1、做法,把梁柱剛接成整體，形成空間桿系結(jié)構(gòu) 是最早出現(xiàn)、也是最基本的抗側(cè)力體系,2、特點(diǎn),a、平面布置比較靈活，可以獲得大空間,b、安裝簡單方便，造價(jià)相對較低,c、應(yīng)用于30層以內(nèi)的高層建筑,d、在水平力作用下，抗側(cè)力剛度小，頂層位移大,頂層水平位移,層間水平位移,由柱彎曲剪切變形引起,層間水平位移,由梁引起,框架彎曲變形引起,柱彎曲、剪切變形引起層間位移i c,梁彎曲、剪切變形引起層間位移i g,相對較小,梁、柱,抗彎、抗剪剛度較小,抗軸向剛度較大,相對較大,相對較大,框架抗側(cè)力剛度小，頂層位移大,3、實(shí)例,長富宮中心,北京 地上25層，地下2層, 94m 1987年建成,2層以下和地下室為型鋼砼結(jié)構(gòu), 以上全部為鋼框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)鋼材,(日本鋼材),柱及主梁: sm50a,次梁及壓型鋼板: ss41,高強(qiáng)度螺栓: f10t,構(gòu)件截面,焊接箱型截面,厚度 42 19,450 450,焊接h型截面,寬度200 250,梁高650,翼緣板厚度 32 19,腹板厚度 12,軋制h型鋼,1.2mm壓型鋼板上澆混凝土樓板,壓型鋼板支承于跨度小于3m的鋼梁上,層高,6.8 m,4.5 m,5.0 m,3.3 m,4.3 m,4.1 m,3.3 m,三、鋼框架 支撐體系,1、做法,把鋼框架和支撐桁架共同組合，作為抗側(cè)力體系,2、特點(diǎn),a、平面布置比較靈活，不能獲得大空間,b、安裝較為簡單方便,c、應(yīng)用于30 60層的高層建筑,d、抗側(cè)力剛度比鋼框架大,剪切形,3、分類（兩種分類方法）,按支撐桿的設(shè)置方法,支撐桿一端位于梁柱節(jié)點(diǎn)，另一端與另一支撐桿相交于框架梁或節(jié)點(diǎn)上,支撐桿端點(diǎn)與梁柱節(jié)點(diǎn)之間 （或）兩支撐桿端點(diǎn)之間,耗能梁段,軸交支撐,軸交支撐特點(diǎn),用于抗風(fēng)或不太強(qiáng)的地震力,當(dāng)有強(qiáng)震作用時(shí)，會有如下嚴(yán)重后果,a、地震反復(fù)作用下,兩支撐桿會先后壓屈,支撐抗側(cè)力剛度降低,c、往復(fù)的地震作用,支撐斜桿會從受壓的壓屈狀態(tài),受拉的拉伸狀態(tài),支撐斜桿、節(jié)點(diǎn)、相鄰構(gòu)件中將產(chǎn)生很大附加應(yīng)力,結(jié)構(gòu)受沖擊作用,d、地震反復(fù)作用下,兩支撐桿會先后壓屈后不能恢復(fù)（拉直）,b、支撐的兩側(cè)柱子產(chǎn)生壓縮變形和拉伸變形時(shí)，由于支撐的端點(diǎn)實(shí)際構(gòu)造做法并非鉸接，而導(dǎo)致支撐產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力及應(yīng)力,偏交支撐,偏交支撐特點(diǎn),用于地震烈度大的地區(qū),a、存在一小段耗能梁段,b、地震作用時(shí)，耗能梁段先屈服，消耗地震能量，保護(hù)支撐桿,a、 耗能梁段的受彎承載力大于受剪承載力,b、 耗能梁段的設(shè)計(jì)剪力不超過剪力承載力的80%,c、 提高支撐桿的受壓承載力，使其至少應(yīng)為耗 能梁段屈服時(shí)相應(yīng)支撐軸力的1.6倍,d、 塑性鉸應(yīng)出現(xiàn)在梁而不是柱上,按支撐桁架的設(shè)置位置,框架豎向支撐體系,加勁的框架豎向支撐體系,框架豎向支撐體系,框架豎向支撐體系,每層設(shè)置支撐,跨層設(shè)置支撐,每層設(shè)置,跨層設(shè)置,桿件、節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，費(fèi)用高，傳力路線長,與上面相反，但桿件長,加拿大國家銀行大廈,蒙特利爾 地上31層，地下7層, 127.08m 1983年建成,7層以下為鋼砼結(jié)構(gòu), 以上全 部為鋼框架豎向支撐體系,構(gòu)件截面,焊接h型截面,厚度 50,760 760（最大）,w610,梁高610,w410,壓型鋼板肋高76mm,混凝土樓板140mm,梁高410,間距 3m,加勁的框架豎向支撐體系,在設(shè)置豎向支撐的基礎(chǔ)上，在頂層和每隔15層左右，沿房屋兩個(gè)方向全長設(shè)置橫向的伸臂桁架,伸臂桁架,伸臂桁架,15層,設(shè)置伸臂桁架和腰桁架（帽桁架）,樓層,水平加強(qiáng)層,設(shè)備層或避難層,腰桁架（帽桁架）,外框架所有柱子均參與整體抗彎作用,加勁的框架豎向支撐體系,伸臂桁架的作用,相當(dāng)于作用反彎矩,4、支撐的等效件 嵌入式墻板,支撐桿件易屈曲,支撐桿件截面尺寸大,為提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度,原因,嵌入式墻板,嵌入式墻板,鋼板剪力墻板,內(nèi)藏鋼板剪力墻墻板,帶豎縫砼剪力墻墻板,鋼板剪力墻板,采用厚鋼板，四周通過高強(qiáng)度螺栓與梁柱相連,設(shè)防烈度大于等于7時(shí)，鋼板兩側(cè)焊縱向或橫向加勁肋,特點(diǎn),內(nèi)藏鋼板剪力墻墻板,鋼板支撐的基礎(chǔ)上，外包鋼砼,預(yù)制板僅在支撐的上下端節(jié)點(diǎn)處與鋼框架相連,帶豎縫砼剪力墻墻板,預(yù)制板，中間帶豎縫,豎縫寬度10 mm ，豎向長度為墻板凈高的一半，縫間距為縫長一半,多遇地震，墻板處于彈性階段，側(cè)向剛度大,預(yù)制板僅與框架柱用高強(qiáng)度螺栓連接,罕遇地震，墻板處于彈塑性階段而產(chǎn)生裂縫，起到抗震耗能的作用,5、工程實(shí)例,北京京廣中心大廈,地上52層，地下3層, 196m高，1990年建成,地下為鋼骨砼框架和砼剪力墻， 以上為鋼框架支撐體系,結(jié)構(gòu)鋼材,(日本鋼材),鋼板厚小于等于40mm sm50a,軋制h型鋼 ss41,鋼板厚大于40mm sm50b,構(gòu)件截面,箱型截面,厚度 80,850 850（最大）,焊接h截面,800 200 12 36 （外圍框架梁端）,800 300 12 25 （中心框架梁端）,熱軋及焊接h截面,350 350 36 36 （最大）,支撐主要采用帶豎縫的預(yù)制墻板，在層高較大的部 分則采用鋼支撐（1-6層，23層，38層）,豎向支撐布置,r1軸支撐布置,新錦江大酒店,地上43層，地下1層, 152m高，上海,加勁的鋼框架 豎向支撐體系,結(jié)構(gòu)鋼材,(美國鋼材),a572/50級鋼,抗拉強(qiáng)度 390n/mm2,屈服強(qiáng)度 350n/mm2,構(gòu)件截面,箱型截面,700 700 80-20 (6層以下),焊接h截面,700 300,500 500 80-20 (6層以上),外圍柱,500 500,中心柱,東京新宿行政大廈,地上54層，地下5層, 223m高，1979年,加勁的鋼框架 豎向支撐體系,構(gòu)件截面,箱型截面,550 550 65-13,焊接h截面,h = 700,概況,設(shè)置嵌入式鋼砼預(yù)制墻板為支撐體系,東 京 新 宿 行 政 大 廈 平 面 結(jié) 構(gòu) 布 置圖,東 京 新 宿 行 政 大 廈 立 面 結(jié) 構(gòu) 布 置圖,106,(1)多層和高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的分析:分彈性設(shè)計(jì)和塑性設(shè)計(jì) 彈性設(shè)計(jì):結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)僅局限在理想彈性范圍內(nèi)進(jìn)行內(nèi)力和變形分析,用于一般有抗震設(shè)防要求的結(jié)構(gòu). 塑性設(shè)計(jì):考慮結(jié)構(gòu)在彈一塑性工作狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)分析。用于罕遇地震作用下的結(jié)構(gòu)分析。 (2)分析方法:一階理論和二階理論兩種。 一階理論:結(jié)構(gòu)受力后，考慮內(nèi)力和外力平衡，忽略結(jié)構(gòu)變形對幾何關(guān)系的影響； 二階理論:將結(jié)構(gòu)變形對其幾何關(guān)系的影響考慮在力的平衡方程中。一般應(yīng)按二階理論進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。 (3)樓蓋:通常采用鋼與混凝土組合樓蓋，假定樓蓋在自身平面內(nèi)為絕對剛性。設(shè)計(jì)中應(yīng)采取加設(shè)板梁抗剪件，或非剛性樓面加現(xiàn)澆混凝土疊合層等措施加以保證。,5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則規(guī)定,五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,(4)多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的選擇，一般可采用平面抗側(cè)力結(jié)構(gòu)空間協(xié)調(diào)計(jì)算模型；對筒體結(jié)構(gòu)或無法劃分為平面抗側(cè)力單元的不規(guī)則或復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。 (5)多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析的手段，一般應(yīng)借助電子計(jì)算機(jī)完成，但在初步設(shè)計(jì)階段，可參考有關(guān)資料和計(jì)算手冊用手算方法進(jìn)行。這些手算近似計(jì)算方法，常用的有分層法、d值法、空間協(xié)調(diào)工作分析、等效角柱法和等效截面法等。 (6)多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移分析時(shí)，應(yīng)考慮梁、柱的彎曲變形、柱的軸向變形和梁柱的剪切變形，梁的軸向變形隨具體情況而定。,5.2 多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的布置 多、高層建筑在確定結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)體系后，即可進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)配合建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行，滿足建筑功能要求，并且應(yīng)盡力做到受力合理、施工方便、造價(jià)經(jīng)濟(jì)。 1高層建筑總體布置的要求,(1)滿足建筑使用要求 建筑的開問、進(jìn)深、層高、層數(shù)及使用功能應(yīng)得到保證，做到適用性。 (2)滿足抗震設(shè)計(jì)原則應(yīng)做到“小震不裂、中震可修、大震不倒”的可靠性原則。 (3)努力做到有利于建筑工程設(shè)計(jì)和施工的要求力求減少開間、進(jìn)深，盡量統(tǒng)一柱網(wǎng)和層高尺寸，重復(fù)使用標(biāo)準(zhǔn)層，減少扭轉(zhuǎn) 2高層建筑結(jié)構(gòu)布置的原則 高層建筑結(jié)構(gòu)布置應(yīng)遵循以下原則： (1)結(jié)構(gòu)平面形狀和立面體型應(yīng)盡可能簡單、規(guī)則，使各部分剛度均勻?qū)ΨQ，減少結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)的可能性。塔式樓平面的有利形式為o、丫、#、a；板式樓的平面形式為口字形，長寬比和突出部位宜滿足下圖及下表限值，使建筑的剛度中心和質(zhì)量中心接近。,高層建筑結(jié)構(gòu)的總體布置要求：,需抗震設(shè)防時(shí)平面尺寸關(guān)系,1、準(zhǔn)備設(shè)計(jì)資料 (1)工程性質(zhì)及建筑物安全等級。 (2)荷載和作用。 恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其分布。 活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及其分布。 