1、2023年7月2日星期日第第9章多高层房屋结构章多高层房屋结构本章目本章目录录基本要基本要求求9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 高层钢结构的计算特点高层钢结构的计算特点9.3 9.3 压型钢板组合楼（屋压型钢板组合楼（屋)盖结构盖结构9.4 9.4 构件及连接的设计特点构件及连接的设计特点1 1了解多、高层钢结构的结构体系和特点及了解多、高层钢结构的结构体系和特点及组合楼盖的设计。组合楼盖的设计。2 2掌握高层钢结构的设计。掌握高层钢结构的设计。第第9.19.1节节 概述概述1.1.多、高层钢结构的特点多、高层钢结构的特点2.2.高层建筑钢结构的结构体系高层建筑钢结构的结构体系1.1.了
2、解多、高层钢结构的特点了解多、高层钢结构的特点2.2.了解常用的高层建筑钢结构的结构体系了解常用的高层建筑钢结构的结构体系本节目本节目录录基本要基本要求求9.1.1 9.1.1 多、高层钢结构的特多、高层钢结构的特点点 世界上第一幢高层钢结构是美国芝加哥的家庭保险公司世界上第一幢高层钢结构是美国芝加哥的家庭保险公司大楼大楼(10(10层，高层，高5555m)，建于，建于18841884年。年。20 20世纪开始，钢结构高层建筑在美国大量建成，最具代世纪开始，钢结构高层建筑在美国大量建成，最具代表性的有：表性的有：l02 l02层、高层、高381381m的纽约帝国大厦的纽约帝国大厦(图图9.1.
3、1)9.1.1)110 110层、高层、高411411m的世界贸易中心的世界贸易中心 目前世界上最高的钢结构建筑为目前世界上最高的钢结构建筑为110110层、高层、高443443m的芝加的芝加哥西尔斯大厦哥西尔斯大厦(图图9.1.2)9.1.2)。图图9.1.1图图9.1.2 我国现代高层建筑钢结构自我国现代高层建筑钢结构自8080年代中期起步，第一幢高年代中期起步，第一幢高层建筑钢结构为层建筑钢结构为4343层、高层、高165165m的深圳发展中心大厦（图的深圳发展中心大厦（图9.1.39.1.3）。此后，较具代表性有：）。此后，较具代表性有：44 44层、高层、高144144m的上海希尔顿
4、饭店的上海希尔顿饭店 60 60层、高层、高208208m的北京京广中心的北京京广中心 81 81层、高层、高325325m的深圳地王大厦（图的深圳地王大厦（图9.1.49.1.4）88 88层、高层、高420.5420.5m的金茂大厦的金茂大厦 1998 1998年底，我国颁布高层民用建筑钢结构技术规程年底，我国颁布高层民用建筑钢结构技术规程（JGJ99999898）。）。图图9.1.3图图9.1.4图图9.1.5 钢结构住宅钢结构住宅高层钢结构建筑的高层钢结构建筑的特点特点主要表现在：主要表现在：(1)(1)自重轻自重轻 (2)(2)抗震性能好抗震性能好 (3)(3)有效使用面积高有效使用
5、面积高 (4)(4)建造速度快建造速度快 (5)(5)防火性能差防火性能差 9.1.2 9.1.2 高层建筑钢结构的结构体系高层建筑钢结构的结构体系 常用的高层建筑钢结构的常用的高层建筑钢结构的结构体系结构体系主要有：主要有：框架结构体系框架结构体系 框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 框架框架支撑结构体系支撑结构体系 框架框架核心筒结构体系及筒体体系核心筒结构体系及筒体体系 (1)(1)框架结构体系框架结构体系 纯框架结构一般适用于层数纯框架结构一般适用于层数3030的的高层钢结构，如图高层钢结构，如图9.1.59.1.5。框架结构的平面布置灵活，可为框架结构的平面布置灵活，可为建筑提供较
6、大的室内空间，且结构各部建筑提供较大的室内空间，且结构各部分刚度比较均匀。框架结构有较大延性，分刚度比较均匀。框架结构有较大延性，自震周期较长，因而对地震作用不敏感，自震周期较长，因而对地震作用不敏感，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，抗震性能好。但框架结构的侧向刚度小，由于侧向位移大，易引起非结构构件的由于侧向位移大，易引起非结构构件的破坏。破坏。图图9.1.5 (2)(2)框架框架剪力墙结构体系剪力墙结构体系 在框架结构中布置一定数量的剪力在框架结构中布置一定数量的剪力墙可以组成框架墙可以组成框架剪力墙结构体系，如图剪力墙结构体系，如图9.1.69.1.6。这种结构以剪力墙作为抗侧力结构
