高層建筑鋼結(jié)構(gòu)(講稿)2-設(shè)計(jì)原則課件

1、高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 內(nèi)容1、概述2、設(shè)計(jì)原則 8、結(jié)構(gòu)計(jì)算方法4、抗重力體系 5、抗側(cè)力體系 6、樓板 設(shè)計(jì)7、連接設(shè)計(jì)3、鋼材及連接材料 一、 概述 1、多、高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用（1）建筑用鋼量 國(guó)內(nèi)：全部鋼產(chǎn)量的20%25% 國(guó)外（美國(guó)、日本）：50% 我國(guó)真正用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼材僅為200300 萬(wàn)噸（年產(chǎn)量1億噸）2、典型的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑 臺(tái)北國(guó)際金融中心（101樓）101層高508米臺(tái)北西爾斯大樓110層高443米美國(guó)芝加哥上海金茂大廈88層高420米1998年落成 中信廣場(chǎng)大廈中國(guó)廣州信興廣場(chǎng)大廈中國(guó)深圳中央廣場(chǎng)大廈高374米中國(guó)香港阿聯(lián)酋迪拜大廈二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) (1)自重輕、強(qiáng)

2、度高 采用鋼結(jié)構(gòu)承重骨架, 比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕1/3以上。結(jié)構(gòu)自重輕,可以減少運(yùn)輸和吊裝費(fèi)用,基礎(chǔ)的負(fù)載也相應(yīng)減少,在地質(zhì)條件較差地區(qū),可以降低基礎(chǔ)造價(jià)。 (2)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。自重輕也顯著減少地震作用,一般可減少40%左右主要表現(xiàn)在:具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和力學(xué)性能第二部分 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)階段擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段 方案設(shè)計(jì)階段 施工圖設(shè)計(jì)階段 方案設(shè)計(jì)階段 地位最重要的主要介紹上述內(nèi)容的確定原則具體內(nèi)容平面形狀 立面形狀 高度高寬比結(jié)構(gòu)體系的選擇（以后介紹）場(chǎng)地的選擇結(jié)構(gòu)平面布置結(jié)構(gòu)豎向布置結(jié)合中國(guó)規(guī)范簡(jiǎn)稱 高鋼規(guī)程 一、房屋

3、平面形狀 原則 1 宜采用雙軸對(duì)稱的簡(jiǎn)單規(guī)則平面圓形、方形、六邊形、八邊形、橢圓形原因A、防止在風(fēng)載作用下，荷載中心與剛度中心不重合，產(chǎn) 生扭矩，從而降低結(jié)構(gòu)承載能力，且使居者感到不適。 B、防止在地震作用下，結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心不重合， 產(chǎn)生扭矩，從而加重地震災(zāi)害。 原則 房屋平面形狀應(yīng)采用風(fēng)荷載對(duì)其影響較小的形狀，最好是流線型的圓形橢圓形切邊的矩形其風(fēng)載體型系數(shù)與矩形相比降低30%臺(tái)北101大廈2003年10月17日竣工，508m，101層，高度世界第一正方形平面世界貿(mào)易中心63.5m方形平面 美國(guó)，紐約411m, 110層， 1973年竣工金茂大廈八邊形平面 中國(guó)，上海4m, 層， 1

4、9年竣工國(guó)際金融中心中國(guó)，香港4m, 層， 年竣工八邊形平面迪拜塔竣工后已更名為哈利法塔，2004年9月21日動(dòng)工，是目前世界第一高樓與建筑。2高度828米，162層。2010年1月4日竣工。原則 若根據(jù)建筑要求需采用不規(guī)則平面形狀，則尺寸應(yīng)受到一定程度的限制。否則，應(yīng)進(jìn)行精確的抗震計(jì)算和分析。 原因防止在風(fēng)載和地震作用下，荷載中心與剛度中心不重合，產(chǎn)生扭矩A、不滿足 下列要求不規(guī)則平面形狀 B、任意一層的偏心率 0.15高鋼規(guī)程附錄2C、結(jié)構(gòu)平面形狀有凹角，凹角的伸出部分在一個(gè)方向的長(zhǎng)度， 超過該方向建筑總尺寸的25%D、樓面不連續(xù)或剛度突變，包括開洞面積超過該層總面積的50%E、抗水平力構(gòu)

5、件既不平行于又不對(duì)稱于抗側(cè)力體系的兩個(gè)互相垂直的主軸中央電視臺(tái)主樓含兩棟分別為52層、高234米和44層、高194米的塔樓，并由14層、56米高，重1.8萬(wàn)噸的懸臂鋼結(jié)構(gòu)連接，總建筑面積47.3萬(wàn)平方米。 原則 4 防震縫的設(shè)置 設(shè)置條件1、若房屋形狀復(fù)雜，且無條件進(jìn)行精確抗震分析時(shí)，可設(shè) 2、若房屋長(zhǎng)度太大，須設(shè)深縮縫時(shí)，則應(yīng)設(shè)置 3、若房屋兩部分之間質(zhì)量相差懸殊，或有較大錯(cuò)層，或兩部分 基礎(chǔ)類型不同，沉降不同，需設(shè)沉降縫時(shí) 4、裙房和主樓之間應(yīng)根據(jù)情況確定 設(shè)置原則1、伸縮縫、沉降縫均應(yīng)滿足抗震縫要求 2、防震縫寬度應(yīng)根據(jù)規(guī)范確定 3、防震縫應(yīng)沿房屋高度方向通長(zhǎng)設(shè)置。若不作為沉降縫，則基