基本風(fēng)壓及地面粗糙度類型。 地震設(shè)防烈度。 環(huán)境溫度變化狀況。 基本雪荷載。,5.3多、高層鋼框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟,(3)地質(zhì)條件。 2確定結(jié)構(gòu)平面布置 3確定支撐體系的布置 4確定框架梁、柱截面形式并初估截面尺寸 (1)框架梁的截面尺寸估算梁的截面高度應(yīng)考慮建筑高度、剛度條件和經(jīng)濟(jì)條件。確定梁的翼緣、腹板尺寸應(yīng)考慮局部穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)條件和連接構(gòu)造等因素。 (2)框架柱的截面尺寸柱的截面尺寸可由一根柱所承受的軸力乘以1.2倍，按軸心受壓估算所需柱截面尺寸。 5框架梁、柱線剛度計(jì)算及梁、柱計(jì)算長度的確定,6荷載計(jì)算 (1)恒荷載。 (2)活荷載。 (3)風(fēng)荷載。 (4)地震作用。 (5)溫度作用。 (6)施工荷載。 注意：對樓層數(shù)較多、豎向荷載較大的結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮豎向構(gòu)件在豎向靜載作用下發(fā)生彈性壓縮變形對結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不利作用。 結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下，頂點(diǎn)質(zhì)心位置的側(cè)移不宜超過建筑高度的1/500，各樓層質(zhì)心位置的層間側(cè)移不宜超過樓層高度的1/400。,8荷載作用下的框架內(nèi)力分析(可采用任一適用的結(jié)構(gòu)力學(xué)方法) (1)恒載設(shè)計(jì)值=1.2 x恒載標(biāo)準(zhǔn)值 (2)活荷載設(shè)計(jì)值=1.4活荷載標(biāo)準(zhǔn)值 為便于內(nèi)力組合，可將活荷載分跨布置進(jìn)行計(jì)算。因非上人屋面活荷載一般較小，可不考慮活荷載的最不利布置，將活荷載在屋面滿跨布置。 (3)風(fēng)荷載作用下的框架內(nèi)力(建議采用d值法) 風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值=1.4風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 對非對稱框架，應(yīng)分別計(jì)算左風(fēng)和右風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。,(4)地震作用下的框架內(nèi)力(建議采用d值法，荷載底部剪力法) 9荷載組合和內(nèi)力組合 (1)考慮四種基本荷載組合： 恒荷載+活荷載 恒荷載+風(fēng)荷載 恒荷載+0.85(活荷載+風(fēng)荷載) 恒荷載+0.51.2/1.4活荷載1.3地震荷載必要時(shí)尚應(yīng)考慮溫度作用參與組合。,(2)橫梁內(nèi)力組合(考慮活荷載的最不利布置)。 (3)柱內(nèi)力組合 由于活荷載作用下的內(nèi)力用分層法計(jì)算，因此，在計(jì)算組合柱彎矩時(shí)，只考慮在柱相鄰層布置活荷載；在計(jì)算組合柱軸力時(shí)，則考慮在該柱以上各層布置活荷載。 10、構(gòu)件及連接設(shè)計(jì) (1)框架梁、柱設(shè)計(jì)。 (2)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。 鉸接柱腳。 剛接柱腳。,地震作用：gb50011-2008,5.4 多層框架鋼結(jié)構(gòu)荷載與作用,多遇地震阻尼0.035，罕遇地震0.05,1、荷載與作用：,豎向荷載,活載、雪載、積灰荷載,水平荷載,恒載,風(fēng)載:,設(shè)計(jì)應(yīng)滿足,非抗震：,抗震：,變形：,變 形：,2、荷載效應(yīng)組合,組合1：恒載控制：1.35恒載效應(yīng)+1.40.7活載效應(yīng) 組合2：活載控制：1.2恒載效應(yīng)+1.4活載效應(yīng) 組合3：左風(fēng)組合：1.2恒載效應(yīng)+1.4活載效應(yīng)+1.40.6左風(fēng)載效應(yīng) 組合4：右風(fēng)組合：1.2恒載效應(yīng)+1.4活載效應(yīng)+1.40.6右風(fēng)載效應(yīng) 組合5：左震組合：1.2重力荷載效應(yīng)+1.3左震作用效應(yīng) 組合6：右震組合：1.2重力荷載效應(yīng)+1.3右震作用效應(yīng) 組合7：左震組合：1.0重力荷載效應(yīng)+1.3左震作用效應(yīng) 組合8：右震組合：1.0重力荷載效應(yīng)+1.3右震作用效應(yīng),承載力一般組合：設(shè)計(jì)值,正常使用組合：使用標(biāo)準(zhǔn)值,一：截面形式： 1 鋼結(jié)構(gòu)框架柱在兩個(gè)方向都承受較大的彎矩，同時(shí)又要考慮強(qiáng)柱弱梁的要求；而目前使用的焊接h型鋼或i字熱軋鋼截面，強(qiáng)弱軸 慣性矩之比310，勢必造成材料浪費(fèi)。但對平面受力結(jié)構(gòu)，選用h型鋼或i字鋼在受力上還是合理的 2 對于軸壓比較大，雙向彎矩接近，梁截面較高的框架柱，可采用 雙軸等強(qiáng)的截面，如箱形截面，雙肢格構(gòu)截面，鋼管柱或方鋼管 混凝土柱。 3 方鋼管混凝土柱目前缺乏相應(yīng)的規(guī)范、規(guī)程，應(yīng)用還較少。 