鋼結構房屋設計

1、職工培訓教材結構專業(yè)第三講 鋼結構房屋設計（2009.10.31）內容提要隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，鋼結構房屋的設計已成為我國設計工作的主要內容之一。本文在總結多個項目鋼結構房屋設計的基礎上，全面介紹了單層門式剛架輕型鋼結構房屋、單層排架普通鋼結構房屋和多、高層鋼結構房屋設計的特點和經(jīng)驗，僅供今后鋼結構房屋設計的參考。1. 我國鋼結構建筑的發(fā)展現(xiàn)狀近十年來，隨著國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，鋼結構在我國得到了廣泛的應用，單層門式剛架輕型鋼結構房屋大量應用于工業(yè)建筑中，空間網(wǎng)架、立體桁架鋼結構廣泛應用于大跨度工業(yè)與民用建筑中，高層鋼結構房屋越來越多地成為超高層建筑的首選方案?，F(xiàn)在，鋼結構房屋的設計已成為我國

2、設計工作的主要內容之一。與砼結構相比，鋼結構具有許多優(yōu)點：（1） 鋼材是一種可以回爐循環(huán)使用的環(huán)保型材料，鋼結構對環(huán)境保護具有很大的優(yōu)點；（2）鋼結構一般均在工廠生產(chǎn)，現(xiàn)場安裝，對建筑業(yè)實現(xiàn)工業(yè)化提供了良好的條件；（3）鋼結構施工快捷，施工工期短，特別是單層門式剛架輕型鋼結構房屋，36個月就可以建成投產(chǎn)；（4）鋼結構更適合在大跨度、大柱網(wǎng)建筑中的應用。（5）鋼結構與混凝土結構相比較，門式鋼架比混凝土單層廠房要相對便宜點。但多層、高層鋼結構則造價要高于混凝土結構，大約高20%30%。 隨著鋼結構在我國的廣泛應用，鋼結構的生產(chǎn)廠家也越來越多，生產(chǎn)能力也越來越強。目前，生產(chǎn)鋼結構構件的工廠如浙江的東

3、南、杭蕭、精工三大公司，年產(chǎn)量均在30萬噸以上；他們不僅能生產(chǎn)輕型鋼結構，還能生產(chǎn)重型鋼結構，如復雜的、板厚在4 0 mm以上的工型柱、箱型柱、雙向工型柱、異型柱、工型梁、箱型梁、異型梁等，有的還實現(xiàn)了在工廠生產(chǎn)線上連續(xù)機械化生產(chǎn)作業(yè)，這就為鋼結構的廣泛應用創(chuàng)造了良好的條件。 鋼結構房屋設計因種類的不同而有所不同。不同的鋼結構要采用不同的規(guī)范。因此，鋼結構房屋設計時，首先要明確該建筑的類型和適合該類型所用的規(guī)范。鋼結構房屋設計的國家標準、規(guī)范：（1）鋼結構設計規(guī)范 GB 500172003（2）門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程 CECS 102：2002（3）冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范 GBJ 5

4、00182002（4）型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程 JGJ 1382001（5）高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程 JGJ 9998（6）網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程 JGJ 791（7）鋼網(wǎng)架螺栓球節(jié)點 JG 111999（8）鋼網(wǎng)架檢驗及驗收標準 JG 121999（9）鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范 GB 502052001國家標準圖集：（1）鋼結構設計制圖深度和表示方法 03G102（2）多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點構造詳圖 01SG519（3）門式剛架輕型房屋鋼結構 02SG518（4） 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點連接 03SG5191（5） 多、高層民用建筑鋼結構節(jié)點連接 04SG5192（6） 鋼吊車

5、梁 SG52012（7） 吊車軌道聯(lián)結及車擋（適用于鋼吊車梁） 05G525（8） 鋼柃條 鋼墻梁 SG52114（9） 鋼托架 05G513（10）鋼與混凝土組合樓（屋）蓋結構構造 05SG522（11）型鋼混凝土組合結構構造 4SG5232. 鋼結構房屋分類2.1 單層門式剛架輕型鋼結構房屋適用于輕型屋蓋和輕型外墻（或非嵌砌砌體外墻）、房屋高度一般不大于9 m（當有橋式吊車時不宜大于12 m）、跨度一般不大于36 m、無橋式吊車或有起重量不大于20 t的A1A5工作級別橋式吊車或3 t懸掛式起重機的單層鋼結構房屋。按CECS 102：2002規(guī)范設計。其特點是：（1）平面結構體系，柱腳鉸接

6、（或剛接），柱頂剛接，柱梁截面高度可變，與剛架內力圖相接近，充分發(fā)揮材料的承載能力；（2）屋面自重輕，基礎小，用料?。ㄒ话憧煽刂圃?0 KG/ 以內），造價低。當柱距為6m時，門剛的用鋼量幾乎與鋼架跨度相當，即27m跨度的鋼架，用鋼量折算為每平米27Kg/m2。2.2 單層排架普通鋼結構房屋（實腹式工型柱）適用于輕、重型屋蓋和輕型外墻（或非嵌砌砌體外墻）、跨度一般不大于36 m、有起重量大于20 t的橋式吊車或3 t以上懸掛式起重機的單層鋼結構房屋。按GB 500172003規(guī)范設計。其特點是：（1）平面結構體系，柱腳剛接，柱頂鉸接或剛接，柱采用等截面工型柱或雙肢柱，梁截面高度可變（當采用重屋