7、，这种结构以剪力墙作为抗侧力结构，既具有框架结构平面布置灵活、使用方便既具有框架结构平面布置灵活、使用方便的特点，又有较大的刚度，可用于的特点，又有较大的刚度，可用于40406060层的高层钢结构。层的高层钢结构。剪力墙按其材料和结构的形式可分剪力墙按其材料和结构的形式可分为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪为钢筋混凝土剪力墙、钢筋混凝土带缝剪力墙和钢板剪力墙等。力墙和钢板剪力墙等。图图9.1.6 (3)(3)框架框架支撑结构体系支撑结构体系 框架框架支撑结构体系由沿竖向或横向布置的支撑支撑结构体系由沿竖向或横向布置的支撑桁架结构和框架构成，是高层建筑钢结构中应用最多的桁架结构和框架构成，是高
8、层建筑钢结构中应用最多的一种结构体系，一般适用于一种结构体系，一般适用于40406060层的高层建筑。层的高层建筑。它的特点是框架与支撑系统协同工作，竖向支撑它的特点是框架与支撑系统协同工作，竖向支撑桁架起剪力墙的作用，承担大部分水平剪力。在罕遇地桁架起剪力墙的作用，承担大部分水平剪力。在罕遇地震中，若支撑系统破坏，尚可内力重分布由框架承担水震中，若支撑系统破坏，尚可内力重分布由框架承担水平力，即所谓两道抗震设防。平力，即所谓两道抗震设防。支撑应沿房屋的两个方向布置，狭长形截面的建支撑应沿房屋的两个方向布置，狭长形截面的建筑也可布置在短边。设计时可根据建筑物高度及水平力筑也可布置在短边。设计时
9、可根据建筑物高度及水平力作用情况调整支撑的数量、刚度及形式。作用情况调整支撑的数量、刚度及形式。支撑一般沿同一竖向柱距内连续布置，见图支撑一般沿同一竖向柱距内连续布置，见图9.1.7(a)9.1.7(a)。这种布置方式层间刚度变化较均匀，适合地震区；当不考虑这种布置方式层间刚度变化较均匀，适合地震区；当不考虑抗震时，若立面布置需要，亦可交错布置，图抗震时，若立面布置需要，亦可交错布置，图9.1.7(b)9.1.7(b)；在；在高度较大的建筑中，若支撑桁架的高宽比太大，为增加支撑高度较大的建筑中，若支撑桁架的高宽比太大，为增加支撑桁架的宽度，亦可布置在几个跨间，图桁架的宽度，亦可布置在几个跨间，
10、图9.1.7(c)9.1.7(c)。图图9.1.7(a)(b)(c)(4)(4)框架框架核心筒结构体系核心筒结构体系 若将框架若将框架剪力墙结构体系中的剪力墙结剪力墙结构体系中的剪力墙结构设置于内筒的四周形成封闭的核心筒体，而构设置于内筒的四周形成封闭的核心筒体，而外围钢框架柱柱网较密，就形成了框架外围钢框架柱柱网较密，就形成了框架核心核心筒体系，见图筒体系，见图9.1.89.1.8。这种结构形式近年来被大量采用，中心这种结构形式近年来被大量采用，中心筒既可采用钢结构亦可采用钢筋混凝土结构，筒既可采用钢结构亦可采用钢筋混凝土结构，核心筒体承担全部或大部分水平力及扭转力。核心筒体承担全部或大部分
11、水平力及扭转力。楼面多采用钢梁、压型钢板与现浇混凝土组成楼面多采用钢梁、压型钢板与现浇混凝土组成的组合结构，与内外筒均有较好的连接，水平的组合结构，与内外筒均有较好的连接，水平荷载将通过刚性楼面传递到核心筒。荷载将通过刚性楼面传递到核心筒。图图9.1.8(5)(5)筒体结构体系筒体结构体系 筒体结构是超高层建筑中受力筒体结构是超高层建筑中受力性能较好的结构体系，适用于性能较好的结构体系，适用于9090层左层左右的高层钢结构建筑。筒体结构由内右的高层钢结构建筑。筒体结构由内外两个筒体多个筒体结构组合而成，外两个筒体多个筒体结构组合而成，前者称筒中筒体系，见图前者称筒中筒体系，见图9.1.9(a)
12、9.1.9(a)，后者称束筒体系，见图后者称束筒体系，见图9.1.9(b)9.1.9(b)。各。各个筒体共同抵抗水平力，具有很好的个筒体共同抵抗水平力，具有很好的空间整体作用。空间整体作用。图图9.1.9第第9.29.2节节 高层钢结构的计算特点高层钢结构的计算特点1.1.结构荷载结构荷载2.2.结构设计结构设计1.1.掌握高层钢结构的荷载及抗震设计掌握高层钢结构的荷载及抗震设计2.2.了解高层钢结构的设计了解高层钢结构的设计本节目本节目录录基本要基本要求求9.2.1 9.2.1 结构荷载结构荷载 高层钢结构多为超高层建筑，高层钢结构多为超高层建筑，水平荷载较大水平荷载较大是其设计的是其设计的
13、特点。水平荷载包括风荷载和地震荷载。特点。水平荷载包括风荷载和地震荷载。9.2.1.2 9.2.1.2 竖向荷载竖向荷载 竖向荷载主要是永久荷载竖向荷载主要是永久荷载(结构自重结构自重)和活荷载。和活荷载。这里，楼面和屋面活荷载以及雪荷载的标准值及其准这里，楼面和屋面活荷载以及雪荷载的标准值及其准永久性系数等，应按建筑结构荷载规范的有关条文取值。永久性系数等，应按建筑结构荷载规范的有关条文取值。对某些未作具体规定的屋面或楼面活荷载如直升飞机对某些未作具体规定的屋面或楼面活荷载如直升飞机平台荷载等，应根据高层建筑钢结构技术规程以及其他平台荷载等，应根据高层建筑钢结构技术规程以及其他有关规定采用。