尤其鋼管砼梁、柱的連接較為復(fù)雜，不利于工廠制作和現(xiàn)場施工,5.5 多層框架鋼構(gòu)件設(shè)計(jì),5.5.2 鋼結(jié)構(gòu)柱：,5.5.1 鋼結(jié)構(gòu)柱：中翼緣或窄翼緣工字鋼,二 初選截面： 1：經(jīng)驗(yàn)法： 可按吊車噸位，工作制，柱截面情況查表，并憑經(jīng)驗(yàn)定 2：估算法： 將豎向荷載放大20作為軸力，按軸壓構(gòu)件估算柱截面 三 構(gòu)造規(guī)定： 1：柱端部應(yīng)設(shè)橫隔，間距不大于9倍柱最大截面寬度和8m 2：柱高厚比大于20時(shí)，應(yīng)設(shè)橫向加勁肋，間距不大于3h0,多高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),內(nèi)容,節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則 (總),節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)的構(gòu)造要求,各類節(jié)點(diǎn)的做法及特點(diǎn),節(jié)點(diǎn)分類,一、節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則,1、不考慮抗震要求時(shí),結(jié)構(gòu)的主要荷載,包括兩種情況,抗震,非抗震,結(jié)構(gòu)一般處于彈性狀態(tài),2、當(dāng)考慮抗震要求時(shí),結(jié)構(gòu)的主要荷載,地震荷載,結(jié)構(gòu)可能進(jìn)入塑性狀態(tài),滿足構(gòu)件內(nèi)力要求,特殊設(shè)計(jì)要求,構(gòu)件塑性時(shí)的局部穩(wěn)定,節(jié)點(diǎn)極限承載力,梁塑性時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定,a、節(jié)點(diǎn)極限承載力,mu 1.2 mp,vu 1.3 (2mp/l),mu、vu 節(jié)點(diǎn)的極限受彎、受剪承載力,mp 梁的全塑性彎矩承載力,l 梁的凈跨度,ru 1.2 an fy,ru 支撐連接的極限承載力,an 支撐桿凈截面面積,fy 支撐桿材料的屈服強(qiáng)度,b、構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)， 板件的局部穩(wěn)定應(yīng)有保證,框架梁板件寬厚比限值,注：1、表中，n為梁的軸向力，a為梁的截面面積，f為梁的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 2、表列值適用于 = q235鋼，當(dāng)鋼材為其它牌號時(shí)應(yīng)乘以,c、受彎構(gòu)件塑性區(qū)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐點(diǎn),避免梁發(fā)生側(cè)向的彎扭失穩(wěn),l0 兩相鄰支撐點(diǎn)之間的間距,l0 / b0 ? (根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范）,b0 受壓翼緣的寬度,二、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求（總）,1、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，施工方便，便于就位和調(diào)整,2、應(yīng)防止厚鋼板層狀撕裂,如圖，通過軋制而成的鋼板，三個(gè)方向的機(jī)械性能均不相同，其中z向（厚度方向）最差，特別是塑性和韌性,鋼板受撕裂情況,b、對于容易發(fā)生撕裂的部位，應(yīng)要求嚴(yán)格檢查,a、盡量避免焊縫收縮方向垂直鋼板板面方向,c、在滿足承載力要求的前提下，盡量減少焊縫尺寸,構(gòu)造措施,3、在確定框架吊裝單元時(shí)，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件重量、運(yùn)輸和起吊設(shè)備綜合確定,二層或三層樓高一根（一、四層也可）,每跨梁一根,密柱深梁的框筒,三根柱 + 三根梁,三根柱 + 二根梁,世界貿(mào)易中心,美國，紐約 411m，地上110層，地下6層 ，1973年竣工,阿莫科大廈（amoco building) 芝加哥標(biāo)準(zhǔn)石油大樓,美國，芝加哥 342m 地上82層，地下5層 1973年,4、柱的工地接頭一般設(shè)置在主梁頂面1.0 1.3 m 高處,以便于安裝,5、梁若需要現(xiàn)場接頭，其位置應(yīng)根據(jù)內(nèi)力、運(yùn)輸、支撐綜合確定,一般距離柱軸線約0.5 - 1.5m,6、焊條應(yīng)與鋼材的型號匹配，盡量選擇強(qiáng)度低的，使節(jié)點(diǎn)有好的延性,7、為了焊透和滿焊，應(yīng)設(shè)置引弧板和墊板，且焊件應(yīng)加工成坡口,8、對于主要承重構(gòu)件的螺栓連接，應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓,9、若節(jié)點(diǎn)為栓焊混合連接，應(yīng)先安裝螺栓，再施焊,三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的類型,梁 柱,柱 柱,梁 梁,柱 基礎(chǔ),支撐 梁柱,鋼梁 鋼砼剪力墻,1、梁柱節(jié)點(diǎn),半剛性連接,剛性連接,鉸接,a、剛性連接,全焊連接,全栓連接,栓焊連接,梁-柱全焊接剛性節(jié)點(diǎn),梁-柱栓焊混合連接剛性節(jié)點(diǎn),t型鑄鋼件 角鋼,t型鑄鋼件和角鋼可以在工廠力先焊在柱上，以減少現(xiàn)場工作量，但運(yùn)輸應(yīng)注意,全栓連接,梁-柱t形件連接,b、半剛性連接,介于剛性和鉸接之間，有較大的延性和吸能性能,用于低烈度地震區(qū)，層數(shù)不多的鋼框架,梁-柱端板連接,c、鉸接連接,梁可繞節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)不能傳遞彎矩m 連接方法簡單，施工方便,當(dāng)不考慮鋼框架抵抗水平力時(shí)，可以考慮鉸接,梁-柱的柔性連接,2、柱柱節(jié)點(diǎn),寬翼緣工字型,矩型管截面,a、柱截面,熱軋寬翼緣工字型截面,焊接的工字型截面,四塊鋼板通過焊接而成,b、柱腹板、翼緣之間的焊接構(gòu)造, 焊接的工字型截面,角焊縫，承受腹板、翼緣之間的豎向剪力, 焊接的矩形管截面,a、當(dāng)不考慮抗震要求時(shí),部分熔透的 “ v ” 型,熔透的“ u ” 型,轉(zhuǎn)角處焊縫,hf 