7、蓋時，宜采用鋼屋架，柱頂鉸接）；（2）由于柱腳彎矩大，相應的基礎較大，材料用量也大。2.3 空間網(wǎng)架鋼結構房屋（單位的項目實例有武漢的光纜廠房、大連分院有做192m×192m跨度的網(wǎng)架） 適用于大跨度工業(yè)與民用建筑，如正方形或接近于正方形的體育館、機場候機廳、車站或工廠，常用的網(wǎng)架有鋼管螺栓球節(jié)點和鋼管焊接球節(jié)點組成的四角錐網(wǎng)架，網(wǎng)架支承于四周的鋼筋砼柱、鋼柱或托梁上，并可以承擔一定的吊掛荷載，屋面維護結構采用壓型彩鋼板。網(wǎng)架采用“空間桁架結構通用程序LSG2”計算，其內力分布和桿件直徑、球節(jié)點直徑由四周向中間逐步增大，充分發(fā)揮材料的承載能力。2.4 立體桁架鋼結構房屋（鋼管空間鋼結

8、構體系） 適用于大跨度工業(yè)與民用建筑。桁架與砼柱采用螺栓鉸接，桁架節(jié)點采用鋼管之間直接相貫的焊接節(jié)點，屋面維護結構采用壓型彩鋼板，有柃體系。 2.5 多層和高層鋼結構房屋（大連分院有做80m高度的電解塔） 適用于多層和高層工業(yè)與民用建筑，一般采用空間結構體系，柱腳剛接，框架梁柱剛接（兩個方向），次梁與主梁鉸接，樓板采用鋼板或鋼與砼組合樓板（在壓型鋼板上現(xiàn)澆砼板）。按GB 500172003和JGJ 9998規(guī)范設計。2.6 鋼與砼組合結構房屋（1）型鋼砼組合結構（從略）；（2）鋼管砼組合結構（從略）3. 門剛規(guī)范（CECS 102：2002）與普鋼規(guī)范（GB 500172003）的主要差別 （

9、1）風荷載體型系數(shù)取值不同（見CECS 102：2002附錄A），門剛結構負壓值 （2）受壓構件長細比限值不同，見表1： 表1 受壓構件容許長細比序號構 件 類 別門剛容許長細比普鋼容許長細比 1主要構件 180 150 2次要構件、支撐、隅撐 220 200（3）受拉構件長細比限值基本相同，見表2： 表2 受拉構件容許長細比序號構 件 類 別一般建筑結構有重級工作制吊車的廠房（只用于普鋼）直接承受動力荷載的結構1桁架桿件3502502502吊車梁以下的柱間支撐3002003其他拉桿、支撐、系桿等400350（4）柱頂水平位移限值不同，見表3：表3 柱頂水平位移限值（H柱高度）序號門剛規(guī)范（C

10、ECS 102：2002）普鋼規(guī)范（GB 500172003）吊車情況水平位移限值吊車情況水平位移限值1無吊車，彩板墻H/60（H/80）無橋式吊車（單層）H/1502無吊車，砌體墻H/100（H/120）3有橋式吊車，駕駛室操作H/400（H/400）有橋式吊車（單層）H/4004有橋式吊車，地面操作H/180（H/300）注：“技術措施”規(guī)定，在風荷標準值作用下，按括號內數(shù)值。（5）受彎構件的撓度容許值不同，見表4：表4 受彎構件的撓度容許值（L為受彎構件的跨度）序號門剛規(guī)范（CECS 102：2002）普鋼規(guī)范（GB 500172003）構件類別撓度容許值構件類別撓度容許值 1門式剛架斜

11、梁樓（屋）蓋梁 僅支承壓型鋼板屋面L/180 主梁或桁架 L/400 尚有吊頂L/240 次梁、樓梯梁 L/250 有懸掛起重機L/400 有懸掛起重機 L/400 2檁條 僅支承壓型鋼板屋面 L/150支承無積灰的瓦楞鐵和石棉瓦屋面 L/150 尚有吊頂 L/240支承壓型鋼板和有積灰的瓦楞鐵和石棉瓦屋面 L/200 3壓型鋼板屋面板 L/150 4 平臺板 L/100 5 吊車梁手動吊車和單梁吊車梁 L/500輕級工作制橋式吊車梁 L/800中級工作制橋式吊車梁 L/1000重級工作制橋式吊車梁 L/1200 6手動或電動葫蘆軌道梁 L/400 7 墻梁水平撓度支承壓型鋼板墻梁 L/100

12、支承壓型鋼板墻梁 L/200支承砌體墻梁 L/180且50mm支承砌體墻梁 L/300 8墻板水平撓度 L/100 （6）工字形、箱形截面受壓翼緣板自由外伸寬度b與其厚度t之比值不同，見表5：表5 工字形、箱形截面受壓翼緣寬厚比（b/t）序號門剛規(guī)范（CECS 102：2002）普鋼規(guī)范（GB 500172003）工字形截面工字形截面箱形截面 1Q235 b/t15Q235 b/t13Q235 b/t40 2Q345 b/t12.4Q345 b/t10.7Q345 b/t33（7）工字形截面腹板的高厚比（h/t）不同，見表6：表6 工字形截面腹板的高厚比（h/t）序號門剛規(guī)范（CECS 102

