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1、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,第二部分 高层建筑钢结构设计原则,高层建筑钢结构设计,扩初设计阶段,方案设计阶段,施工图设计阶段,方案设计阶段,地位,最重要的,方案设计阶段,内容,平面形状,房屋形状的确定,立面形状,高度,高宽比,结构体系的选择,结构布置,场地的选择,结构平面布置,结构竖向布置,主要介绍上述内容的确定原则,具体内容,平面形状,立面形状,高度,高宽比,结构体系的选择（以后介绍）,场地的选择,结构平面布置,结构竖向布置,高钢规程,一、房屋平面形状,原则 1,宜采用双轴对
2、称的简单规则平面,圆形、方形、六边形、八边形、椭圆形,原因,A、防止在风载作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产 生扭矩，从而降低结构承载能力，且使居者感到不适。,B、防止在地震作用下，结构质量中心与刚度中心不重合，产生扭矩，从而加重地震灾害。,原则,房屋平面形状应采用风荷载对其影响较小的形状，最好是流线型的,圆形椭圆形切边的矩形,其风载体型系数与矩形相比降低30%,台北101大厦,2003年10月17日竣工，508m，101层，高度世界第一,正方形平面,佩特纳斯大厦,混凝土外筒直径4633m，高强钢筋混凝土内筒22.822.98m,马来西亚，吉隆坡452m,95层，1996年竣工,世界贸易中心
3、,63.5m方形平面,美国，纽约411m,110层，1973年竣工,金茂大厦,八边形平面,中国，上海4m,层，19年竣工,国际金融中心,中国，香港4m,层，年竣工,八边形平面,迪拜塔竣工后已更名为哈利法塔，2004年9月21日动工，是目前世界第一高楼与建筑。2高度828米，162层。2010年1月4日竣工。,原则,若根据建筑要求需采用不规则平面形状，则尺寸应受到一定程度的限制。否则，应进行精确的抗震计算和分析。,原因,防止在风载和地震作用下，荷载中心与刚度中心不重合，产生扭矩,A、不满足 下列要求,不规则平面形状,B、任意一层的偏心率 0.15,高钢规程附录2,C、结构平面形状有凹角，凹角的伸
4、出部分在一个方向的长度，超过该方向建筑总尺寸的25%,D、楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总面积的50%,E、抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的两个互相垂直的主轴,中央电视台主楼含两栋分别为52层、高234米和44层、高194米的塔楼，并由14层、56米高，重1.8万吨的悬臂钢结构连接，总建筑面积47.3万平方米。,原则 4 防震缝的设置,设置条件,1、若房屋形状复杂，且无条件进行精确抗震分析时，可设,2、若房屋长度太大，须设深缩缝时，则应设置,3、若房屋两部分之间质量相差悬殊，或有较大错层，或两部分 基础类型不同，沉降不同，需设沉降缝时,4、裙房和主楼之间应根据情况确定,
5、设置原则,1、伸缩缝、沉降缝均应满足抗震缝要求,2、防震缝宽度应根据规范确定,3、防震缝应沿房屋高度方向通长设置。若不作为沉降缝，则基 础可不分开,二、房屋立面形状,原则 1,尽量采用简单且沿高度变化均匀的形状。,否则将使结构质量和刚度突变，对抗震极为不利,采用平面尺寸沿高度方向巨变的形状或倒梯形立面。,矩形、梯形、三角形、,原则 2,使建筑物外柱内倾,形成锥状体型或平面逐渐收进,形成收进式阶梯型立面。,原因,锥状体型上部迎风面积小,可以减少上部结构所受风荷载,减少风荷载引起的倾覆力矩，增加房屋的稳定性,减少侧移,三个好处,数据,40层楼房，外柱内倾8%,顶层侧移可减少50%。,San Fra
6、ncisco,California,USA,Time 1969-1972,Materials:reinforced concrete steel,Height 260 m number of floors(above ground)48,Transamerica Pyramid(泛美大厦）,Transamerica Pyramid(泛美大厦）,First National Bank of Chicago(芝加哥第一国家银行),世界上最高的银行大楼，共60层，260米，于1969年建成。,原则,对于竖向不规则的结构，则在薄弱地方采取措施，并根据实际模型进行详细的计算和分析。,目的,避免抗侧力刚度
7、沿高度方向突变,竖向不规则的结构,A、楼层侧向刚度小于相邻上层的70%，且连续三层总的侧向刚度降低超过50%。,B、相邻楼层质量之比超过1.5（建筑为轻屋盖时，顶层除外）。,C、立面收进尺寸的比例满足L1/L 0.75,D、竖向抗侧力构件不连续（如设转换梁或转换桁架支撑上部柱的结构）,深圳 地王大厦69层，384m1996年建成,转换桁架,E、任一层抗侧力构件的总抗剪承载力，小于其相邻上层的80%。,三、房屋的最大高度,（从结构角度讲，房屋最大高度是有限制的）,相关因素,结构的类型（按材料分类）,结构抗侧力体系,结构抗侧力体系设防烈度,房屋的宽度,高宽比=384m/35.5m=10.8 6,精
8、确的分析,需要,四、结构平面布置原则,原则 1,开间、进深和层高等尺寸尽量统一,以减少构件总类和规格，方便施工,原则 2,各抗侧力体系之间应有尽量多的钢梁相连,减少柱在两个方向的计算长度，增加柱的整体稳定,原则 3,钢柱在两个方向均应与钢梁相连,整个结构形成一个空间体系，增加结构整体性能和抗震能力,压型钢板砼楼板,原则 4,钢梁的布置间距要与楼板的经济跨度相适应,跨度范围 1.5 4 m,经济跨度 2.0 3 m,现浇钢砼楼板,跨度范围 不限,经济跨度 2.0 m 左右,原则 5,正确布置抗侧力体系，使楼层的刚度中心同质量中心重合,减少结构在水平力作用下的扭转振动效应,原则 6,具有较大刚度的
9、筒体，应在平面上居中或对称布置,五、结构竖向布置原则,原则 1,在地震荷载作用下，结构的破坏机制设计为总体屈服机制,在地震荷载作用下，结构的破坏机制,总体屈服机制,楼层屈服机制,竖向杆件（柱）水平杆件（梁）,谁先屈服,楼层屈服机制,在水平荷载作用下，竖向构件先屈服,楼层屈服机制（强梁弱柱）,或者,总体屈服机制,在水平荷载作用下，水平构件先屈服,总体屈服机制（强柱弱梁）,形成的塑性铰数量更多，吸收更多能量，有利于抗震,原则 2,各楼层质量沿高度方向应没有剧烈变化,否则，在地震作用下，抗侧力构件所承担的剪力沿高度方向有巨变，不利于抗震,原则 3,沿高度方向，抗侧力体系应该连续，且在同一条直线上,否则，抗侧力体系将失去作用,原则 4,在基础和上部结构之间，由于刚度和质量差别大，可用型钢砼结构充当过度层，以缓和刚度的突变,长富宫中心,北京 地上25层，地下2层,94m1987年建成,2层以下为型钢砼结构,以上全部为钢框架结构,六、场地选择,总原则,场地选择时，应避开对结构抗震不利的地带,具体包括,A、避开地震时可能发生危害的地段,如崩塌、滑坡、地陷、泥石流等,B、避开覆盖层较厚的场地,室外地面到基岩之间的厚度,C、避开不利地形,如山丘、河岸等,D、避开不利地基土,如饱和松散的砂土和粉土，地震时将失去承载力，并产生较大沉降,