1/3 t; hf 14 mm,箱形柱角部組合焊縫,（a）部分熔透焊縫； （b）全熔透焊縫,c、柱接頭做法, 不考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板， 厚度大于10mm,寬翼緣工字型,矩型管截面,b、柱接頭處采用部分焊透的單邊 “ v ” “ j ” 型坡口,c、柱接頭位置一般在梁上1.0-1.3m處，以方便施工,部分焊透焊縫,工形柱工地拼接, 考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板，方法同上,b、柱接頭位于塑性區(qū)范圍以外 1/10 l 和 2h (取大值）,c、對于工字型截面， 翼緣熔透坡口焊，承受彎矩m 腹板高強(qiáng)度螺栓，承受剪力q 軸力由兩者共同承擔(dān),d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊,箱形柱工地焊接, 柱的變截面連接,a、 盡量不改變截面高度而改變翼緣厚度,b、若改變截面高度，則做法如圖,c、變截面位置一般位于接頭部位,柱的變截面連接（1）,柱的變截面連接（2）,3、梁梁節(jié)點(diǎn),a、主梁的拼接,拼接位置應(yīng)在框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)以外,主梁的拼接形式,b、主次梁的相互連接,為防止受扭，宜采用鉸接方法,次梁與主梁的簡支連接,次梁高度較小時(shí)與主梁的連接,次梁與主梁的剛性連接,c、主梁的側(cè)向隅撐,為防止主梁塑性區(qū)側(cè)向失穩(wěn)，設(shè)置隅撐,距離柱軸線1/81/10梁跨處設(shè)置,設(shè)置在梁的下翼緣,設(shè)置方法,梁的側(cè)向隅撐,4、墻梁節(jié)點(diǎn),a、鋼梁與砼墻的連接,采用鉸接，承受拉力和剪力,鋼梁與混凝土墻連接 鋼梁與混凝土墻的簡支連接,b、鋼梁與砼梁的連接,鋼梁與混凝土梁的連接,節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),內(nèi)容,節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則 (總),節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)的構(gòu)造要求,各類節(jié)點(diǎn)的做法及特點(diǎn),節(jié)點(diǎn)分類,一、節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則,1、不考慮抗震要求時(shí),結(jié)構(gòu)的主要荷載,包括兩種情況,抗震,非抗震,結(jié)構(gòu)一般處于彈性狀態(tài),2、當(dāng)考慮抗震要求時(shí),結(jié)構(gòu)的主要荷載,地震荷載,結(jié)構(gòu)可能進(jìn)入塑性狀態(tài),滿足構(gòu)件內(nèi)力要求,特殊設(shè)計(jì)要求,構(gòu)件塑性時(shí)的局部穩(wěn)定,節(jié)點(diǎn)極限承載力,梁塑性時(shí)的側(cè)向穩(wěn)定,a、節(jié)點(diǎn)極限承載力,mu 1.2 mp,vu 1.3 (2mp/l),mu、vu 節(jié)點(diǎn)的極限受彎、受剪承載力,mp 梁的全塑性彎矩承載力,l 梁的凈跨度,ru 1.2 an fy,ru 支撐連接的極限承載力,an 支撐桿凈截面面積,fy 支撐桿材料的屈服強(qiáng)度,b、構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)， 板件的局部穩(wěn)定應(yīng)有保證,框架梁板件寬厚比限值,注：1、表中，n為梁的軸向力，a為梁的截面面積，f為梁的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 2、表列值適用于 = q235鋼，當(dāng)鋼材為其它牌號時(shí)應(yīng)乘以,注：1、表中，n為梁的軸向力，a為梁的截面面積，f為梁的鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 2、表列值適用于 = q235鋼，當(dāng)鋼材為其它牌號時(shí)應(yīng)乘以,c、受彎構(gòu)件塑性區(qū)應(yīng)設(shè)置側(cè)向支撐點(diǎn),避免梁發(fā)生側(cè)向的彎扭失穩(wěn),l0 兩相鄰支撐點(diǎn)之間的間距,l0 / b0 ? (根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范）,b0 受壓翼緣的寬度,二、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的構(gòu)造要求（總）,1、設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單，施工方便，便于就位和調(diào)整,2、應(yīng)防止厚鋼板層狀撕裂,如圖，通過軋制而成的鋼板，三個(gè)方向的機(jī)械性能均不相同，其中z向（厚度方向）最差，特別是塑性和韌性,鋼板受撕裂情況,b、對于容易發(fā)生撕裂的部位，應(yīng)要求嚴(yán)格檢查,a、盡量避免焊縫收縮方向垂直鋼板板面方向,c、在滿足承載力要求的前提下，盡量減少焊縫尺寸,構(gòu)造措施,3、在確定框架吊裝單元時(shí)，應(yīng)根據(jù)構(gòu)件重量、運(yùn)輸和起吊設(shè)備綜合確定,二層或三層樓高一根（一、四層也可）,每跨梁一根,密柱深梁的框筒,三根柱 + 三根梁,三根柱 + 二根梁,世界貿(mào)易中心,美國，紐約 411m，地上110層，地下6層 ，1973年竣工,阿莫科大廈（amoco building) 芝加哥標(biāo)準(zhǔn)石油大樓,美國，芝加哥 342m 地上82層，地下5層 1973年,4、柱的工地接頭一般設(shè)置在主梁頂面1.0 1.3 m 高處,以便于安裝,5、梁若需要現(xiàn)場接頭，其位置應(yīng)根據(jù)內(nèi)力、運(yùn)輸、支撐綜合確定 一般距離柱軸線約0.5 - 1.5m,多為1m。