14、有关规定采用。高层建筑中，活荷载值与永久荷载值相比不大，因而高层建筑中，活荷载值与永久荷载值相比不大，因而计算时，一般对楼面和屋面活荷载可不作最不利布置工况计算时，一般对楼面和屋面活荷载可不作最不利布置工况的选择，即的选择，即按各跨满载简化计算按各跨满载简化计算。但当活荷载较大时，需。但当活荷载较大时，需将简化算得的框架梁的将简化算得的框架梁的跨中弯矩跨中弯矩计算值乘以计算值乘以1.11.11.21.2的系的系数；数；梁端弯矩值梁端弯矩值乘以乘以1.051.051.11.1的系数予以提高。的系数予以提高。当施工中采用附墙塔、爬塔等对结构有影响的起重机当施工中采用附墙塔、爬塔等对结构有影响的起重
15、机械或其他设备时，在结构设计中应进行施工阶段验算。械或其他设备时，在结构设计中应进行施工阶段验算。9.2.1.2 9.2.1.2 风荷载风荷载 作用在高层建筑任意高度处的风荷载标准值作用在高层建筑任意高度处的风荷载标准值 ，应按，应按下式计算：下式计算：式中式中 任意高度处的风荷载标准值任意高度处的风荷载标准值(kN/m2)；高层建筑基本风压高层建筑基本风压(kN/m2)；风压高度变化系数；风压高度变化系数；风荷载体型系数；风荷载体型系数；顺风向顺风向 高度处的风振系数。高度处的风振系数。以上参数的取值，可按照建筑结构荷载规范或以上参数的取值，可按照建筑结构荷载规范或高层建筑钢结构技术规程的有
16、关规定取用。高层建筑钢结构技术规程的有关规定取用。9.2.1.3 9.2.1.3 地震作用地震作用(1)(1)一般计算原则一般计算原则采用采用两阶段设计法两阶段设计法：第一阶段按第一阶段按多遇多遇地震计算，第二阶段按地震计算，第二阶段按罕遇罕遇地震计算地震计算注意：注意：当高层建筑当高层建筑主体结构顶部主体结构顶部有突出的小体型建筑有突出的小体型建筑(如电梯机房等如电梯机房等)时，应计入时，应计入“鞭梢效应鞭梢效应”。一般可根据小。一般可根据小体型建筑作为独立体时的自振周期体型建筑作为独立体时的自振周期 与主体建筑的基本与主体建筑的基本周期周期 的比例，分别按下列规定处理：的比例，分别按下列规
17、定处理：（1 1）当）当 时，可假定主体建筑为等截面沿时，可假定主体建筑为等截面沿高度延伸至小体型建筑的顶部，以此计算风振系数。高度延伸至小体型建筑的顶部，以此计算风振系数。（2 2）当）当 时，其风振系数按风振理论进行时，其风振系数按风振理论进行计算。计算。第一阶段应考虑下列原则：第一阶段应考虑下列原则：通常情况下，应在结构的两个主轴方向分别计入通常情况下，应在结构的两个主轴方向分别计入水平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向水平地震作用，各方向的水平地震作用应全部由该方向的抗侧力构件承担；的抗侧力构件承担；当有斜交抗侧力构件时，应分别计入各抗侧力构当有斜交抗侧力构件时，应分别计入各
18、抗侧力构件方向的水平地震作用，件方向的水平地震作用，质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应计入质量和刚度明显不均匀、不对称的结构，应计入水平地震作用的扭转效应；水平地震作用的扭转效应；按按9 9度抗震设防的高层建筑钢结构，或者按度抗震设防的高层建筑钢结构，或者按8 8度和度和9 9度抗震设防的大跨度和长悬臂构件，应计入竖向地震作度抗震设防的大跨度和长悬臂构件，应计入竖向地震作用。用。(2)(2)高层建筑钢结构的设计反应谱高层建筑钢结构的设计反应谱 高层建筑钢结构的设计反应谱，取阻尼比为高层建筑钢结构的设计反应谱，取阻尼比为0.020.02，地震影，地震影响系数响系数曲线如图曲线如图9.2.19
19、.2.1所示。所示。图图9.2.1高层建筑钢结构的地震影响系数高层建筑钢结构的地震影响系数-地震影响系数地震影响系数;max-地震影响系数最大值；地震影响系数最大值；T-结构自振周期；结构自振周期；Tg 场地特征周期抗震设计水平地震影响系数最大值场地特征周期抗震设计水平地震影响系数最大值1.351.35maxmaxmaxmax0.450.45maxmax0.20.2maxmax0.010.01T Tg g2T2Tg g3.03.06.06.0T(s)T(s)（T T）=T TmaxmaxT Tg g（）？值应根据近震、远震、场地类别及结构自振周期值应根据近震、远震、场地类别及结构自振周期计算，
