高层建筑钢结构讲稿5

高层建筑钢结构内容1、概述2、设计原则8、结构计算方法4、抗重力体系5、抗侧力体系6、楼板设计7、连接设计3、钢材及连接材料第五部分高层建筑钢结构抗侧力体系（一）高层建筑钢结构抗重力体系结构体系抗侧力体系竖向重力水平力抵抗抵抗高度大抗侧力体系结构体系的主要部分抗侧力体系分类基本组成单元各类抗侧力体系水平变形特点实例做法应用范围一、抗侧力体系基本单元基本组成单元支撑桁架钢框架筒高层建筑钢结构（包括钢—砼组合结构）钢框架支撑桁架筒支撑桁架+框架密柱深梁钢砼剪力墙（密柱深梁）筒(支撑桁架+框架)筒(钢砼剪力墙)筒钢框架或钢筒支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架—支撑体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒钢框架—筒体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒大型支撑体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒支撑—筒体系基本单元的组合支撑桁架钢框架筒支撑桁架钢框架筒基本单元的组合筒束体系筒中筒体系抗侧力体系钢框架体系钢框架—支撑体系钢框架—筒体系大型支撑体系支撑—筒体系筒束体系筒中筒体系抗侧力体系钢框架体系钢框架—支撑体系钢框架—筒体系大型支撑体系支撑—筒体系筒束体系筒中筒体系二、钢框架体系1、做法把梁柱刚接成整体，形成空间杆系结构是最早出现、也是最基本的抗侧力体系2、特点A、平面布置比较灵活，可以获得大空间B、安装简单方便，造价相对较低C、应用于30层以内的高层建筑D、在水平力作用下，抗侧力刚度小，顶层位移大顶层水平位移层间水平位移由柱弯曲剪切变形引起层间水平位移由梁引起框架弯曲变形引起柱弯曲、剪切变形引起层间位移δic梁弯曲、剪切变形引起层间位移δig框架弯曲变形引起δif由柱弯曲剪切变形引起层间水平位移由梁引起框架弯曲变形引起相对较小梁、柱抗弯、抗剪刚度较小抗轴向刚度较大相对较大相对较大框架抗侧力刚度小，顶层位移大3、实例长富宫中心北京地上25层，地下2层,94m1987年建成2层以下和地下室为型钢砼结构,以上全部为钢框架结构结构钢材(日本钢材)柱及主梁:SM50A次梁及压型钢板:SS41高强度螺栓:F10T构件截面柱焊接箱型截面厚度42—19450╳450框架梁焊接H型截面宽度200—250梁高650翼缘板厚度32—19腹板厚度12次梁轧制H型钢楼板1.2mm压型钢板上浇混凝土楼板压型钢板支承于跨度小于3m的钢梁上层高地下室—0.006.8m一层4.5m二层5.0m三—二十二层3.3m二十三层4.3m二十四层4.1m二十五层3.3m三、钢框架—支撑体系1、做法把钢框架和支撑桁架共同组合，作为抗侧力体系2、特点A、平面布置比较灵活，不能获得大空间B、安装较为简单方便C、应用于30—60层的高层建筑D、抗侧力刚度比钢框架大剪切形弯曲形3、分类（两种分类方法）按支撑杆的设置方法轴交支撑支撑杆一端位于梁柱节点，另一端与另一支撑杆相交于框架梁或节点上偏交支撑支撑杆端点与梁柱节点之间（或）两支撑杆端点之间耗能梁段存在轴交支撑轴交支撑特点用于抗风或不太强的地震力当有强震作用时，会有如下严重后果A、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈,支撑抗侧力刚度降低B、往复的地震作用支撑斜杆会从受压的压屈状态受拉的拉伸状态支撑斜杆、节点、相邻构件中将产生很大附加应力结构受冲击作用C、地震反复作用下,两