,6、焊條應(yīng)與鋼材的型號匹配，盡量選擇強(qiáng)度低的，使節(jié)點(diǎn)有好的延性,7、為了焊透和滿焊，應(yīng)設(shè)置引弧板和墊板，且焊件應(yīng)加工成坡口,8、對于主要承重構(gòu)件的螺栓連接，應(yīng)采用高強(qiáng)度螺栓,9、若節(jié)點(diǎn)為栓焊混合連接，應(yīng)先安裝螺栓，再施焊,三、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的類型,梁 柱,柱 柱,梁 梁,柱 基礎(chǔ),支撐 梁柱,鋼梁 鋼砼剪力墻,1、梁柱節(jié)點(diǎn),半剛性連接,剛性連接,鉸接,a、剛性連接,全焊連接,全栓連接,栓焊連接,梁-柱全焊接剛性節(jié)點(diǎn),梁-柱栓焊混合連接剛性節(jié)點(diǎn),t型鑄鋼件 角鋼,t型鑄鋼件和角鋼可以在工廠力先焊在柱上，以減少現(xiàn)場工作量，但運(yùn)輸應(yīng)注意,全栓連接,梁-柱t形件連接,b、半剛性連接,介于剛性和鉸接之間，有較大的延性和吸能性能,用于低烈度地震區(qū)，層數(shù)不多的鋼框架,梁-柱端板連接,c、鉸接連接,梁可繞節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)不能傳遞彎矩m 連接方法簡單，施工方便,當(dāng)不考慮鋼框架抵抗水平力時(shí)，可以考慮鉸接,梁-柱的柔性連接,2、柱柱節(jié)點(diǎn),寬翼緣工字型,矩型管截面,a、柱截面,熱軋寬翼緣工字型截面,焊接的工字型截面,四塊鋼板通過焊接而成,b、柱腹板、翼緣之間的焊接構(gòu)造, 焊接的工字型截面,角焊縫，承受腹板、翼緣之間的豎向剪力, 焊接的矩形管截面,a、當(dāng)不考慮抗震要求時(shí),部分熔透的 “ v ” 型,熔透的“ u ” 型,轉(zhuǎn)角處焊縫,hf 1/3 t; hf 14 mm,箱形柱角部組合焊縫,（a）部分熔透焊縫； （b）全熔透焊縫,c、柱接頭做法, 不考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板，厚度大于10mm,寬翼緣工字型,矩型管截面,b、柱接頭處采用部分焊透的單邊 “ v ” “ j ” 型坡口,c、柱接頭位置一般在梁上1.0-1.3m處，以方便施工,部分焊透焊縫,工形柱工地拼接, 考慮抗震要求,a、柱上下兩段應(yīng)設(shè)置耳板，方法同上,b、柱接頭位于塑性區(qū)范圍以外 1/10 l 和 2h (取大值）,c、對于工字型截面， 翼緣熔透坡口焊，承受彎矩m 腹板高強(qiáng)度螺栓，承受剪力q 軸力由兩者共同承擔(dān),d、矩形管截面，采用焊透的坡口焊, 柱的變截面連接,a、 盡量不改變截面高度而改變翼緣厚度,b、若改變截面高度，則做法如圖,c、變截面位置一般位于接頭部位,柱的變截面連接（1）,柱的變截面連接（2）,3、梁梁節(jié)點(diǎn),a、主梁的拼接,拼接位置應(yīng)在框架節(jié)點(diǎn)塑性區(qū)以外,主梁的拼接形式,b、主次梁的相互連接,次梁與主梁的簡支連接,次梁高度較小時(shí)與主梁的連接,次梁與主梁的剛性連接,c、主梁的側(cè)向隅撐,為防止主梁塑性區(qū)側(cè)向失穩(wěn)，設(shè)置隅撐,距離柱軸線1/81/10梁跨處設(shè)置,設(shè)置在梁的下翼緣,設(shè)置方法,梁的側(cè)向隅撐,4、墻梁節(jié)點(diǎn),a、鋼梁與砼墻的連接,采用鉸接，承受拉力和剪力,鋼梁與混凝土墻連接 鋼梁與混凝土墻的簡支連接,b、鋼梁與砼梁的連接,鋼梁與混凝土梁的連接,多高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 樓板設(shè)計(jì),一、樓板設(shè)計(jì)的基本要求,a、承受和傳遞荷載(水平和豎向荷載),b、隔音的要求,具體滿足兩個(gè)方面的要求,剛度,強(qiáng)度,保證住宅私密性,c、防火要求,采取防火措施, 保護(hù)鋼梁和樓板,d、防水要求,樓面和屋面, 均應(yīng)進(jìn)行防水處理,e、管線敷設(shè)要求,管線,豎向,水平,一般敷設(shè)在樓板內(nèi),二、樓板的分類,2、預(yù)制鋼砼樓板,做法,直接由工廠或現(xiàn)場預(yù)制，置于鋼梁上， 用細(xì)實(shí)混凝土澆灌槽口和板縫,特點(diǎn),b、省去了支模、拆模、扎筋、澆灌、養(yǎng)護(hù)等復(fù)雜工 序，但需吊裝，且影響鋼構(gòu)件的吊裝,a、樓板整體剛度差，不能與鋼梁一起共同工作,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用不多,分類,預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼砼樓板,預(yù)制鋼砼樓板,3、鋼砼疊合樓板,做法,把鋼砼樓板分兩層,特點(diǎn),b、省去了支模、拆模、扎筋、澆灌、養(yǎng)護(hù)等復(fù)雜工 序，但需吊裝，且影響鋼構(gòu)件的吊裝,a、樓板整體剛度好，但不能與鋼梁一起共同工作,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用不多,上層：在下層預(yù)制板上完成現(xiàn)澆作業(yè),下層：較薄的預(yù)制板，吊裝到鋼梁上，起模板作用,4、壓型鋼板砼板,三、壓型鋼板砼樓板的做法、特點(diǎn),做法,把壓型鋼板首先鋪在鋼梁上，并與梁翼緣焊接， 然后在壓型鋼板上現(xiàn)澆砼或鋼砼。