13、：2002）普鋼規(guī)范（GB 500172003）梁、柱梁 柱 1Q235 h/t250Q235 h/t80按GB 500172003規(guī)范 2Q345 h/t206Q345 h/t66第條計算h/t 注：箱形截面柱腹板的高厚比（h/t）按GB 500172003規(guī)范第條計算h/t。4. 單層門式剛架輕型鋼結構房屋 （1）材料選用： 單層門式剛架輕型鋼結構房屋的承重構件應選用碳素結構鋼Q235B及低合金高強度鋼Q345B，其力學性能和化學成分應分別符合碳素結構鋼GB700及低合金高強度鋼GB1591的規(guī)定。（2）結構計算：目前，國內計算單層門式剛架輕型鋼結構房屋的軟件有多種，宜采用“中國建筑標準設

14、計研究所”的STS軟件，按二維模型計算。（3）常用跨度：15 m、18、21、24、27、30、33、36，以3 m為模數(shù)，特殊情況可采用42 m（采用門式剛架輕鋼結構時要慎用）。采用以上標準跨度，就可以與標準跨度的吊車相配套。在鋼屋面結構體系中，建筑跨度也可以采用1 m為模數(shù)，吊車跨度相應修改。（4）常用柱距：6、7.5、9、12 m，采用門式剛架輕鋼結構、壓型鋼板屋面、墻面時，柱距也可以采用0.1m為模數(shù)。經(jīng)濟分析：采用門式剛架輕鋼結構、壓型鋼板屋面C型檁條時，以柱距7.59.0m較經(jīng)濟，柱距6.0、12.0m用鋼量較高；當柱距為12m時，采用C型柃條已不合適，這時，可以在外墻上每開間插入

15、一根柱子（中柱柱距仍為12m）和一根屋面梁（中間用12m托梁），以保持柃條跨度為6 m，或采用高頻焊接H型鋼檁條（用鋼量較高）；當柱距 > 12m時，可采用桁架式柃條，與高頻焊接H型鋼柃條相比，可降低40%50% 柃條的用鋼量，如用鋼量減少1.0Kg/時，則造價可降低7元/。公用專業(yè)提的吊掛荷載條件對用鋼量有較大的影響，可經(jīng)過計算，折算成比較合理的面荷載、點荷載來計算。參見表7：表7 門式剛架和屋面檁條用鋼量表剛架跨度（m）柱距（m）用鋼量（Kg/）造價（元/）備 注剛架屋面檁條合計246.022.46.528.9202.37.519.27.226.4184.8較低9.018.59.12

16、7.6193.2 較低12.019.410.029.4205.8366.029.16.535.6249.27.527.77.234.9244.3較低9.024.99.134.0238.0 較低12.025.810.035.8250.6（5）定位軸線：見個體工程，無明確規(guī)定時，中柱兩個方向居中，邊柱在縱向柱外平，橫向居中，橫向端跨柱內移600，抗風柱外平。（6）溫度區(qū)段：單層門式剛架輕型鋼結構房屋的溫度區(qū)段放得很寬，一般控制在：縱向L300 m，橫向L150 m，超過此尺寸，要設伸縮縫。伸縮縫設雙柱或采用容許脹縮的構造（長圓孔）。如溫度區(qū)段內有砼構件（如基礎梁、連系梁、墻梁、樓板），則對砼構件要

17、按砼規(guī)范采取超長結構設計措施。（7）支撐系統(tǒng)：在每一個溫度區(qū)段，要設置必要的屋面水平支撐、縱向系桿和柱間支撐，組成一個空間穩(wěn)定結構，將縱向水平荷載傳至基礎，以滿足結構在縱向的安全與穩(wěn)定。大多數(shù)的門式剛架破壞時因為結構的失穩(wěn)、撓度造成，因此，支撐應作為一個門式剛架的重點內容設計。a.屋面水平支撐和柱間支撐應在同一開間內設置，其間距：無吊車時L3645 m，有吊車時L60 m。當建筑寬度 > 60 m時，在內柱列宜適當增加柱間支撐。b.在邊柱、中間柱、屋脊處，應沿全長設剛性系桿，可采用圓鋼管或H型鋼桿件。 c.門式剛架輕型鋼結構房屋的屋面水平支撐和柱間支撐可采用帶張緊裝置（花籃螺栓）的十字交

18、叉圓鋼支撐，其夾角為30º60º，接近45º較好。當房屋高度相對于柱距較大時，柱間支撐可分層設置；當設置十字交叉柱間支撐有困難時，可設置角鋼門式支撐。7度及7度以上地區(qū)，宜采用角鋼支撐（抗規(guī)）。d.當設有帶駕駛室且起重量大于15t橋式吊車時，應在屋蓋邊緣設置縱向水平支撐。當設有5t以上橋式吊車時，柱間支撐宜采用型鋼支撐，間距36-45 m一道。在溫度區(qū)段端部吊車梁以下可不設柱間剛性支撐，只設上柱支撐。e.當生產(chǎn)工藝布置不容許設置柱間支撐時，應按雙向框架設計，進行縱向框架計算，此時如工型柱不滿足時，可采用箱型柱或雙向工型柱。f.屋面柃條之間采用帶螺栓的鋼筋拉桿張緊，

19、間距3 m為宜，在檐口、屋脊處設斜拉條和鋼管撐桿（中間可不設鋼管撐桿）；柃條之間隔一設一設置L50×6隅撐。（8）柱腳構造：門式剛架輕型鋼結構房屋的柱腳一般采用鉸接，鉸接柱腳的螺栓數(shù)量為：跨度 L15 m時，采用 2 M24 螺栓；跨度 L24 m時，采用 2 M30 螺栓跨度 L27 m時，采用 4 M24 螺栓；跨度 L30 m時，采用 4 M30 螺栓。當設有5t以上橋式吊車時宜采用剛接，常用錨栓剛接柱腳， 剛接柱腳的底板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)柱腳內力由計算確定。設有砼短柱時，短柱內的鋼筋也要根據(jù)柱腳內力由計算確定。錨栓埋置在基礎中的深度，應滿足錨固長度要求，當埋置深度受到限制時，