支撑杆会先后压屈后不能恢复（拉直）偏交支撑偏交支撑特点用于地震烈度大的地区A、存在一小段耗能梁段B、地震作用时，耗能梁段先屈服，消耗地震能量，保护支撑杆耗能梁段的剪切屈服承载力支撑杆受压承载力a、耗能梁段的受弯承载力大于受剪承载力设计思路b、耗能梁段的设计剪力不超过剪力承载力的80%c、提高支撑杆的受压承载力，使其至少应为耗能梁段屈服时相应支撑轴力的1.6倍d、塑性铰应出现在梁而不是柱上按支撑桁架的设置位置框架—竖向支撑体系加劲的框架—竖向支撑体系框架—竖向支撑体系框架—竖向支撑体系每层设置支撑跨层设置支撑每层设置跨层设置杆件、节点数量多，费用高，传力路线长与上面相反，但杆件长加拿大国家银行大厦蒙特利尔地上31层，地下7层,127.08m1983年建成7层以下为钢砼结构,以上全部为钢框架—竖向支撑体系构件截面柱焊接H型截面厚度50760╳760（最大）框架梁W610梁高610次梁W410楼板压型钢板肋高76mm,混凝土楼板140mm梁高410间距3m加劲的框架—竖向支撑体系在设置竖向支撑的基础上，在顶层和每隔15层左右，沿房屋两个方向全长设置横向的伸臂桁架伸臂桁架伸臂桁架15层腰桁架或帽桁架设置伸臂桁架和腰桁架（帽桁架）楼层水平加强层设备层或避难层腰桁架（帽桁架）外框架所有柱子均参与整体抗弯作用加劲的框架—竖向支撑体系伸臂桁架的作用伸臂桁架有很大的抗弯刚度和抗剪刚度结构在水平荷载作用下外框架所有柱子均参与整体抗弯作用一侧外柱受拉，另一侧受压相当于作用反弯矩减少结构水平位移抵消一部分倾覆力矩4、支撑的等效件——嵌入式墙板支撑杆件易屈曲支撑杆件截面尺寸大为提高结构抗侧力刚度原因嵌入式墙板采用代替支撑杆件嵌入式墙板钢板剪力墙板内藏钢板剪力墙墙板带竖缝砼剪力墙墙板钢板剪力墙板采用厚钢板，四周通过高强度螺栓与梁柱相连做法设防烈度大于等于7时，钢板两侧焊纵向或横向加劲肋仅承担框架内四周的剪力，不承担框架梁上的竖向荷载特点侧向刚度大，重量轻，安装方便，但用钢量大内藏钢板剪力墙墙板钢板支撑的基础上，外包钢砼做法预制板仅在支撑的上下端节点处与钢框架相连钢支撑有外包砼，不考虑屈曲北京京城大厦北京京城大厦带竖缝砼剪力墙墙板预制板，中间带竖缝做法竖缝宽度10mm，竖向长度为墙板净高的一半，缝间距为缝长一半多遇地震，墙板处于弹性阶段，侧向刚度大预制板仅与框架柱用高强度螺栓连接受力特点罕遇地震，墙板处于弹塑性阶段而产生裂缝，起到抗震耗能的作用5、工程实例北京京广中心大厦地上52层，地下3层,196m高，1990年建成地下为钢骨砼框架和砼剪力墙，以上为钢框架—支撑体系结构钢材(日本钢材)钢板厚小于等于40mmSM50A轧制H型钢SS41钢板厚大于40mmSM50B构件截面柱箱型截面厚度80850╳850（最大）框架梁焊接H截面800╳200╳12╳36（外围框架梁端）800╳300╳12╳25（中心框架梁端）竖向支撑热轧及焊接H截面350╳350╳36╳36（最大）支撑主要采用带竖缝的预制墙板，在层高较大的部分则采用钢支撑（1-6层，23层，38层）竖向支撑布置R1轴支撑布置新锦江大酒店地上43层，地下1层,152m高，上海加劲的钢框架—竖向支撑体系结构钢材(美国钢材)A572/50级钢抗拉强度390N/mm2屈服强度350N/mm2构件截面柱箱型截面700╳700╳80-20(6层以下)框架梁焊接H截面700╳300500╳500╳80-20(6层以上)外围柱500╳500中心柱东京新宿行政大厦地上54层，地下5层,223m高，1979年加劲的钢框架—竖向支撑体系构件截面柱箱型截面550╳550╳65-13框架梁焊接H截面H=700概况设置嵌入式钢砼预制墙板为支撑体系