,砼與壓型鋼板之間、壓型鋼板與鋼梁之間均有抗剪構(gòu)造連接件,縱向水平剪切粘結(jié)破壞,國產(chǎn)壓型鋼板板型 國外板型,組合板的組合方式,壓型鋼板組合梁 (a)肋平行于主鋼梁 (b)肋垂直于主鋼梁,壓型鋼板砼樓板特點(diǎn),施工,設(shè)計(jì),從設(shè)計(jì)角度,b、極限承載力大，達(dá)到30 - 50 kn/m2,a、組合后剛度大、延性好、抗震性能好,c、樓板的剛度大，能有效地傳遞水平荷載,d、樓板可作為鋼梁的一部分，提高了鋼 梁的抗彎剛度和承載力（20-30%）， 增加了梁的側(cè)向穩(wěn)定,e、合理利用材料，充分發(fā)揮其各自優(yōu)勢,鋼梁外露的組合梁,從施工角度,b、壓型鋼板一旦鋪設(shè)，可作為工作平臺,a、壓型鋼板很輕，安裝時(shí)方便、速度快,c、澆灌砼可單獨(dú)進(jìn)行，與其它安裝工序不打攪,d、壓型鋼板的溝槽可以用來敷設(shè)管線,e、不需要支模，大大方便了施工,應(yīng)用,在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用非常普遍,瑞金大廈，107m, 地上29層， 地下1層，上海，于1986年竣工,10層以上采用壓型鋼板砼板，梁上抗剪栓釘： 116230 216230,瑞金大廈,北京，82.75m, 地上26層，于1986年竣工,京城大廈,北京，地上25層，地下2層, 94m，1987年建成,長富宮中心,北京，地上52層，地下3層,196m高，1990年建成,京廣中心,中國，北京, 153.55m，地下2層, 地上39層,中國國際貿(mào)易中心,深圳, 151m，地上40層，地下1層,深圳發(fā)展中心大廈,上海，地下1層，地上43層，143.62m,上海靜安希爾頓酒店,上海，129.55m，地下2層, 地上35層,上海國際貿(mào)易中心,四、壓型鋼板砼樓板的分類,做法、受力不同,非組合板,組合板,組合板,b、壓型鋼板為使用階段的受力鋼板,a、壓型鋼板為施工階段的模板,c、砼中不配鋼筋,b、組合板（壓型鋼板+素砼）在使用階段的計(jì)算,a、壓型鋼板在施工階段的驗(yàn)算,做法,計(jì)算內(nèi)容,計(jì)算方法同普通鋼砼,非組合板,做法,a、壓型鋼板僅為施工階段的模板,b、使用階段受力的部分為鋼砼板,b、鋼砼板在使用階段的計(jì)算,a、壓型鋼板在施工階段的驗(yàn)算,計(jì)算內(nèi)容,應(yīng)用最為普遍,c、砼中配鋼筋,五、壓型鋼板計(jì)算（施工階段）,所受荷載,施工荷載，包括人、設(shè)備和材料，大于1.5kn/m2,濕的砼、壓型鋼板自重,正應(yīng)力,剪應(yīng)力,腹板局部承載力,折算應(yīng)力,計(jì)算內(nèi)容,剛度,強(qiáng)度,正應(yīng)力計(jì)算,max f,剪應(yīng)力計(jì)算,max fv,折算應(yīng)力計(jì)算,腹板局部承載力計(jì)算,原因,壓型鋼板較薄,腹板可能受較大集中力或支座反力,腹板壓跛 (web crippling),為避免壓跛現(xiàn)象出現(xiàn)，根據(jù)歐洲所做的大量試驗(yàn)，以及我國現(xiàn)行國 家標(biāo)準(zhǔn)冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范建議采用如下公式進(jìn)行驗(yàn)算 式中 支座反力； 一塊腹板的局部受壓承載力設(shè)計(jì)值； 鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 系數(shù)，中間支座取0.12，端部支座取0.06； 腹板厚度（mm）； 支座處的支承長度100 mm 200 mm,端部支座可取 100 mm； 腹板傾角（45 90）。,壓型鋼板剛度驗(yàn)算,（5）撓度驗(yàn)算 壓型鋼板在施工階段應(yīng)進(jìn)行撓度計(jì)算。當(dāng)均布荷載作 用時(shí) 簡支板 雙跨連續(xù)板 式中 板的撓度； 單位寬度均布短期荷載值，取荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 壓型鋼板彈性模量； 單位寬度均布壓型鋼板的慣性矩； 板的容許撓度。 根據(jù)我國近十年來的工程實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，對于應(yīng)用于樓板中的壓型鋼板，其最大撓度不應(yīng)超過跨度的1/200和20mm的 較小值。,六、組合板計(jì)算（使用階段）,所受荷載,使用荷載,砼、壓型鋼板自重,橫截面抗彎強(qiáng)度,疊合面抗剪強(qiáng)度,集中力作用下的抗沖切計(jì)算,斜截面抗剪強(qiáng)度,計(jì)算內(nèi)容,復(fù)雜，不介紹,剛度,強(qiáng)度,橫截面抗彎強(qiáng)度,砼只考慮受壓,不考慮受拉 壓型鋼板考慮受拉、壓 拉、壓材料同時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)值,計(jì)算原則,兩種情形,組合板正截面抗彎能力計(jì)算圖,情形1：中性軸位于壓型鋼板以外,(1)當(dāng) 時(shí) 塑性中和軸在壓型鋼板上翼緣以上混凝土內(nèi)（如上圖），組合板的抗彎剛度 按下式計(jì)算 式中 組合板受壓區(qū)高度，當(dāng)時(shí) ，取 ； 組合板的有效高度； 壓型鋼板截面應(yīng)力合力至混凝土受壓區(qū)截面應(yīng)力的合力的距離， 取 ； 壓型鋼板的波距； 壓型鋼板波距內(nèi)的截面面積； 壓型鋼板的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,情形2：中性軸位于壓型鋼板以內(nèi),(2)當(dāng)時(shí) 塑性中和軸在壓型鋼板內(nèi)（如上圖），組合板的抗彎剛度 按下式計(jì)算 式中 塑性中和軸以上的壓型鋼板面積； 壓型鋼板受拉區(qū)截面拉應(yīng)力的合力的距離。,斜面抗剪強(qiáng)度,斜截面承載力計(jì)算 組合板的斜截面受剪承載力應(yīng)按下式計(jì)算 式中 截面高度系數(shù)， ； 當(dāng) mm時(shí)，取 mm； 當(dāng) mm時(shí)，取 mm； 組合板斜截面上的最大剪力設(shè)計(jì)值； 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 組合板平均肋寬。,集中力作用下的抗沖切計(jì)算,抗沖切強(qiáng)度計(jì)算 組合板在集中荷載作用下的抗沖切強(qiáng)度按下式計(jì)算 式中 臨界周邊長度，如下圖所示； 混凝土最小澆注厚度； 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。