20、计算，及特征用期及特征用期 按表按表9.19.1和表和表9.29.2的规定采用。的规定采用。0.650.400.300.20近震近震场地类别场地类别0.850.550.400.25远震远震4321特征周期特征周期表表9-20.320.160.080.049876烈度烈度抗震设计水平地震影响系数最大值抗震设计水平地震影响系数最大值表表9-1maxa a系数系数 按下列公式确定：按下列公式确定：当当 时，时，当当 时，时，当当 时，时，值不小于值不小于 当主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构时，地震影当主要抗侧力构件为钢筋混凝土结构时，地震影响系数应按建筑抗震设计规范的有关规定采用。响系数应按建筑抗震设
21、计规范的有关规定采用。(3)(3)水平地震作用计算水平地震作用计算 高层建筑钢结构的高层建筑钢结构的地震作用计算方法地震作用计算方法有：有：底部剪力法底部剪力法 振型分解反应谱法振型分解反应谱法 时程分析法时程分析法 高层建筑钢结构应根据不同情况，分别采用不同的高层建筑钢结构应根据不同情况，分别采用不同的地震作用计算方法。地震作用计算方法。底部剪力法底部剪力法 底部剪力法适用于高度不大于底部剪力法适用于高度不大于6060m 且平面和竖向较且平面和竖向较规则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载规则的高层建筑。底部剪力法根据建筑物的总重力荷载计算结构底部的总剪力，然后按一定的比例分配到各楼
22、计算结构底部的总剪力，然后按一定的比例分配到各楼层。得到各楼层的水平地震作用后，即可按静力方法计层。得到各楼层的水平地震作用后，即可按静力方法计算结构的内力。算结构的内力。采用底部剪力法计算水平地震作用时，各楼层可仅采用底部剪力法计算水平地震作用时，各楼层可仅按一个自由度计算，见图按一个自由度计算，见图9.2.39.2.3。与结构的总水平地震作用等效的底部剪力标准值按与结构的总水平地震作用等效的底部剪力标准值按照下式计算：照下式计算：底部剪力法计算简图底部剪力法计算简图FiFnF0图图9.2.3GnGiFEkHiH 在质量沿高度分布基本均匀、刚度沿高度分布在质量沿高度分布基本均匀、刚度沿高度分
23、布基基 本均匀或向上均匀减小的结构中，各层水平地震作本均匀或向上均匀减小的结构中，各层水平地震作用用 标准值按下式比例分配：标准值按下式比例分配：顶部附加水平地震作用标准值为：顶部附加水平地震作用标准值为：相应于结构基本自振周期相应于结构基本自振周期 (按按s计计)的水平地震影响系数；的水平地震影响系数；结构的等效总重力荷载结构的等效总重力荷载,取总重力取总重力荷荷 载代表值的载代表值的8080；分别为第分别为第i、j层重力荷载代表值；层重力荷载代表值；Hi、Hj分别为第分别为第i、j层楼盖距底部固定端层楼盖距底部固定端 的高度；的高度；Fi第第i i层的水平地震作用标准值；层的水平地震作用标
24、准值；式中：式中：顶部附加地震作用系数；顶部附加地震作用系数；顶部附加水平地震作用；顶部附加水平地震作用；结构的基本自振周期；结构的基本自振周期；结构的基本自振周期，可按下列经验公式估算：结构的基本自振周期，可按下列经验公式估算：或者，对于重量及刚度分布比较均匀的结构，可用下或者，对于重量及刚度分布比较均匀的结构，可用下式近似计算：式近似计算：结构顶层假想侧移（结构顶层假想侧移（m)，即假想将结构，即假想将结构各层的重力荷载作为楼层的集中水平力，按弹性静力方各层的重力荷载作为楼层的集中水平力，按弹性静力方法计算得到的顶层侧移值。法计算得到的顶层侧移值。计算周期修正系数，可取计算周期修正系数，可
25、取 。采用底部剪力法时，突出屋面小塔楼的地震作用效采用底部剪力法时，突出屋面小塔楼的地震作用效应宜乘以增大系数应宜乘以增大系数3 3。增大影响宜向下考虑。增大影响宜向下考虑1 12 2层，但不层，但不再往下传递。再往下传递。振型分解反应谱法振型分解反应谱法 不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构，宜不符合底部剪力法适用条件的其他高层钢结构，宜采用振型分解反应谱法。采用振型分解反应谱法。对体型比较规则、简单，可不计扭转影响的结构，对体型比较规则、简单，可不计扭转影响的结构，振型分解反应谱法仅考虑平移作用下的地震效应组合，振型分解反应谱法仅考虑平移作用下的地震效应组合，沿主轴方向，结构第沿主轴方
26、向，结构第j j振型第振型第i i质点的水平地震作用标准质点的水平地震作用标准值，按下列公式计算：值，按下列公式计算：式中：式中：相应于相应于j j振型计算周期振型计算周期 的地震影响系数；的地震影响系数；j振型的参与系数；振型的参与系数；j振型振型Z质点的水平相对位移。质点的水平相对位移。根据各振型的水平地震作用标准值根据各振型的水平地震作用标准值Fji，即可按下，即可按下式计算水平地震作用效应式计算水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴力和变形弯矩、剪力、轴力和变形):):在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时，在复杂体型或不能按平面结构假定进行计算时，应按空间协同工作或空间结构计算空间振型。