6、礎(chǔ)可不分開二、房屋立面形狀 原則 1 盡量采用簡(jiǎn)單且沿高度變化均勻的形狀。否則將使結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度突變，對(duì)抗震極為不利 采用平面尺寸沿高度方向巨變的形狀或倒梯形立面。矩形、梯形、三角形、避免后果原則 2 使建筑物外柱內(nèi)傾,形成錐狀體型或平面逐漸收進(jìn),形成收進(jìn)式階梯型立面。原因錐狀體型上部迎風(fēng)面積小,可以減少上部結(jié)構(gòu)所受風(fēng)荷載減少風(fēng)荷載引起的傾覆力矩，增加房屋的穩(wěn)定性減少側(cè)移三個(gè)好處數(shù)據(jù)40層樓房，外柱內(nèi)傾8%,頂層側(cè)移可減少50%。San Francisco, California, USATime 1969 - 1972Materials: reinforced concrete steelH

7、eight 260 m number of floors (above ground) 48Transamerica Pyramid (泛美大廈）Transamerica Pyramid (泛美大廈）原則 對(duì)于豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，則在薄弱地方采取措施，并根據(jù)實(shí)際模型進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算和分析。 目的避免抗側(cè)力剛度沿高度方向突變豎向不規(guī)則的結(jié)構(gòu)A、樓層側(cè)向剛度小于相鄰上層的70%， 且連續(xù)三層總的側(cè)向剛度降低超過50%。 B、相鄰樓層質(zhì)量之比超過1.5（建筑為輕屋蓋時(shí)，頂層除外）。 C、立面收進(jìn)尺寸的比例滿足L1/L 6 精確的分析 需要 四、結(jié)構(gòu)平面布置原則 原則 1 開間、進(jìn)深和層高等尺寸盡量統(tǒng)一以

8、減少構(gòu)件總類和規(guī)格，方便施工原則 2 各抗側(cè)力體系之間應(yīng)有盡量多的鋼梁相連減少柱在兩個(gè)方向的計(jì)算長(zhǎng)度，增加柱的整體穩(wěn)定原則 3 鋼柱在兩個(gè)方向均應(yīng)與鋼梁相連整個(gè)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)空間體系，增加結(jié)構(gòu)整體性能和抗震能力壓型鋼板砼樓板 原則 4 鋼梁的布置間距要與樓板的經(jīng)濟(jì)跨度相適應(yīng)跨度范圍 1.5 4 m 經(jīng)濟(jì)跨度 2.0 3 m 現(xiàn)澆鋼砼樓板 跨度范圍 不限 經(jīng)濟(jì)跨度 2.0 m 左右 原則 5 正確布置抗側(cè)力體系，使樓層的剛度中心同質(zhì)量中心重合減少結(jié)構(gòu)在水平力作用下的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)效應(yīng)原則 6 具有較大剛度的筒體，應(yīng)在平面上居中或?qū)ΨQ布置五、結(jié)構(gòu)豎向布置原則 原則 1 在地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制設(shè)計(jì)

9、為總體屈服機(jī)制在地震荷載作用下，結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)制總體屈服機(jī)制樓層屈服機(jī)制區(qū)分方法豎向桿件（柱） 水平桿件（梁）誰(shuí)先屈服樓層屈服機(jī)制在水平荷載作用下，豎向構(gòu)件先屈服樓層屈服機(jī)制（強(qiáng)梁弱柱）或者總體屈服機(jī)制在水平荷載作用下，水平構(gòu)件先屈服總體屈服機(jī)制（強(qiáng)柱弱梁）形成的塑性鉸數(shù)量更多，吸收更多能量，有利于抗震原則 2 各樓層質(zhì)量沿高度方向應(yīng)沒有劇烈變化否則，在地震作用下，抗側(cè)力構(gòu)件所承擔(dān)的剪力沿高度方向有巨變，不利于抗震后果原則 3 沿高度方向，抗側(cè)力體系應(yīng)該連續(xù)，且在同一條直線上否則，抗側(cè)力體系將失去作用后果原則 4 在基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)之間，由于剛度和質(zhì)量差別大，可用型鋼砼結(jié)構(gòu)充當(dāng)過度層，以緩和剛度的突變長(zhǎng)富宮中心 北京 地上25層，地下2層, 94m1987年建成 2層以下為型鋼砼結(jié)構(gòu), 以上全部為鋼框