,臨界周邊長度,剛度的計(jì)算,fmax f ,兩個(gè)簡化,組合板的等效慣性矩為開裂和不開裂的平均值,將鋼板根據(jù)彈模之比簡化成砼,七、抗剪栓釘?shù)臉?gòu)造要求,b、栓釘應(yīng)設(shè)置在壓型鋼板的凹肋處 穿透鋼板，與壓型鋼板一起焊在 鋼梁上,a、組合樓板的端部均應(yīng)設(shè)置栓釘,c、栓釘直徑一般小于19 mm,板跨小于 3m d = 13mm or d = 16mm,板跨3-6 m d = 16mm or d = 19mm,板跨大于6 m d = 19mm,d、栓釘間距 應(yīng)在每個(gè)凹肋處設(shè)置一個(gè)，栓 釘間距 s 梁軸線方向： s 5 d 垂直于梁軸線方向： s 4 d 距離鋼梁翼緣邊： s 35mm e、栓釘頂面的砼保護(hù)層 15mm 栓釘總高度大于壓型鋼板 30mm,鋼與混凝土組合梁,11.1 組合梁的應(yīng)用和發(fā)展 組合梁的應(yīng)用開始于本世紀(jì)（20世紀(jì)）20年代 ，我國從50年代開始開展組合梁的研究和應(yīng)用。最初主要用于橋梁結(jié)構(gòu)，自80年代以來，由于在多層及高層建筑中更多地采用了鋼結(jié)構(gòu)，使得組合梁在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域也得到了長足的發(fā)展。 在設(shè)計(jì)方法方面，大約在60年代以前，組合梁基本上按彈性理論設(shè)計(jì)，60年代開始逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘此苄岳碚撛O(shè)計(jì)。,組合梁是鋼梁和所支承的鋼筋混凝土板通過抗剪連接件組合成一個(gè)整體而共同工作的梁。組合梁能更好地發(fā)揮鋼和混凝土各自的材質(zhì)特點(diǎn)，即充分發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能。與單獨(dú)工作的鋼梁相比，組合梁的穩(wěn)定性和抗扭性能均有提高，防銹和耐火性能也有所增強(qiáng)，可以節(jié)省鋼2040，從而取得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 組合梁的整體剛度比鋼梁單獨(dú)工作時(shí)要大得多，撓度可減小1/31/2。如果保持撓度大小不變，則鋼梁高度可減低152 0，使建筑高度降低。,現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范新增加了下列主要內(nèi)容： （）連續(xù)組合梁負(fù)彎矩處的計(jì)算方法。 （）樓板為壓型鋼板組合板時(shí)組合梁的設(shè)計(jì)。 （）部份抗剪連接組合梁的設(shè)計(jì)。部份抗剪連接對梁的強(qiáng)度影響很小，只撓度增大，可節(jié)約連接件和施工費(fèi)用。 （）組合梁的撓度計(jì)算（主要是考慮滑移效應(yīng)的折減剛度的計(jì)算方法）。,壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土翼板并通過抗剪連接件與鋼梁連接組合成整體后，鋼梁與樓板成為共同受力的組合梁結(jié)構(gòu)。 組合梁的組成及其工作原理 壓型鋼板組合梁通常由三部分組成，即： 鋼筋混凝土翼板、抗剪連接件、鋼梁。,11.2 一般規(guī)定,（1）鋼筋混凝土翼板組合梁的受壓翼緣； （2）抗剪連接件混凝土翼板與鋼梁共同工作的基礎(chǔ)，主要用來承受翼板與鋼梁接觸面之間的縱向剪力；同時(shí)可承受翼板與鋼梁之間的掀起力。 （3）鋼梁在組合梁中主要承受拉力和剪力，鋼梁的上翼緣用作混凝土翼板的支座并用來固定抗剪連接件，在組合梁受彎時(shí)，抵抗彎曲應(yīng)力的作用遠(yuǎn)不及下翼緣，故鋼梁宜設(shè)計(jì)成上翼緣截面小于下翼緣截面的不對稱截面。,組合梁的工作原理,1. 組合梁混凝土翼板的形式 組合梁混凝土翼板可用現(xiàn)澆混凝土板、混凝土疊合板或壓型鋼板混凝土組合板。混凝土疊合板翼板由預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土層組成，施工時(shí)可在混凝土預(yù)制板表面采取拉毛及設(shè)置抗剪鋼筋等措施，以保證預(yù)制板和現(xiàn)澆混凝土層形成整體。 壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土翼板并通過抗剪連接件與鋼梁連接組合成整體后，鋼梁與樓板成為共同受力的組合梁結(jié)構(gòu)。,11.3 組合梁的截面形式和翼板的有效寬度,2. 鋼梁的形式 鋼梁的形式應(yīng)根據(jù)組合梁跨度、荷載、施工條件等綜合考慮。一般來說，采用上窄下寬的焊接工字形截面耗鋼量較少。當(dāng)荷載或跨度較小時(shí)，也可采用熱軋h型鋼或普通工字鋼，或在其下面加一塊蓋板。 當(dāng)跨度較大而荷載相對較小的情況，可考慮采用h型鋼的腹板切割為鋸齒形，錯(cuò)開半齒焊合而成的蜂窩梁。它將h型鋼高度提高約50，有較好的經(jīng)濟(jì)效果，而空洞又便于鋪設(shè)管線。,3. 混凝土翼板的計(jì)算寬度 計(jì)算組合梁時(shí)，將其截面視為t形截面，上部受壓翼緣為混凝土板的一部份甚至全部。由于剪力滯后的影響，混凝土翼板內(nèi)的壓應(yīng)力分布沿寬度方向是不均勻的，所謂計(jì)算寬度（即有效寬度）實(shí)質(zhì)上是指以應(yīng)力均勻分布為前提的當(dāng)量寬度。 規(guī)范取用的組合梁混凝土翼板有效寬度，系按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范gb50010的規(guī)定采用的。,混凝土翼板的有效寬度 取下式中的最小值： 式中 bc1、bc2相鄰鋼梁間凈距s0的1/2。,公式中最重要的是bc2值（有些情況bc1值與bc2值相等），世界各國或地區(qū)的規(guī)范，對bc2值的規(guī)定頗不一致，組合梁翼板的計(jì)算寬度與梁格尺寸、梁的位置（在樓蓋外側(cè)或中部）、荷載方式（均布或集中荷載）、簡支單跨或連續(xù)等因素有關(guān)，只不過有些國家的規(guī)范忽略了某些因素，而其他規(guī)范又忽略另外一些因素而已。嚴(yán)格說來。樓蓋邊部無翼板時(shí)，其內(nèi)側(cè)的bc2應(yīng)小于中部兩側(cè)有翼板