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1、国家级精品课程钢结构设计1多（高）层房屋钢结构的结构体系选用多（高）层房屋钢结构的结构体系选用多（高）层房屋钢结构的结构布置多（高）层房屋钢结构的结构布置如何选用结构体系？荷载及抗震设防等级房屋尺寸和体型房屋材料工程造价施工条件第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置2 2国家级精品课程钢结构设计u 荷载及抗震设防等级的影响：u 考虑抗侧刚度的要求；u 对于层数不多、设防等级不高的房屋，应优先接受框架体系；u 设防等级较高时，宜优先考虑框架-支撑体系；u 56层以下的，可接受纯框架体系或框架-支撑体系；u 6层以上的可接受框架-
2、支撑体系或框架-混凝土剪力墙（核心筒）体系。u 房屋的尺寸和体型的影响：u 考虑抗侧刚度的要求；u 建筑平面简洁规则时，可接受纯框架体系或框架-支撑体系；u 建筑立面有突变或结构存在薄弱层时，常接受钢框架-混凝土剪力墙体系。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置3 3国家级精品课程钢结构设计u 房屋材料的影响：u 接受轻质维护体系材料时，须要的抗侧刚度也较低。u 工程造价的影响：u 在地质条件较差的地区，应优先选用纯钢结构体系，如纯框架体系、框架-支撑体系或框架-支撑芯筒体系，以降低基础造价。u 施工条件的影响：u 当施工工期
3、要求较短时，宜接受纯钢结构体系。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置4 4国家级精品课程钢结构设计钢结构高层建筑的适用高度（m）（GB50011-2010）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置5 5国家级精品课程钢结构设计u1931，帝国大厦（102层，381m），框架结构，用钢量206kg/m2。u1974，Sears大厦（108层，442m），束筒结构，用钢量161kg/m2，若改用框架结构，用钢量290338kg/m2。u1961，纽约蔡斯曼哈顿广场
4、大楼（60层，248m），框架结构，用钢量270kg/m2。u1973，IDS中心（57层，235m），框架-支撑结构，用钢87.5kg/m2。选择合理的结构体系的重要性选择合理的结构体系的重要性:第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置6 6国家级精品课程钢结构设计u结构平面布置结构平面布置 u应规则地布置柱网，避开零乱应规则地布置柱网，避开零乱;u将抗侧力构件沿房屋纵、横主轴方向布置，尽可能做到将抗侧力构件沿房屋纵、横主轴方向布置，尽可能做到“分散、匀整、对称分散、匀整、对称”，使结构各层的抗侧力构件中心（刚，使结构各层的抗
5、侧力构件中心（刚心）与水平作用力合力的中心（质心）重合或接近，以避心）与水平作用力合力的中心（质心）重合或接近，以避开或减小扭转振动开或减小扭转振动 ；u处于抗震设防地区的多层钢结构，宜接受由刚接框架和支处于抗震设防地区的多层钢结构，宜接受由刚接框架和支撑结构共同反抗地震作用的双重抗侧力体系；撑结构共同反抗地震作用的双重抗侧力体系；u遵循高层钢结构平面布置的一般原则。遵循高层钢结构平面布置的一般原则。第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置7 7国家级精品课程钢结构设计u结构平面布置（一般原则）结构平面布置（一般原则）u应首选由
6、光滑曲线构成的平面形式，以削减风压作用。应首选由光滑曲线构成的平面形式，以削减风压作用。u 圆形、椭圆形等流线型平面，与矩形平面比较，风荷载体型系数大圆形、椭圆形等流线型平面，与矩形平面比较，风荷载体型系数大约削减约削减30%30%。u尽可能地接受中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避开在风荷尽可能地接受中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避开在风荷载作用下的扭转振动。载作用下的扭转振动。u 常用截面形式：方形、圆形、椭圆形、矩形、正多边形。常用截面形式：方形、圆形、椭圆形、矩形、正多边形。u需抗震设防时平面尺寸关系应符合表需抗震设防时平面尺寸关系应符合表5-25-2的要求。的要求。u进行