20、可采用在錨栓端部焊接錨板來傳遞錨栓的拉力?？癸L柱高度較小時柱腳可采用鉸接；當高度較大時，也可用剛接柱腳。（9）節(jié)點構造： a. 梁與柱剛性連接：常采用柱和梁的端板豎放，用高強螺栓連接，梁的端板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)節(jié)點內力由計算確定。b. 梁的中間拼接節(jié)點：常采用梁的端板豎放用高強螺栓連接，梁的端板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)節(jié)點內力由計算確定。（10）螺栓連接的計算：采用螺栓連接，避免安裝時現(xiàn)場高空焊接，質量可靠，施工方便。在彎矩、拉力作用下，摩擦型高強螺栓群中（或普通螺栓小偏心受拉）最外排一個高強螺栓所受的最大拉力為：NmaxNtN/n + My1/yi²式中： 旋轉點位于螺栓群中心 Nt 一

21、個螺栓所承受的拉力 N 節(jié)點總的軸向力 n 節(jié)點螺栓總數(shù) M 節(jié)點總的彎矩 Y1 最外排螺栓至螺栓群中心的距離 Yi 每一排螺栓至螺栓群中心的距離普通螺栓群中，最外排一個螺栓所受的最大拉力為： NmaxNt（M+Ne）y1/yi²式中： 旋轉點位于外排受壓螺栓中心 e N 至旋轉點的距離 Y1 最外排螺栓至旋轉點的距離 Yi 每一排螺栓至旋轉點的距離其余按規(guī)范公式計算，從略。除螺栓連接外，其他常用的節(jié)點連接方式還有焊接連接、栓焊連接等，在此從略。（11）關于多跨剛架的搖擺柱：當無吊車或設有5t以下吊車時，多跨剛架的中柱可以用搖擺柱，柱的上下端采用鉸接；抗風柱的上下端可采用鉸接。當設有

22、5t以上橋式吊車時，多跨剛架的中柱不宜采用搖擺柱，柱的上下端宜采用剛接。5. 單層排架普通鋼結構房屋（實腹式工型柱）（1）材料選用：同門式剛架輕型鋼結構房屋。（2）結構計算：單層排架普通鋼結構房屋（實腹式工型柱），采用“中國建筑標準設計研究所”的STS軟件按二維模型計算。（3）溫度區(qū)段：單層排架普通鋼結構房屋的溫度區(qū)段，比門式剛架輕型鋼結構房屋的控制要嚴格一些，一般按下表8控制。表8 單層排架普通鋼結構房屋的溫度區(qū)段長度值（m）結構情況縱向溫度區(qū)段（垂直屋架或構架跨度方向）橫向溫度區(qū)段（沿屋架或構架跨度方向）柱頂為剛接柱頂為鉸接采暖房屋和非采暖地區(qū)的房屋220（300）120（150）150熱

23、車間和采暖地區(qū)的非采暖房屋180100125露天結構120注：括號內尺寸用于門式剛架輕型鋼結構房屋。超過表7長度尺寸，要設伸縮縫，伸縮縫設雙柱。如溫度區(qū)段內有砼構件（如基礎梁、連系梁、墻梁），則對砼構件要按砼規(guī)范采取超長結構設計措施。（4）支撐系統(tǒng)：在每一個溫度區(qū)段，要設置必要的屋面水平支撐、縱向系桿和柱間支撐，組成一個空間穩(wěn)定結構，將縱向水平荷載傳至基礎，以滿足結構在縱向的安全與穩(wěn)定。柱間支撐桿件的容許長細比，如下表9：表9 柱間支撐桿件的容許長細比構件名稱容許長細比壓 桿拉 桿（有重級工作制吊車）拉 桿（有輕、中級工作制吊車）吊車梁以下柱間支撐150200300吊車梁以下柱間支撐20035

24、0400支撐系統(tǒng)的設置基本同單層門式剛架輕型鋼結構房屋，只是圓鋼支撐宜改為角鋼支撐。（5）柱腳構造：單層排架普通鋼結構房屋（實腹式工型柱）的柱腳一般采用剛接，由于柱腳內力較大，基礎底面積也較大。當采用樁基時，宜采用二樁或多樁基礎，才能滿足柱腳彎矩產(chǎn)生的偏心影響。單層排架普通鋼結構房屋（實腹式工型柱）的剛接柱腳的構造有以下幾種：a.錨栓剛接柱腳：剛接柱腳的底板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)柱腳內力由計算確定。設有砼短柱時，短柱內的鋼筋根據(jù)柱腳內力由計算確定。錨栓埋置在基礎中的深度，應滿足錨固長度要求，當埋置深度受到限制時，可采用在錨栓端部焊接錨板來傳遞錨栓的拉力。b.埋入式柱腳：實腹式柱腳插入砼基礎杯口的深

