9第9章多、高层房屋结构2

设计钢结构第九章多、高层房屋结构(3)水平地震作用计算高层建筑钢结构的地震作用计算方法有：■底部剪力法■振型分解反应谱法■时程分析法高层建筑钢结构应根据不同情况，分别采用不同的地震作用计算方法。设计钢结构第九章多、高层房屋结构底部剪力法底部剪力法适用于高度不大于60m且平面和竖向较规则的高层建筑。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。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。设计钢结构第九章多、高层房屋结构底部剪力法计算简图FiFn△F0图9.2.3GnGiFEkHiH设计钢结构第九章多、高层房屋结构总水平地震作用：各层水平地震作用标准值按下式比例分配：顶部附加水平地震作用标准值为：nEnjjjiiikFHGHGF11ni2,105.0811nEknnTFFeq1EkGF设计钢结构第九章多、高层房屋结构——相应于结构基本自振周期(按s计)的水平地震影响系数；——结构的等效总重力荷载,取总重力荷载代表值的80％；——分别为第i、j层重力荷载代表值；eqG1jGG、i1THi、Hj——分别为第i、j层楼盖距底部固定端的高度；Fi——第i层的水平地震作用标准值；式中：设计钢结构第九章多、高层房屋结构——顶部附加地震作用系数；——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，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，可用下式近似计算：——结构顶层假想侧移（m)，即假想将结构各层的重力荷载作为楼层的集中水平力，按弹性静力方法计算得到的顶层侧移值。nFn1Tnt17.1uTnT1.01nu设计钢结构第九章多、高层房屋结构t——计算周期修正系数，可取。9.0t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3。增大影响宜向下考虑1～2层，但不再往下传递。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，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j振型第i质点的水平地震作用标准值，按下列公式计算：设计钢结构第九章多、高层房屋结构niniGXGXGXF1i2ji1ijijijijjjimi2,12jSS式中：——相应于j振型计算周期的地震影响系数；——j振型的参与系数；——j振型Z质点的水平相对位移。根据各振型的水平地震作用标准值Fji，即可按下式计算水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴力和变形):jjixjjT设计钢结构第九章多、高层房屋结构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。SjS—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2～3个振型。当基本自振周期＞1.5s时或房屋高宽比＞5时，振型个数可适当增加。式中设计钢结构第九章多、高层房屋结构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，应输入典型的地震波进行计算。场地特征的地震加速度波不能少于4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，宜取10～20s或更长。设计钢结构第九章多、高层房屋结构9.2.2结构设计9.2.2.1一般原则(1)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。(2)一般可假定楼面在自身平面内为绝对刚性。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度（或者，按刚性楼面计算，但对所得结果进行调整）设计钢结构第九章多、高层房屋结构(3)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，压型钢板组合楼盖中梁的惯性矩可取为：当两侧有楼板时，取1.5；当仅一侧有楼板时，取1.2。为钢梁的惯性矩。(4)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；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模型。bIbIbI设计钢结构第九章多、高层房屋结构9.2.2.2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手册采用一些近似计算方法，如分层法、D值法、空间协同工作分析、等效角柱法、等效截面法以及展开平面框架法等。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；(1)高层建筑钢结构的梁、柱杆件一般采用H形和箱形，梁柱连接节点城的剪切变形对内力的影响较小，计算时可以不考虑。设计钢结构第九章多、高层房屋结构但是，此剪切变形对结构水平位移的影响较大，一般可达10％～20％。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，也可按下列规定作近似计算：①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。②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。设计钢结构第九章多、高层房屋结构(2)高层建筑钢结构的P-△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，若将结构的层间位移限制在一定范围内，就能控制二阶效应对结构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，宜采用二阶弹性分析。