7、平面设计时，应尽量避开以下平面不规则结构：进行平面设计时，应尽量避开以下平面不规则结构：u 扭转不规则；凹凸不规则；楼面不连续或刚度突变：扭转不规则；凹凸不规则；楼面不连续或刚度突变：第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置8 8国家级精品课程钢结构设计0.5 B /Bmax 大洞口宽度比 4 5 L/Bmax L/B 平面的长宽比 1 1.5 l/Bmax l/b 凹凸部分的长宽比 u 需抗震设防时平面尺寸关系u 结构平面布置（一般原则）（续）结构平面布置（一般原则）（续）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢
8、结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置9 9国家级精品课程钢结构设计u 结构平面布置（一般原则）（续）结构平面布置（一般原则）（续）1）扭转不规则结构：任一层的偏心率大于0.15；楼层最大弹性层间位移大于该楼层两端弹性层间位移平均值的1.2倍（但不 超过1.5倍）。u 平面不规则结构第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1010国家级精品课程钢结构设计u 结构平面布置（一般原则）（续）结构平面布置（一般原则）（续）u 平面不规则结构 1）扭转不规则结构：X向偏心率：Y向偏心率：X向抗扭弹性半径：Y向抗扭弹性半径：
9、楼层抗扭刚度：楼层各抗侧力构件在x、y方向的侧向刚度之和。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1111国家级精品课程钢结构设计u 结构平面布置（一般原则）（续）结构平面布置（一般原则）（续）2）凹凸不规则结构：u 平面不规则结构结构平面形态有凹角，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30，应实行相应的构造措施。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1212国家级精品课程钢结构设计u 结构平面布置（一般原则）（续）结构平面布置（一般原则）（续
10、）3）楼面不连续或刚度突变：u 平面不规则结构包括开洞面积超过该层总面积的30，应实行相应的计算模型合理确定薄弱部位以及困难传力途径中各构件的内力；也包括较大错层。4）斜交抗水平力构件：既不平行又不对称于 抗侧力体系的两个互 相垂直的主轴，应计 算结构的扭转影响。BBb0.3AA=BLL建筑结构平面的局部不连续示例（大开洞及错层）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1313国家级精品课程钢结构设计u 结构竖向布置结构竖向布置u建筑立面和竖向剖面宜规则，结构的侧向刚度和承载力宜上下相同，避开抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变，更
11、应避开下柔上刚。u在抗震设防地区，框架柱宜上下贯穿并落地，避开出现悬空处和高度不一样的错层。u若必需抽柱而无法贯穿落地，应合理设置转换构件，支撑和剪力墙等抗侧力结构更应上下贯穿并落地。u结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。u多层房屋设地下室的时候，钢结构宜延长至地下室。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1414国家级精品课程钢结构设计u结构平面布置（一般原则）结构平面布置（一般原则）u应首选由光滑曲线构成的平面形式，以削减风压作用。应首选由光滑曲线构成的平面形式，以削减风压作用。u 圆形、椭圆形等流线型平面，与矩形平面比较
12、，风荷载体型系数大圆形、椭圆形等流线型平面，与矩形平面比较，风荷载体型系数大约削减约削减30%30%。u尽可能地接受中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避开在风荷尽可能地接受中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避开在风荷载作用下的扭转振动。载作用下的扭转振动。u 常用截面形式：方形、圆形、椭圆形、矩形、正多边形。常用截面形式：方形、圆形、椭圆形、矩形、正多边形。u需抗震设防时平面尺寸关系应符合表需抗震设防时平面尺寸关系应符合表5-25-2的要求。的要求。u进行平面设计时，应尽量避开以下平面不规则结构：进行平面设计时，应尽量避开以下平面不规则结构：u 扭转不规则；凹凸不规则；楼面不连续或刚度
