1、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 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置22 荷载及抗震设防等级的影响：考虑抗侧刚度的要求；对于层数不多、设防等级不高的房屋，应优先采用框架体系；设防等级较高时，宜优先考虑框架-支撑体系；5 6层以下的，可采用纯框架体系或框架-支撑体系；6层以上的可采用框架-支撑体系或框架-混凝土剪力墙（核心筒）体系。房屋的尺寸和体型的影响：考虑抗侧刚度的要求；建筑平面简单规则时，可采用纯框架体系或框架-支撑体系；建筑立面有突变或结构
2、存在薄弱层时，常采用钢框架-混凝土剪力墙体系。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置33 房屋材料的影响：采用轻质维护体系材料时，需要的抗侧刚度也较低。工程造价的影响：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。施工条件的影响：当施工工期要求较短时，宜采用纯钢结构体系。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置44 钢结构高层建筑的适用高度（m）（GB50011-2010）6度 7 度 8度 9度 结 构 体 系 0.10g 0.15g 0.20g 0.30g 0.40g 框架 1
3、10 110 90 90 70 50 框架-中心支撑 220 220 200 180 150 120 框架-偏心支撑(延性墙板)240 240 220 200 180 160 筒体(框筒,筒中筒,桁 架筒,束筒,不含混凝 土筒)和巨型框架 300 300 280 260 240 180 高宽比 6.5 6.5 6.5 6.0 6.0 5.5 第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置55 1931，帝国大厦（102 层，381m），框架结构，用钢量 206kg/m2。1974，Sears 大厦（108 层，442m），束筒结构，用钢量 161kg/m2，若改用框架结构，用钢
4、量 290 338kg/m2。1961，纽约蔡斯曼哈顿广场大楼（60层，248m），框架结构，用 钢量 270kg/m2。1973，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:第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置66 结构平面布置 应规则地布置 柱网，避免零乱;将 抗侧力 构件沿房屋纵、横主轴方向布置，尽可能做到“分散、均匀、对称”，使结构各层的抗侧力构件中心（刚心）与水平作用力合力 的中心（质心）重合或接近，以避免或减小扭转振动；处于抗震设防地区的多层钢结构，宜采用由刚接框架和支撑结构共同 抵抗地震作用的双
5、重抗侧力体系；遵循高层钢结构平面布置的一般原则。第 12 讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置77 结构平面布置（一般原则）应首选由光滑曲线构成的平面形式，以减少风压作用。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 减少 30%。尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避免在风荷 载作用下的扭转振动。常用 截 面形式：方形、圆形、椭圆形、矩 形、正 多 边 形。需抗震设防时平面尺寸 关 系应 符 合 表 5-2 的要求。进行 平面设计时，应尽量避免以下平面不规则结构：扭转不规则；凹凸 不规则；楼面不 连续 或刚度突变：第 13讲 多(高)层
6、房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置88 0.5 B/B m ax 大 洞口 宽度比 4 5 L/B m ax L/B 平面的 长 宽比 1 1.5 l/B m ax l/b 凹凸部 分的 长 宽比 需抗震设防时平面尺寸 关 系 结构平面布置（一般原则）（续）第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置99 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）。平面不规则结构 第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构
7、体系选用及结构布 置1010 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置（一般原则）（续）平面不规则结构 1）扭转不规则结构：ex y x r e ey x y r e 1 2 ex T x()r K K￥1 2 ey T y()r K K￥2 2 T x y()()K K y K x+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：楼层抗扭刚度：y K￥x K￥楼层各抗侧力构 件在 x、y方向 的侧向刚度 之 和。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1111 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置（一般原则）（续）2）凹凸 不规则结构
8、：平面不规则结构 结构平面形 状 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，应采 取相 应的构造 措 施。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1212 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置（一般原则）（续）3）楼面不 连续 或刚度突变：平面不规则结构 包括开洞 面 积超过该 层 总 面 积 的 30，应采 取相 应的计 算模 型合理 确 定 薄弱 部位 以及 复杂传 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