25、度1.5 hc（hc柱截面高度），且不小于500mm和1/20鋼柱長度。c.外包式柱腳：柱腳埋入深度2 hc（hc柱截面高度），設置2 M24 定位螺栓，外包砼的厚度不小于180mm，鋼筋根據(jù)柱腳內力由計算確定，并在埋入部分柱的翼緣上設置栓釘，其直徑不小于16mm，水平及豎向間距不大于200mm。（6）節(jié)點構造和螺栓連接的計算：與門式剛架輕型鋼結構房屋基本相同。（7）關于單層鋼結構房屋柱網(wǎng)尺寸： 上述兩種單層鋼結構房屋的柱網(wǎng)尺寸選擇，除滿足生產(chǎn)工藝的要求外，還要考慮結構的經(jīng)濟性能（降低用鋼量）和施工的方便，因此，單層鋼結構房屋跨度宜L36m，柱距宜采用615m,當柱距為68 m時，屋面柃條和墻

26、柃可采用高度200300的C型柃條，比較經(jīng)濟； 當柱距為815 m時，采用C型柃條已不合適，這時，可以在外墻上每開間插入一根柱子（中柱柱距仍為815m）和一根屋面梁（中間用815m托梁），以保持柃條跨度為68 m。6. 多層和高層鋼結構房屋多層和高層鋼結構房屋按抗震措施分為二類，即12層以下（包括12層）鋼結構房屋和12層以上鋼結構房屋。6.1 材料選用：高度在30m以下的多層鋼結構房屋材料選用與單層鋼結構相同；高度在30m以上的高層鋼結構房屋主要承重構件，其板材應選用符合高層建筑結構用鋼板YB4104標準的Q235GJ鋼或Q345GJ鋼， 當板材厚度t40mm并有抗撕裂Z向性能要求時，應選用

27、該標準中保證Z向性能的Q235GJZ鋼或Q345GJZ鋼，Z向抗層狀撕裂性能等級為Z15、Z25，并保證沿厚度方向拉伸時，其斷面收縮率分別大于15%、25%，符合厚度方向性能板GB 5313的規(guī)定。6.2 結構計算：采用“中國建筑標準設計研究所”的STS軟件按三維模型計算。6.3 結構體系：6.3.1 12層以下（包括12層）層鋼框架結構房屋常用的結構體系：（1）縱向和橫向均為鋼框架體系（雙向框架），其特點是容易滿足大空間的使用功能，梁柱節(jié)點在縱向和橫向均為剛接，節(jié)點構造較復雜，結構用鋼量較多,側向剛度弱于垂直支撐體系。（2）縱向為垂直支撐、橫向為框架體系，其特點是縱向剛度較大，梁柱節(jié)點在縱向

28、為鉸接，橫向為剛接，用鋼量較省，但縱向垂直支撐的布置要受到一定的建筑條件約束。（3）縱向和橫向均為垂直支撐體系。（4）縱向或橫向采用框架垂直支撐混合體系，用于對側向剛度要求較嚴的建筑。采用垂直支撐體系時，垂直支撐應沿房屋高度方向連續(xù)布置，并盡量采用中心支撐。6.3.2 12層以上高層鋼結構房屋采用的結構體系：（1）縱向和橫向均為鋼框架體系（雙向框架）；（2）鋼框架垂直支撐（抗震墻板）混合體系；（3）鋼框架砼或鋼骨砼核心筒體系；（4）筒體和巨型框架體系。 各種高層鋼結構房屋最大高度應符合抗震規(guī)范8.1.1條的規(guī)定，最大高寬比應符合抗震規(guī)范8.1.2條的規(guī)定，見下表10： 表10 鋼結構房屋適用的

29、最大高度（m）和最大高寬比結構類型抗震設防烈度6、789框架結構1109050框架-支撐（抗震墻板）結構220200140筒體（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架300260180最大高寬比6.56.05.56.4 常用的柱截面形式：（1）H 型鋼柱（焊接或熱軋H 型）：用得較多，梁柱節(jié)點采用焊接、螺栓連接、栓焊連接都很方便，但側向剛度較弱。（2）箱型柱（工廠焊接）：梁柱節(jié)點采用焊接、栓焊連接都很方便，兩個方向的剛度均好，但采用全螺栓連接較難，加工制作要求較高。（3）雙向工字型柱（一個H 型鋼與二個T型鋼組合）：梁柱節(jié)點采用焊接、全螺栓連接、栓焊連接都很方便，兩個方向的剛度均好，但加工制作

30、要求較高。（4）圓鋼管柱：梁柱節(jié)點較復雜，施工要求較高。溫度區(qū)段：多層鋼框架結構房屋伸縮縫區(qū)段長度，當采用彩板墻時L150m，當采用磚墻時L90m。如溫度區(qū)段內有砼構件（如基礎梁、連系梁、墻梁），則對砼構件要按砼規(guī)范采取超長結構設計措施。高層鋼結構房屋主體結構一般不設置伸縮縫。6.5 柱腳構造：多層和高層鋼框架結構房屋的柱腳采用剛接，由于柱腳內力較大，基礎底面積也較大。當采用樁基時，宜采用二樁或多樁基礎，才能滿足柱腳彎矩產(chǎn)生的偏心影響。12層以上鋼結構房屋宜采用埋入式柱腳，6、7度時也可采用外包式柱腳。剛接柱腳的計算和構造應滿足JGJ 9998高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程第八章第六節(jié)的有關規(guī)定。

