高層建筑鋼結(jié)構(gòu)(講稿)2-設(shè)計(jì)原則

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200～300

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年落成國(guó)際金融中心大廈（二期）高416米中國(guó)香港中信廣場(chǎng)大廈中國(guó)廣州信興廣場(chǎng)大廈中國(guó)深圳帝國(guó)大廈高381米美國(guó)紐約中央廣場(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)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(3)有效使用面積高構(gòu)件斷面小,所占面積??；同時(shí)還可適當(dāng)降低建筑層高。與同類(lèi)鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)相比,可相應(yīng)增加建筑使用面積約4%。(4)建造速度快構(gòu)件制造工廠(chǎng)化，現(xiàn)場(chǎng)安裝，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面寬敞?？蓪?shí)施平行立體交叉作業(yè)。與同類(lèi)鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)相比.一般可縮短建設(shè)周期約1/4～1/3。(5)防火性能差無(wú)耐火防護(hù)的鋼構(gòu)件,其平均耐火時(shí)限約15min左右,明顯低于混凝土結(jié)構(gòu)。故有防火要求時(shí)，構(gòu)件表面必須用專(zhuān)門(mén)的防火涂料防護(hù),以滿(mǎn)足防火規(guī)范的要求。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)階段地位最重要的方案設(shè)計(jì)階段

內(nèi)容平面形狀房屋形狀的確定立面形狀高度高寬比結(jié)構(gòu)體系的選擇結(jié)構(gòu)布置場(chǎng)地的選擇結(jié)構(gòu)平面布置結(jié)構(gòu)豎向布置主要介紹上述內(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(chēng)《高鋼規(guī)程》一、房屋平面形狀

原則1宜采用雙軸對(duì)稱(chēng)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２

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(xiàn)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佩特納斯大廈混凝土外筒直徑46．33m，高強(qiáng)鋼筋混凝土內(nèi)筒22.8×22.98m

馬來(lái)西亞，吉隆坡452m,95層，1996年竣工世界貿(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4２１m,８８層，19９８年竣工國(guó)際金融中心中國(guó)，香港4１５m,８８層，２００３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３

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(mǎn)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(guò)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(kāi)洞面積超過(guò)該層總面積的50%E、抗水平力構(gòu)件既不平行于又不對(duì)稱(chēng)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(wú)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(lèi)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(mǎn)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，則基礎(chǔ)可不分開(kāi)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%。SanFrancisco,California,USATime1969-1972Materials:reinforcedconcretesteelHeight260mnumberoffloors(aboveground)48TransamericaPyramid(泛美大廈）TransamericaPyramid

(泛美大廈）原則３

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