27、应按空间协同工作或空间结构计算空间振型。水平地震作用效应；水平地震作用效应；j 振型水平地震作用产生的效应，可只取前振型水平地震作用产生的效应，可只取前 2 23 3个振型。当基本自振周期个振型。当基本自振周期1.5s时或房时或房 屋高宽比屋高宽比5 5时，振型个数可适当增加。时，振型个数可适当增加。式中式中 时程分析法时程分析法 竖向特别不规则的建筑及高度较大的建筑，宜采竖向特别不规则的建筑及高度较大的建筑，宜采用时程分析法进行补充验算。用时程分析法进行补充验算。采用时程分析法计算结构的地震反应时，应输入采用时程分析法计算结构的地震反应时，应输入典型的地震波进行计算。场地特征的地震加速度波典
28、型的地震波进行计算。场地特征的地震加速度波不能少于不能少于4 4条，其中宜包括一条本地区历史上发生地条，其中宜包括一条本地区历史上发生地震时的实测记录波。地震波的持续时间不宜过短，震时的实测记录波。地震波的持续时间不宜过短，宜取宜取10102020s或更长。或更长。9.2.2 9.2.2 结构设计结构设计9.2.2.1 9.2.2.1 一般原则一般原则 (1)(1)内力与位移一般采用弹性方法计算。对罕遇内力与位移一般采用弹性方法计算。对罕遇地震作用，采用弹塑性方法进行分析。地震作用，采用弹塑性方法进行分析。(2)(2)一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。
29、对于整体性较差、或楼面有大开孔、有较长外伸段或对于整体性较差、或楼面有大开孔、有较长外伸段或相邻层刚度有突变的面，宜采用楼板平面内的实际刚相邻层刚度有突变的面，宜采用楼板平面内的实际刚度（或者，按刚性楼面计算，但对所得结果进行调整）度（或者，按刚性楼面计算，但对所得结果进行调整）(3)(3)进行弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板进行弹性分析时，宜考虑现浇钢筋混凝土楼板与钢梁的共同工作。当进行弹塑性分析时，由于楼板可与钢梁的共同工作。当进行弹塑性分析时，由于楼板可能严重开裂，因此，不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。能严重开裂，因此，不宜考虑楼板与钢梁的共同工作。在进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼
30、盖中梁的在进行框架弹性分析时，压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩可取为：当两侧有楼板时，取惯性矩可取为：当两侧有楼板时，取1.5 1.5 ；当仅一侧有；当仅一侧有楼板时，取楼板时，取1.2 1.2 。为钢梁的惯性矩。为钢梁的惯性矩。(4)(4)当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、当结构布置规则、质量及刚度沿高度分布均匀、不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；不计扭转效应时，可采用平面结构计算模型；当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成当结构平面或立面不规则、体型复杂、无法划分成平面抗例力单元或为简体结构时，应采用空间结构计算平面抗例力单元或为简体结构时，应采用空间结构计算模型。模型。(
31、5)(5)在计算结构的内力和位移时在计算结构的内力和位移时,一般不考虑梁的一般不考虑梁的轴向变形，但应考虑梁、柱的剪切变形。当梁同时作为轴向变形，但应考虑梁、柱的剪切变形。当梁同时作为腰桁架或帽桁架的弦杆时，应计人轴力的影响。腰桁架或帽桁架的弦杆时，应计人轴力的影响。(6)(6)钢框架钢框架剪力墙体系中剪力墙体系中,现浇竖向连续钢筋混现浇竖向连续钢筋混凝土剪力墙的计算应计入墙的弯曲变形、剪切变形和轴凝土剪力墙的计算应计入墙的弯曲变形、剪切变形和轴向变形。向变形。当钢筋混凝土剪力墙具有比较规则的开孔时，可当钢筋混凝土剪力墙具有比较规则的开孔时，可按带刚域的框架计算；当具有复杂开孔时，宜采用平面按