31、（1）錨栓剛接柱腳：（一般柱腳彎矩小于600KN.m的情況較合理）僅用于12層以下（包括12層）鋼結構房屋。 剛接柱腳的底板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)柱腳內力由計算確定。設有砼短柱時，短柱內的鋼筋也要根據(jù)柱腳內力由計算確定。錨栓埋置在基礎中的深度，應滿足錨固長度要求，當埋置深度受到限制時，可采用在錨栓端部焊接錨板來傳遞錨栓的拉力；當柱腳內力很大，可采用帶靴梁的錨栓連接柱腳，柱腳彎矩全部由靴梁傳遞。（2）外包式柱腳：實腹式H 型鋼柱、箱型柱、雙向工字型柱柱腳，埋置深度3 hc（hc柱截面高度），外包砼的厚度不小于180mm，鋼筋根據(jù)柱腳內力由計算確定，并在埋入部分柱的翼緣上設置栓釘，其直徑不小于16mm

32、，水平及豎向間距不大于200mm。（3）埋入式柱腳：柱腳埋入深度3 hc（hc柱截面高度），設置2 M24 定位螺栓，并在埋入部分柱的翼緣上設置栓釘，其直徑不小于16mm，常用19mm，水平及豎向間距不大于200mm。 （4）12層以上高層鋼結構房屋應設置帶砼墻的地下室，此時，抗側力構件的框架柱、支撐、剪力墻等均應延伸至基礎面（地下室底板、承臺頂）。6.6 節(jié)點構造：（1）梁與柱剛性連接采用高強螺栓（常用磨察型）連接：柱和梁的端板豎放，柱、梁的端板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)節(jié)點內力由計算確定。這種節(jié)點構造簡單，質量可靠，但制作加工要求精度較高，安裝有一定難度。（2）梁與柱剛性連接采用栓焊連接：梁的連接

33、板厚度、焊縫厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)節(jié)點內力由計算確定。這種節(jié)點是國內使用最多的一種節(jié)點形式，安裝方便。（3）梁與柱、主梁與次梁鉸接節(jié)點采用高強螺栓（常用磨察型）連接：連接板厚度、螺栓數(shù)量根據(jù)節(jié)點內力由計算確定。（4）上下柱接頭：a. 全部高強螺栓連接，用于H 型鋼柱、雙向工字型柱；b. 腹板高強螺栓連接，翼緣坡口全熔透焊接，用于H 型鋼柱、雙向工字型柱；c. 坡口全熔透焊接，用于箱型柱。上下柱接頭位置在框架梁上1.3m處，接頭處應設置耳板，耳板的厚度不小于10mm。每段柱的長度約912m。（7）節(jié)點構造： 梁柱節(jié)點、主梁與次梁節(jié)點構造參見多層鋼框架結構和國標圖集01SG 519多、高層民用建筑鋼結

34、構節(jié)點構造詳圖。（5）高強螺栓連接的計算：與門式剛架輕型鋼結構房屋基本相同。6.7 樓蓋結構：（1）壓型鋼板支承的現(xiàn)澆砼板與鋼梁組合的組合樓板：有兩種計算方法，一是壓型鋼板作為受拉構件的組成部分，另一種是壓型鋼板僅作為砼板的模板，計算中不考慮。板與梁的連接采用栓釘或焊接彎筋連接成整體，當鋼梁翼緣寬度b 300時，布置二排栓釘或彎筋，當b< 300 mm時，布置一排栓釘或彎筋，栓釘沿梁長方向的間距L6d(d為栓釘直徑)，且L< 600mm，栓釘?shù)闹睆揭话銥?6 mm。抗剪連接件的計算參見GB500172003鋼結構設計規(guī)范11.3條。（2）現(xiàn)澆砼板與鋼梁組合的組合樓板：砼板采用支模的

35、方法現(xiàn)澆，板與梁的連接亦采用栓釘或焊接彎筋連接成整體，栓釘或焊接彎筋的布置和計算同上。（3）花紋鋼板或鋼格刪樓板：一般用于工業(yè)建筑，鋼板與鋼梁焊接。在上述樓板中，前兩種在框架計算中可以作為剛性樓蓋，滿足水平剛度無限大的假定，而第三種在框架計算中不可以作為剛性樓蓋，水平剛度假定為零。6.8 多層和高層鋼結構房屋抗震構造措施： （1）多層和高層鋼框架結構房屋應根據(jù)烈度、結構類型和高度，采用不同的地震作用效應調整系數(shù)，并采取不同的抗震構造措施； （2）多層和高層鋼框架結構房屋宜避免采用不規(guī)則建筑結構方案，一般不設防震縫；（3）基礎埋置深度：采用天然地基時不小于房屋總高度的1/15，采用樁基時不小于房

36、屋總高度的1/20；（4）12層以上鋼結構房屋應設地下室，框架柱應伸至地下一層，鋼框架垂直支撐（抗震墻板）結構的垂直支撐（抗震墻板）應伸至基礎；（5）框架柱的長細比，應符合建筑抗震設計規(guī)范條的規(guī)定；（6）框架梁、柱板件寬厚比，應符合建筑抗震設計規(guī)范條的規(guī)定；（7）多層和高層鋼框架結構房屋宜采用壓型鋼板支承的現(xiàn)澆砼板組合樓板或非組合樓板，板與梁應有可靠連接（采用栓釘或焊接彎筋連接成整體）；（8）焊逢質量等級： 梁與柱剛接時，柱在梁翼緣上下各500的節(jié)點范圍內，柱翼緣與腹板間或箱形柱壁板間的連接焊縫應采用二級坡口全熔透焊縫 ； 上下柱的對接接頭和柱拼接接頭上下各500的范圍內，工字型截面柱翼緣與腹