9、算 结构的扭转影响。B B b0.3A A=B L L 建筑结构平面的 局部 不 连续示例（大 开洞 及 错 层）第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1313 国家级精品课程 钢结构设计 结构 竖 向布置 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，避免抗侧力结构的侧向刚度和 承 载力突变，更 应 避免下 柔 上刚。在抗震设防地区，框架柱宜上下 贯通并落 地，避免 出现悬空 处和高度 不一 致 的 错 层。若 必须抽 柱 而无法贯通落 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 贯通并落 地。结构在 两个 主
10、轴方向的 动力 特 性 宜 相 近。多层房屋设地下 室 的时 候，钢结构宜延 伸至 地下 室。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1414 国家级精品课程 钢结构设计 结构平面布置（一般原则）应首选由光滑曲线构成的平面形式，以减少风压作用。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 减少 30%。尽可能地采用中心对称或双轴对称的平面形式；以减小或避免在风荷 载作用下的扭转振动。常用 截 面形式：方形、圆形、椭圆形、矩 形、正 多 边 形。需抗震设防时平面尺寸 关 系应 符 合 表 5-2 的要求。进行 平面设计时，应尽量避免以下平面不规则结构
11、：扭转不规则；凹凸 不规则；楼面不 连续 或刚度突变：框筒结构采用 矩 形平面形式时，应 控制其 平面 长 度比小于 1.5；因 风 荷 载平 行 于 矩 形平面的短 边 时 会产生严 重的剪 切滞后现象，不能 充 分 发 挥 框筒作 为 立体构件的 空间 作用。（不 满足 时，宜采用束筒结构）第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1515 国家级精品课程 钢结构设计 结构 竖 向布置（一般原则）使结构各层的抗侧力刚度中心与水平合力中心接近重合；各层的刚度中心应接近在同一 竖直 线上；要 强调 建筑 开间、进深 的尽量 统 一；多高层房屋的横向刚度、风振 加速 度 还
12、和 其 高宽比有 关，其 限值 为：设防 烈 度 6，7 8 9最 大高宽比 6.5 6.0 5.5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。尽量避免 出现竖 向不规则结构。第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1616 国家级精品课程 钢结构设计 结构 竖 向布置 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 ki 的突变 第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1717 国家级精品课程 钢结构设计 结构 竖 向布置 竖 向不规则结构 2)相邻
13、 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 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置1818 国家级精品课程 钢结构设计 结构 竖 向布置 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 均匀 化（有薄弱层）第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置
14、1919 国家级精品课程 钢结构设计 框筒结构布置 框筒结构高宽比不宜小于 3；（更好 地 发挥 框筒的立体作用）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；（否 则剪力 滞后现象会 较 严 重）框筒柱 距 一般 为 1.0 3.0m，且 不宜 超过 4.5m 和层高。角 柱应采用方 箱 形柱，控制角 柱 截 面 积为非角 柱的 1.5 倍左右。框筒 为 方形、矩 形平面时，宜将 其 作成 切角 方形、矩 形；（以减少 角 柱 受 力 和剪力 滞后现象）外 筒布置同框筒的 前两项；内外 筒 之间 的 进深 一般 控制 在 10 16m 之间，内 筒的 边长
15、 不宜小于 相 应 外 框 筒 边长 的 1/3；内 筒高宽比大约在 12 左右，不宜 超过 15；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 将 相 应 内外 柱 相连 接。筒中筒结构布 置 第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置2020 国家级精品课程 钢结构设计 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；腰 桁架一般布置于设 备 层；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 布于建筑 物 的横(纵)向。筒中筒结构布 置 敷 设地
16、下 室；（补偿 基础、增 大结构抗侧 倾 能力）有抗震设防时，高层结构 部 分的基础 埋深 宜一 致、不宜采用 局部 地下 室；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）1）采用 天然 地基时，不宜小于 H 15 2）采用 桩 基时，不宜小于 H 20 H：室外 地 坪至 屋 顶檐口 的高度 当有可 靠根据 时，基础 埋深 可适当减小。基础 埋深 的考 虑 第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 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：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 平面布置（不规则结构）竖 向布置（不规则结构）第 13讲 多(高)层房屋钢结构设计 结构体系选用及结构布 置