32、带刚域的框架计算；当具有复杂开孔时，宜采用平面有限元法计算。有限元法计算。(7)(7)柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接柱间支撑两端应为刚性连接，但可按两端铰接连接计算。若采用偏心支撑，由于耗能梁段在大震时将连接计算。若采用偏心支撑，由于耗能梁段在大震时将首先屈服，计算时应取为单独单元。首先屈服，计算时应取为单独单元。9.2.2.2 9.2.2.2 内力与位移计算内力与位移计算 高层建筑钢结构功能复杂、体型多样、受力复杂且杆件高层建筑钢结构功能复杂、体型多样、受力复杂且杆件数量众多。因此，在进行结构的静、动力分析时，一般都应借数量众多。因此，在进行结构的静、动力分析时，一般都应借助电子计
33、算机来完成。助电子计算机来完成。若是在初设阶段进行截面的预估，也可参考有关资料和若是在初设阶段进行截面的预估，也可参考有关资料和手册采用一些近似计算方法，如手册采用一些近似计算方法，如分层法分层法、D D值法、空间协同工值法、空间协同工作分析、等效角柱法、等效截面法作分析、等效角柱法、等效截面法以及以及展开平面框架法展开平面框架法等。等。当进行高层钢结构的内力与位移分析时，尚应注意以下当进行高层钢结构的内力与位移分析时，尚应注意以下几个问题；几个问题；(1)(1)高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用H H形和箱形，梁形和箱形，梁柱连接节点城的柱连接节点城的剪切变
34、形剪切变形对内力的影响较小，计算时可以对内力的影响较小，计算时可以不考不考虑虑。但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般可达可达10102020。因此，分析时应计入梁柱节点域剪切变。因此，分析时应计入梁柱节点域剪切变形对高层建筑钢结构位移的影响。由于用精确方法计算比形对高层建筑钢结构位移的影响。由于用精确方法计算比较困难，在工程设计中，可采用近似方法考虑其影响。即较困难，在工程设计中，可采用近似方法考虑其影响。即可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可可将梁柱节点域当作一个单独的单元进行结构分析，也可按下列规定作近似计算：按下列规定
35、作近似计算：对于箱形截面柱框架，可将梁柱节点域当作刚域，对于箱形截面柱框架，可将梁柱节点域当作刚域，刚域的尺寸取节点域尺寸的一半。刚域的尺寸取节点域尺寸的一半。对工字形截面柱框架，可先按结构轴线尺寸进行分对工字形截面柱框架，可先按结构轴线尺寸进行分析，然后进行修正。析，然后进行修正。(2)(2)高层建筑钢结构的高层建筑钢结构的P-P-效应较强，一般应验算结效应较强，一般应验算结构的整体稳定性。但根据理论分折和实例计算，若将结构构的整体稳定性。但根据理论分折和实例计算，若将结构的层间位移限制在一定范围内，的层间位移限制在一定范围内，就能控制二阶效应对结构就能控制二阶效应对结构极限承载能力的影响。
36、故钢结构设计规范规定，框架极限承载能力的影响。故钢结构设计规范规定，框架结构可采用一阶弹性分析，当满足下面的规定时，宜采用结构可采用一阶弹性分析，当满足下面的规定时，宜采用二阶弹性分析。二阶弹性分析。所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；所计算楼层各柱轴心压力设计值之和；产生层间侧移的所计算楼层及以上各层的水产生层间侧移的所计算楼层及以上各层的水平力之和；平力之和；uu按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移。按一阶弹性分析求得的所计算楼层的层间侧移。当用来确定是否采用二阶分析时，可近似取层间相对当用来确定是否采用二阶分析时，可近似取层间相对 位移的容许值位移的容许值u（等于（等于h/400）代替
37、；）代替；h h所计算楼层的高度。所计算楼层的高度。式中：式中：为了考虑结构或构件的各种初始缺陷对内力的影响，为了考虑结构或构件的各种初始缺陷对内力的影响，此时应该在每层柱顶附加考虑由下式计算的假想水平此时应该在每层柱顶附加考虑由下式计算的假想水平力力 ：式中式中 第第i i楼层的总重力荷载设计值；楼层的总重力荷载设计值；框架总层数；框架总层数；钢材强度影响系数，对钢材强度影响系数，对Q235、Q345、Q390和和Q420分别采用分别采用1.0、1.1、1.2和和1.25。框架柱采用二阶弹性分析方法设计时，计算长度系数框架柱采用二阶弹性分析方法设计时，计算长度系数取为取为1.01.0。对无支