37、板間及箱形截面柱角部壁板間的焊縫應采用二級全熔透焊縫； 梁、柱翼緣、腹板板件的對接和梁、柱翼緣板與端板、腹板和端板的連接均應采用二級坡口全熔透焊縫；其余為三級焊縫。 二級全熔透焊縫應采用超聲波探傷或射線探傷進行內部缺陷的檢驗，二級焊縫檢驗比例不小于20%；三級焊縫應按二級焊縫標準進行外觀質量檢查，檢查數(shù)量不小于10%。； （9）建筑抗震設計規(guī)范中其他有關要求。9. 鋼結構防火、防銹設計（1）鋼結構的防火設計：a. 根據(jù)“建筑設計防火規(guī)范”GBJ500162006的規(guī)定，一、二級耐火等級建筑的鋼結構構件的耐火極限應分別達到以下要求：多層、高層鋼結構房屋：柱3.0，2.5h；梁2.0，1.5h；樓

38、板1.5，1.0h；屋頂承重構件1.5，1.0h；樓梯1.5，1.0h。單層鋼結構房屋：柱3.0，2.5h；梁2.0，1.5h；屋頂承重構件1.5，1.0h。b. 防火涂料的選用應遵守鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范CECS24的規(guī)定。鋼柱、鋼梁可采用厚涂型防火涂料，其他構件采用超薄涂型防火涂料 （防火涂料的生產(chǎn)廠家資質，應經(jīng)公安部消防管理部門確認，其產(chǎn)品才能被選用）。多高層鋼結構一般可采用外包式的防火材料，以解決防火涂料過厚的問題。當檁條作為減小鋼架平面外計算長度的支撐桿件時，必須涂刷防火涂料；不作為支撐桿件時，可以不刷防火涂料。c. 防火涂料的涂層厚度應達到上述耐火極限的要求并不得少于下表11所

39、列數(shù)據(jù)：表11 防火涂料的涂層厚度表防火涂料類 型耐火極限(h)涂層厚度(mm)用 量(kg/)備 注厚涂型1.511.010.02.015.013.02.519.017.03.023.021.0超薄型0.50.61.21.00.91.61.51.32.22.01.72.82.52.13.43.02.54.0 d. 防火涂料的施工和驗收防火涂料涂裝前鋼材表面除銹要求最低的除銹等級為Sa2（高氯化聚乙烯、環(huán)氧樹脂、聚氨脂等底漆或防銹漆）或Sa2 1/2（無機富鋅等底漆）。除銹后，再刷二道防銹底漆，而后再刷防火涂料。防火涂料涂裝質量的檢驗，應按照鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范GB502052001的有

40、關規(guī)定執(zhí)行。除采用防火涂料外，還可采用其他防火措施，從略。（2）鋼結構的防銹與涂裝：a. 對一般涂裝要求的構件，應采用二道底漆，一道中間漆，二道面漆的作法，漆膜總厚度應符合下表12的規(guī)定： 表12 防腐蝕涂層最小厚度（µm）防護層使用年限（年）防腐蝕涂層最小厚度（µm）弱腐蝕中等腐蝕強腐蝕101528024020051024020016025200160120b. 帶彩涂層的鍍鋅壓型鋼板雙面的鍍鋅量：無侵蝕環(huán)境鍍鋅量不少于：180 g/m²；弱侵蝕環(huán)境鍍鋅量不少于：240 g/m²；中等侵蝕環(huán)境鍍鋅量不少于：275 g/m²。c. 壓型鋼板基板

41、的最小厚度（不含鍍鋅層）：屋面板0.53 mm ，墻面板0.4 mm。d. 與壓型鋼板配套使用的鋼質連接件及固定支架必須進行鍍鋅防護。10. 鋼結構房屋的優(yōu)化設計措施（1） 在滿足建筑高度限值的情況下，在單層工業(yè)廠房中優(yōu)先采用門式剛架輕型鋼結構體系，因為它容易滿足多種使用功能的要求，鋼材用量最省，基礎用料最省，造價最低；（2）選擇合理的柱距尺寸，可降低鋼材用量，經(jīng)比較，柱距7.59.0m較經(jīng)濟；柱距 > 12m時，可采用桁架式柃條，與高頻焊接H型鋼柃條相比，可降低40%50% 柃條的用鋼量；（3）作好管線綜合，確定合理的吊掛荷載（活荷載），可降低剛架的用鋼量，見下表8；（4）單層排架普通

42、鋼結構房屋屋面采用屋架承重時，其上下弦桿宜采用T形鋼，而不采用H型鋼，腹桿用角鋼，可降低屋架的用鋼量；（5）嚴格控制梁、柱等受力構件的應力比，一般可控制在0.850.95，并且各桿件應力都比較均勻；（6）在滿足工藝要求的前提下，適當設置屋面支撐和柱間支撐，可降低剛架的用鋼量； （7）選材：以應力控制的構件，宜采用Q345B鋼材，以長細比控制的構件，宜采用Q235B鋼材； （8）當單層排架普通鋼結構房屋高度較高時（大于15m），采用格構式柱比實腹式柱用鋼量要??； （9）多層鋼結構房屋采用組合樓板時 ，采用直接支模澆注砼比采用壓型鋼板支撐澆注砼要經(jīng)濟。表8 門式剛架（無吊車）用鋼量表序號跨度(m)