0.1NuHh设计钢结构第九章多、高层房屋结构——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平力之和；NHΔu——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，可近似取层间相对位移的容许值[Δu]（等于h/400）代替；h——所计算楼层的高度。式中：设计钢结构第九章多、高层房屋结构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力：式中——第i楼层的总重力荷载设计值；——框架总层数；——钢材强度影响系数，对Q235、Q345、Q390和Q420分别采用1.0、1.1、1.2和1.25。yinis10.2250QHnniHiQsny设计钢结构第九章多、高层房屋结构框架柱采用二阶弹性分析方法设计时，计算长度系数取为1.0。对无支撑纯框架，采用二阶弹性分析时,各杆件杆端弯矩用下式近似计算：式中——假定框架无侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩；——框架各节点侧移时按一阶弹性分析求得的各杆杆端弯矩；——考虑二阶效应第i层杆件的侧移弯矩增大系数211iNuHhi21sM1bMIIM1bM1sMi2+=设计钢结构第九章多、高层房屋结构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：抗震设计时：—结构构件承载力的抗震调整系数。按照下表采用。RS0RE/RSRE9.2.2.3承载力验算1.00.900.900.900.850.80节点焊缝节点螺栓节点支撑柱梁构件名称RE表9-3设计钢结构第九章多、高层房屋结构9.2.2.4位移限制(1)不考虑地震作用时，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1/500，质心层间侧移不宜超过楼层高度的1/400。对于以钢筋混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。结构平面端部构件最大侧移不得超过质心侧移的1.2倍。(2)第一阶段抗震设计时，其层间侧移标准值不得超过结构层高的1/250。对于以钢筋混凝土结构为主要抗侧设计钢结构第九章多、高层房屋结构力构件的结构，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质心侧移的1.3倍。(3)第二阶段抗震设计时，其结构层间侧移不得超过层高的1/70，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2.5中心支撑框架3.0偏心支撑框架3.5钢框架层间侧移延性比结构类别表9-4设计钢结构第九章多、高层房屋结构第9.3节压型钢板组合楼（屋）盖结构1.组合楼板的设计要求2.组合梁的设计要求1.了解压型钢板组合楼板的验算方法2.了解组合梁的设计要求本节目录基本要求设计钢结构第九章多、高层房屋结构设计钢结构第九章多、高层房屋结构设计钢结构第九章多、高层房屋结构设计钢结构第九章多、高层房屋结构9.3.1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的铺设，在施工过程中，无传统模板支模拆模的繁琐作业。组合楼盖常用的压型钢板一般由厚0.8～1.0mm的热镀锌薄板成型，长度为8～12m。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，不宜采用压型钢板组合楼盖体系。设计钢结构第九章多、高层房屋结构设计时，压型钢板可以有三种形式：①压型钢板只作为永久性模板使用；②压型钢板既是模板又作为底面受拉配筋，即组合楼板；③压型钢板承受全部静荷载和活荷载。其中①、②两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。设计钢结构第九章多、高层房屋结构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，应考虑设置临时支撑。（1）抗弯强度验算fWMfWMs21s2s11s19.3.1.1施工阶段压型钢板的验算Bbc21图9.3.1设计钢结构第九章多、高层房屋结构—单元宽度B范围内，由混凝土和钢板自重以及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B范围内对1点和2点的截面模量；当压型钢板受压部分的宽度bc超过有效宽度be(be＝50t,t为压型钢板的厚度)时，受压部分取有效宽度be计算截面模量。1Ms1W式中s2W—压型钢板的抗弯强度设计值。对Q215钢，＝190N／mm2；对Q235钢，＝205N／mm2。fff设计钢结构第九章多、高层房屋结构（2）刚度验算压型钢板在施工阶段荷载标准值作用下的挠度不得超过l／180(l为板的跨度)和20mm，取其中较小值。若压型钢板在自重与湿混凝土荷载下的跨中挠度w按正常使用状态计算大于20mm时，因压型钢板变形的“坑凹”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0.7w厚度的混段土重量进行计算，或增设临时支撑。9.3.1.1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组台板，应验算组合板在全部荷载作用下的强度和刚度。设计钢结构第九章多、高层房屋结构(1)组合楼板的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，因而压型钢板和混凝土的强度设计值均应乘以折减系数0.8。设计钢结构第九章多、高层房屋结构a.当时，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：ccpBfhfAcp0.8MxBfy20pcpxhyBffAxBhch0xfcfcBxApfyp图9.3.2设计钢结构第九章多、高层房