38、撑纯框架，采用二阶弹性分析时对无支撑纯框架，采用二阶弹性分析时,各杆件杆端弯各杆件杆端弯矩用下式近似计算：矩用下式近似计算：式中式中 假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的 各杆杆端弯矩；各杆杆端弯矩；框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆 杆端弯矩；杆端弯矩；考虑二阶效应第考虑二阶效应第i i层杆件的侧移弯矩增大系数层杆件的侧移弯矩增大系数+=高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求：高层建筑钢结构构件承载力应满足下式的要求：非抗震设计时：非抗震设计时：抗震设计时：抗震设计时：结构构件承载力的抗震调整系数。按照下结构
39、构件承载力的抗震调整系数。按照下表采用。表采用。9.2.2.3 9.2.2.3 承载力验算承载力验算1.00.900.900.900.850.80节点焊缝节点焊缝节点螺栓节点螺栓节点节点支支撑撑柱柱梁梁构件名称构件名称表表9-39.2.2.4 9.2.2.4 位移限制位移限制 (1)(1)不考虑地震作用时不考虑地震作用时，结构在风荷载作用下，顶点，结构在风荷载作用下，顶点质心位置的侧移不宜超过建筑高度的质心位置的侧移不宜超过建筑高度的1/5001/500，质心层间侧，质心层间侧移不宜超过楼层高度的移不宜超过楼层高度的1/4001/400。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧力构件的高层钢对于以钢筋混
40、凝土结构为主要抗侧力构件的高层钢结构的位移，应符合现行国家标准高层建筑混凝土结构结构的位移，应符合现行国家标准高层建筑混凝土结构技术规程的有关规定，但在保证主体结构不开裂和装修技术规程的有关规定，但在保证主体结构不开裂和装修材料不出现较大破坏的情况下，可适当放宽。材料不出现较大破坏的情况下，可适当放宽。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.21.2倍。倍。(2)(2)第一阶段抗震设计时第一阶段抗震设计时，其层间侧移标准值不得超，其层间侧移标准值不得超过结构层高的过结构层高的1/2501/250。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧。对于以钢筋混凝土结
41、构为主要抗侧力构件的结构，其侧移值应符合高层建筑混凝土结构力构件的结构，其侧移值应符合高层建筑混凝土结构技术规程的规定。结构平面端部构件最大侧移不得超过技术规程的规定。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的质心侧移的1.31.3倍。倍。(3)(3)第二阶段抗震设计时第二阶段抗震设计时，其结构层间侧移不得超过，其结构层间侧移不得超过层高的层高的1/701/70，结构层间侧移延性比不得大于下表的规定。，结构层间侧移延性比不得大于下表的规定。2.0有混凝土剪力墙的钢框架有混凝土剪力墙的钢框架2.5中心支撑框架中心支撑框架3.0偏心支撑框架偏心支撑框架3.5钢框架钢框架层间侧移延性比层间侧移延性比
42、结构类别结构类别表表9-4第第9.39.3节节 压型钢板组合楼（屋）盖结构压型钢板组合楼（屋）盖结构1.1.组合楼板的设计要求组合楼板的设计要求2.2.组合梁的设计要求组合梁的设计要求1.1.了解压型钢板组合楼板的验算方法了解压型钢板组合楼板的验算方法2.2.了解组合梁的设计要求了解组合梁的设计要求本节目本节目录录基本要基本要求求9.3.1 9.3.1 组合楼板的设计要求组合楼板的设计要求 使用压型钢板组合楼板，有利于各种复杂管线系统使用压型钢板组合楼板，有利于各种复杂管线系统的铺设，在施工过程中，无传统模板支模拆模的繁琐作的铺设，在施工过程中，无传统模板支模拆模的繁琐作业。业。组合楼盖常用的
43、压型钢板一般由厚组合楼盖常用的压型钢板一般由厚0.80.81.01.0mm的的热镀锌薄板成型，长度为热镀锌薄板成型，长度为8 81212m。各块压型钢板之间应。各块压型钢板之间应用紧固件将其连成整体。安装时，压型钢板表面的油污用紧固件将其连成整体。安装时，压型钢板表面的油污应清除，避免长期显露而生锈。应清除，避免长期显露而生锈。对处于较严重腐蚀环境下的建筑，不宜采用压型钢对处于较严重腐蚀环境下的建筑，不宜采用压型钢板组合楼盖体系。板组合楼盖体系。设计时，压型钢板可以有三种形式：设计时，压型钢板可以有三种形式：压型钢板只作为永久性模板使用；压型钢板只作为永久性模板使用；压型钢板既是模板又作为底面
44、受拉配筋，即组合压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋，即组合楼板；楼板；压型钢板承受全部静荷载和活荷载。压型钢板承受全部静荷载和活荷载。其中、两种是目前采用最多的。其中、两种是目前采用最多的。当仅作为永久性模板使用时，压型钢板承受施工荷当仅作为永久性模板使用时，压型钢板承受施工荷载和混凝土的重量。混凝土达到设计强度后，单向密肋钢载和混凝土的重量。混凝土达到设计强度后，单向密肋钢筋混凝土板即承受全部荷载。这种形式的楼板在使用阶段筋混凝土板即承受全部荷载。这种形式的楼板在使用阶段属于非组合板，可按一般钢筋混凝土楼板进行设计。属于非组合板，可按一般钢筋混凝土楼板进行设计。对同时兼作模板和受拉配筋的压型
