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多高层钢结构设计

多高层钢结构设计

将十层以下、总高度小于24m的民用建筑和6层以下、总高度小于40m的工业建筑定义为多层钢结构;超过上述高度的定义为高层钢结构。其中民用建筑层数和高度的界限与我国建筑防火规范相协调,工业建筑一般层高较高,根据实际工程经验确定。轻型框架和轻型框架-支撑钢

详细介绍

将十层以下、总高度小于24m的民用建筑和6层以下、总高度小于40m的工业建筑定义为多层钢结构;超过上述高度的定义为高层钢结构。其中民用建筑层数和高度的界限与我国建筑防火规范相协调,工业建筑一般层高较高,根据实际工程经验确定。

轻型框架和轻型框架-支撑钢结构适用于多层民用建筑和楼面等效活载小于8KN/m2且建筑高度小于20m的工业建筑。

框-排架结构型式可分为侧向框-排架和竖向框-排架,侧向框-排架由排架和框架侧向相连组成,分为等高和不等高的情况,见图4.3.1中(a)和 (b)所示,竖向框-排架结构上部为排架结构,下部为框架结构,见图4.3.1中(c)所示。

高层钢结构设计


组成结构体系的单元中,除框架的形式比较明确,支撑、剪力墙、筒体的形式都比较丰富,结构体系分类表中专门列出了常用的形式。其中消能支撑一般用于中心支撑的框架-支撑结构中,也可用于组成筒体结构的普通桁架筒或斜交网格筒中,在偏心支撑的结构中由于与耗能梁端的功能重叠,一般不同时采用;斜交网格筒是全部由交叉斜杆编织成,可以提供很大的刚度,在广州电视塔和广州西塔等400米以上结构中已有应用;剪力墙板筒国内已有的实例是以钢板填充框架而形成筒体,在300米以上的天津津塔中应用。

筒体结构的细分以筒体与框架间或筒体间的位置关系为依据:筒与筒间为内外位置关系的为筒中筒;筒与筒间为相邻组合位置关系的为束筒;筒体与框架组合的为框筒,又可进一步分为传统意义上抗侧效率最高的外周为筒体、内部为主要承受竖向荷载的框架的外筒内框结构,与传统钢筋混凝土框筒结构相似的核心为筒体、周边为框架的外框内筒结构,以及多个筒体在框架中自由布置的框架多筒结构。

巨型结构是一个比较宽泛的概念,当竖向荷载或水平荷载在结构中以多个楼层作为其基本尺度而不是传统意义上的一个楼层进行传递时,即可视为巨型结构。

比如,将框架或桁架的一部分当做单个组合式构件,以层或跨的尺度作为“截面”高度构成巨型梁或柱,进而形成巨大的框架体系,即为巨型框架结构,巨梁间的次结构的竖向荷载均是通过巨型梁分段传递至巨型柱;在巨型框架的“巨型梁”、“巨型柱”节点间设置支撑巨型支撑,即形成巨型框架-支撑结构;当框架为普通尺度,而支撑的布置以建筑的立面为尺度时,可以称为巨型支撑结构,如香港的中国银行。不同的结构体系由于受力和变形特点的不同,延性上也有较大差异,具有多道抗侧力防线和以非屈曲方式破坏的结构体系延性更高;同时,结构的延性还取决于节点区是否会发生脆性破坏以及构件塑性区是否有足够的延性。

所列的体系分类中,框架-偏心支撑结构、采用消能支撑的框架-中心支撑结构,采用钢板墙的框架-抗震墙结构,不采用斜交网格筒的筒中筒和束筒结构,一般为高延性等级结构类型;全部筒体均采用斜交网格筒的筒体结构一般为低延性等级结构类型。

具有较高延性的结构在塑性阶段可以承受更大的变形而不发生构件屈曲和整体倒塌,因而具有更好的耗能能力,如果以设防烈度下结构应具有等量吸收地震能量的能力作为抗震设计准则,则较高延性的结构应该可以允许比较低延性结构更早进入塑性。

屈曲约束支撑可以提高结构的延性,且相比较框架-偏心支撑结构,其延性的提高更为可控,故视其占全部支撑的比例,框架-中心支撑结构适用高度最高可提高20%。

双重抗侧力体系指的是结构体系有二道抗侧力防线,其中第二道防线的水平承载力不低于总水平剪力的25%。

伸臂桁架和周边桁架都可以提高周边框架的抗侧贡献度,当二者同时设置时,效果更为明显,一般用于框筒结构,也可用于需要提高周边构件抗侧贡献度的各种结构体系中。伸臂桁架的上下弦杆必须在筒体范围内拉通,同时在弦杆间的筒体内设置充分的斜撑或抗剪墙以利于上下弦杆轴力在筒体内的自平衡。设置伸臂桁架的数量和位置既要考虑其总体抗侧效率,同时也要兼顾与其相连构件及节点的承受能力。

对于超高层钢结构,风荷载经常起控制作用,选择风压小的形状有重要的意义;在一定条件下,涡流脱落引起的结构横风向振动效应非常显著,结构平、立面的选择及角部处理会对横风向振动产生明显影响,应通过气弹模型风洞试验或数值模拟对风敏感结构的横风向振动效应进行研究。

多高层钢结构设置地下室时,房屋一般较高,钢框架柱宜延伸至地下一层。框架-支撑结构中沿竖向连续布置的支撑,为避免在地震反应最大的底层形成刚度突变,对抗震不利,支撑需延伸到地下室。

目前国内外多层钢结构房屋常用的抗震性能较好的楼盖形式和做法。当采用装配整体式钢筋混凝土楼板时,可在预制混凝土楼板板肋端部设置预埋件,安装后与钢梁焊接牢固,从而保证楼盖的整体性。对于超高层钢结构,如条件许可,楼面混凝土宜优先考虑采用轻骨料混凝土。在保证楼板与梁可靠连接条件下,二端铰接的楼层梁一般可按组合梁进行设计。

顶点最大加速度的限值,是综合分析了国内外有关规范和资料,主要参考了加拿大国家规范,并结合我国国情而作出的最低限值规定。由于人体的舒适度是一个比较复杂的问题,个体间存在很大偏差,当业主要求更高的服务标准时,可以对此值提高要求。在必要情况下,可采用设置TMD、AMD等减振装置的方式提高结构舒适性。


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