43、檐口高度(m)基本風壓(kn/m²)屋面荷載 (kn/m²)柱距(m)每榀剛架重量(kg)每平米用鋼量(kg/m²)恒載活載設計值1246.90.70.40.61.36291020.327.5311917.439362316.840.41.01.886362325.257.5389221.76308.40.70.40.61.36462225.777.5557424.889623423.190.41.01.886623434.7107.5682630.411368.40.70.40.61.36569226.4127.5677925.2139731522.6140.4

44、1.01.886731533.9157.5819330.4注：1. 表中數(shù)據(jù)為剛架用于8度以下地震區(qū)剛架的用鋼量； 2. 用鋼量不包括柃條、支撐、拉條、撐桿、系桿和柱間支撐。工程實例 1. 單層門式剛架輕型鋼結構房屋設計：以奧鎂1B3號建筑（窯爐區(qū)和成品庫房）為例（1）建筑結構概況1B3號建筑（窯爐區(qū)和成品庫房），建筑面積13177.0，柱網(wǎng)（跨度×柱距）為（20+30+24）×6.0m，總長度177.0m,總寬度74m，總高度1113m,單層，柱頂標高為11.0、13.0m。廠房內布置了一條窯爐生產(chǎn)線和成品庫房。在修整工段設置了一臺5t單梁橋式吊車。為三連跨門式剛架輕型鋼

45、結構房屋。按照“門式剛架輕型房屋鋼結構技術規(guī)程 ”（CECS 102：2002）設計。（2）基礎設計由于柱腳采用錨栓鉸接，基礎只承受豎向力和剪力，不承受彎矩，而彩板屋面的豎向荷載又很小，故采用獨立柱基時，基礎底面積較小。（3）鋼框架設計鋼框架采用PK程序進行計算，框架柱、梁截面采用工字形，因為屋面吊掛荷載較大，故柱截面為H4001100×300×6×16，梁截面為H7001100×350×8×14，Q345鋼材。梁柱節(jié)點采用摩擦型高強度螺栓剛接，螺栓的性能等級為10.9級，高強螺栓的數(shù)量和排列、節(jié)點板的尺寸、厚度由計算確定。為了減少柃

46、條的跨距，在8.011.0m柱距的中間，增加一榀屋面梁，支承于8.011.0m的托梁上。為了保證框架平面外的穩(wěn)定，設置了柱間支撐和屋面支撐。2. 單層排架普通鋼結構房屋設計：以奧鎂1B2號建筑（壓制廠房）為例（1）建筑結構概況1B2號建筑（壓制廠房），建筑面積2739.1，柱網(wǎng)（跨度×柱距）為24.0×12.0m，總長度105.35m,總寬度24.9m，總高度18.5m,單層，柱頂標高為16.5m。廠房內布置了8臺壓制機和硬化間，設有32/5t雙梁橋式吊車。單層排架普通鋼結構房屋。按照“鋼結構設計規(guī)范 ”（GB 500172003）設計。（2）基礎設計鋼框架柱腳采用錨栓剛接

47、（錨栓直徑和數(shù)量由計算確定），由于廠房很高，柱腳彎矩很大，達到1300KN-M,而彩板屋面荷載又很小，故采用獨立柱基時（其中有一半與塔樓共用基礎），基礎底面積很大，達到3.6m×5.4m。（3）鋼框架設計鋼框架柱腳和柱頂均采用剛接節(jié)點，采用PK程序進行計算，框架柱、梁截面采用工字形，柱截面為H900×500×18×24，梁截面為H900×250×12×18，Q345鋼材。梁柱節(jié)點采用摩擦型高強度螺栓剛性連接，螺栓的性能等級為10.9級，高強螺栓的數(shù)量和排列、節(jié)點板的尺寸、厚度由計算確定。為了減少柃條的跨距，在8.012.0m

48、柱距的中間，增加一榀屋面梁，支承于8.012.0m的托梁上。為了保證框架平面外的穩(wěn)定，設置了較強的柱間支撐和屋面支撐。3. 高層鋼框架結構房屋設計：以奧鎂1B1號建筑（塔樓）為例（1）建筑結構概況1B1號建筑（塔樓），建筑占地面積1303.4，建筑面積11730.6，柱網(wǎng)（跨度×柱距）為（7.85+10.15）×6.0m，總長度60.00m，總寬度18m，總高度50.75m，9層，層高為 5.30+3.30+5.35+6.65+6.65+8.00+4.35+4.70+6.45m。一層為破碎間，設局部地下室，二層以上各層為篩選、研磨、稱重、配料、攪拌間，中央控制室布置在三層，

49、四、五層為料倉區(qū)，屋面為25 m3水箱間和電梯機房間。電梯井道為鋼筋砼筒體結構，與鋼框架用防震縫分開。樓面荷載如下表13： 表13 樓面荷載表樓層樓面標高樓面構造活荷載（KN/）設備荷載（KN/）恒荷載（KN/）備 注二層 5.300砼組合樓板10105鋼格柵10 3后改花紋鋼板三層8.600砼組合樓板10155四層 13.950花紋鋼板7.5104局部有料倉70五層 20.600花紋鋼板564料倉80， 40六層 27.250砼組合樓板5 ，105花紋鋼板2.54七層 35.250鋼格柵2.5，102t吊車 3后改花紋鋼板八層 39.600鋼格柵2.5，1012 3后改花紋鋼板九層 44.300花紋鋼板2.5264屋面 50.600砼組合屋面2825 m3水箱彩鋼板屋面0.51電梯機房108本建筑為高層鋼框架結構，按照“鋼結構