13、突变：扭转不规则；凹凸不规则；楼面不连续或刚度突变：u 框筒结构接受矩形平面形式时，应限制其平面长度比小于框筒结构接受矩形平面形式时，应限制其平面长度比小于1.51.5；因风荷；因风荷 u 载平行于矩形平面的短边时会产生严峻的剪切滞后现象，不能充分载平行于矩形平面的短边时会产生严峻的剪切滞后现象，不能充分发发 u 挥框筒作为立体构件的空间作用。（不满足时，宜接受束筒结构）挥框筒作为立体构件的空间作用。（不满足时，宜接受束筒结构）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1515国家级精品课程钢结构设计u结构竖向布置（一般原则）结构
14、竖向布置（一般原则）u使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接近重合；u各层的刚度中心应接近在同一竖直线上；u要强调建筑开间、进深的尽量统一；u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：设防烈度6，789最大高宽比6.56.05.5高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑的舒适感有重要影响。u尽量避开出现竖向不规则结构。第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1616国家级精品课程钢结构设计u结构竖向布置结构竖向布置u竖向不规则结构1)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%。侧向刚度
15、ki 的突变第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1717国家级精品课程钢结构设计u结构竖向布置结构竖向布置u竖向不规则结构2)相邻楼层质量之比超过1.5；3)立面收进尺寸的比例为L1/L 0.75；竖向剖面及立面收进的竖向不规则第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1818国家级精品课程钢结构设计u结构竖向布置结构竖向布置u竖向不规则结构4)竖向抗侧力构件不连续;5)任一楼层抗侧力构件按实际截面和材料强度标准值计算所得的的总受剪承载 力小于其相邻上层受剪承载
16、力的80。竖向抗侧力构件不连续示例竖向抗侧力结构受剪承载力非匀整化（有薄弱层）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置1919国家级精品课程钢结构设计u框筒结构布置框筒结构布置u 框筒结构高宽比不宜小于3；（更好地发挥框筒的立体作用）u 框筒平面宜接近正方形、圆形或正三角形，框筒的平面边长不宜大于45m；u （否则剪力滞后现象会较严峻）u 框筒柱距一般为1.03.0m，且不宜超过4.5m和层高。u 角柱应接受方箱形柱，限制角柱截面积为非角柱的1.5倍左右。u 框筒为方形、矩形平面时，宜将其作成切角方形、矩形；（以削减角柱受力u
17、和剪力滞后现象）u 外筒布置同框筒的前两项；u 内外筒之间的进深一般限制在1016m之间，内筒的边长不宜小于相应外框u 筒边长的1/3；u 内筒高宽比大约在12左右，不宜超过15；u 内筒亦为框筒时，其柱距宜与外框筒柱距相同，且在每层楼盖处都设置钢梁u 将相应内外柱相连接。u筒中筒结构布置筒中筒结构布置第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置2020国家级精品课程钢结构设计u 为了提高内外筒的整体性能以及缓解剪力滞后，可设置帽桁架和腰桁架；u 腰桁架一般布置于设备层；u 帽桁架和腰桁架一般是由相互正交的两组桁架构成，等距满布于建
18、筑物的横 (纵)向。u筒中筒结构布置筒中筒结构布置u敷设地下室；（补偿基础、增大结构抗侧倾实力）u有抗震设防时，高层结构部分的基础埋深宜一样、不宜接受局部地下室；u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）u 1）接受自然地基时，不宜小于H15 u 2）接受桩基时，不宜小于H20 u H：室外地坪至屋顶檐口的高度u当有牢靠依据时，基础埋深可适当减小。u基础埋深的考虑基础埋深的考虑第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置国家级精品课程钢结构设计21 小结：小结：u 多（高）层房屋钢结构的结构体系选用u 多（高）层房屋钢结构的结构布置 平面布置（不规则结构）竖向布置（不规则结构）第第1313讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系选用及结构布置结构体系选用及结构布置