45、钢板组合楼板的对同时兼作模板和受拉配筋的压型钢板组合楼板的设计，应分施工阶段和使用阶段进行验算。设计，应分施工阶段和使用阶段进行验算。施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板，应按弹施工阶段压型钢板作为浇注混凝土的模板，应按弹性设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求，性设计方法验算压型钢板的强度和刚度。若不满足要求，应考虑设置临时支撑。应考虑设置临时支撑。（1 1）抗弯强度验算）抗弯强度验算9.3.1.1 9.3.1.1 施工阶段压型钢板的验算施工阶段压型钢板的验算 Bbc21图图9.3.1单元宽度单元宽度B B范围内，由混凝土和钢板自重以及范围内，由混凝土和钢板自重以及 施工荷载作用引起
46、的弯矩设计值；施工荷载作用引起的弯矩设计值；分别为压型钢板在单元宽度分别为压型钢板在单元宽度B B范围内对范围内对1 1点和点和2 2 点的截面模量；当压型钢板受压部分的宽度点的截面模量；当压型钢板受压部分的宽度b bc c 超过有效宽度超过有效宽度b be e(b(be e5050t,t为压型钢板的厚度为压型钢板的厚度)时，受压部分取有效宽度时，受压部分取有效宽度be计算截面模量。计算截面模量。式中式中 压型钢板的抗弯强度设计值。压型钢板的抗弯强度设计值。对对Q215Q215钢，钢，190N190Nmmmm2 2；对；对Q235Q235钢，钢，205N205Nmmmm2 2。（2 2）刚度验
47、算）刚度验算 压型钢板在施工阶段压型钢板在施工阶段荷载标准值荷载标准值作用下的挠度不得作用下的挠度不得超过超过l l180(180(l l为板的跨度为板的跨度)和和2020mm，取其中，取其中较小值较小值。若压型钢板在自重与湿混凝土荷载下的跨中挠度若压型钢板在自重与湿混凝土荷载下的跨中挠度w w按正常使用状态计算大于按正常使用状态计算大于2020mm时，因压型钢板变形的时，因压型钢板变形的“坑凹坑凹”效应将增加混凝土的厚度，故在单位板宽内应考效应将增加混凝土的厚度，故在单位板宽内应考虑沿全跨增加虑沿全跨增加0.70.7w厚度的混段土重量进行计算，或增设厚度的混段土重量进行计算，或增设临时支撑。
48、临时支撑。9.3.1.1 9.3.1.1 使用阶段压型钢板的验算使用阶段压型钢板的验算 在使用阶段，压型钢板与混凝土面层结合为整体形成在使用阶段，压型钢板与混凝土面层结合为整体形成组台板，应验算组合板在全部荷载作用下的强度和刚度。组台板，应验算组合板在全部荷载作用下的强度和刚度。(1)(1)组合楼板的强度计算组合楼板的强度计算抗弯强度计算抗弯强度计算 组合板承受正弯矩作用时，一般采用塑性设计组合板承受正弯矩作用时，一般采用塑性设计法。但考虑到压型钢板没有混凝土保护层，同时，中法。但考虑到压型钢板没有混凝土保护层，同时，中和轴附近材料强度的发挥也不够充分，因而压型钢板和轴附近材料强度的发挥也不够
49、充分，因而压型钢板和混凝土的强度设计值均应乘以折减系数和混凝土的强度设计值均应乘以折减系数0.80.8。a.a.当当 时，塑性中和轴位于组合板的混凝时，塑性中和轴位于组合板的混凝土内，如下图，组合板的横截面抗弯能力按下式计算：土内，如下图，组合板的横截面抗弯能力按下式计算：Bhch0 xfcfcBxApfyp图图9.3.2组合板全部荷载产生的弯矩设计值；组合板全部荷载产生的弯矩设计值；组合板有效高度；组合板有效高度；组合板受压区高度，组合板受压区高度，当当 时，取时，取压型钢板截面应力合力至棍凝土受压区都压型钢板截面应力合力至棍凝土受压区都 面应力合力的距离；面应力合力的距离；压型钢板顶面以上
50、混凝土计算厚度；压型钢板顶面以上混凝土计算厚度；压型钢板的单元宽度压型钢板的单元宽度(波距波距)；压型钢板单元宽度内的截面面积压型钢板单元宽度内的截面面积式中式中 压型钢板材料的抗拉强度设计值；压型钢板材料的抗拉强度设计值；混凝土抗压强度设计值。混凝土抗压强度设计值。b.b.当当 时，塑性中和轴位于组合板的混时，塑性中和轴位于组合板的混凝土内，如下图，组合板的抗弯承载力按下式计算：凝土内，如下图，组合板的抗弯承载力按下式计算：Bhch0 xfcfcBh0（Ap-Ap2）fAp2fyp1yp2图图9.3.3塑性中和轴以上的压型钢板单元宽度内截面面塑性中和轴以上的压型钢板单元宽度内截面面 积；积；
