多层建筑结构类型
特点:侧向荷载效应影响突出:风荷载、地震效应
分类:框架结构、框剪结构、筒体结构
框架结构特点:
1]灵活的平面布局和均匀的刚度分布
2]抗侧刚度小,延性大,自振周期长,对地震影响不敏感,一般不超过30层
框剪结构特点:
1]支撑或剪力墙,双重防御
2]不超过40~60层
气缸结构特点:
框筒结构
1]由框架、内筒等竖向构件组成的圆筒结构主要承受竖向荷载,外框主要承受侧向荷载
2] 刚性楼盖结构作为框架筒的横向隔断
3]剪力滞造成角柱轴力过大。可采取两种措施:
控制框架管平面的纵横比
增加框架管梁与柱的线性刚度比
4]适用建筑高度可超过90层
管中管结构
1]减小框筒结构剪力滞效应
2] 密柱、深梁或钢筋混凝土内管
横向位移模式:
适用身高
(JGJ99-98)按抗震设防烈度划分:
非抗震多层(£12层)钢结构房屋形式:
1]纯采用框架结构或斜支撑(或剪力墙)体系
2]斜支撑体系的梁、柱连接可做成铰接支撑,即柔性连接
抗震多层钢结构房屋形式:
1]中央支撑系统,不超过12层
2]偏心支撑系统,超过12层
结构布局概要
1] 平滑曲线构成的凸平面形状:风荷载形状系数小
2]采用中心对称或双轴对称平面,减少或避免风荷载下的扭转振动
3】平面尺寸关系
4]平面不规则结构
5]结构的垂直布置
根据
1] 建议有地下室
2]抗震基础埋深应一致,不宜采用局部地下室。
3] 天然地基基础深度不宜小于H/15,桩基础基础深度不宜小于H/20
4]采用钢筋混凝土剪力墙或框剪结构
5]设置钢(钢)混凝土过渡层,通常为2至3层
如何设计多层钢结构
10层以下、总高度24米以下的民用建筑和6层以下、总高度40米以下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。符合我国建筑防火标准,工业建筑一般层高较高,是根据实际工程经验确定的。
轻型框架及轻型框架支撑钢结构适用于楼面等效活荷载小于8KN/m2、建筑高度小于20m的多层民用建筑及工业建筑。
框架架结构可分为横置框架架和竖置框架架。横置框架架由架、框横向连接而成,又可分为等高和不等高两种。竖置框架架结构如图4.3.1中(a)、(b)所示,上部为架结构,下部为框架结构,如图4.3.1中(c)所示。
组成结构体系的单元中,除框架形式比较明确外,支撑、剪力墙、筒体形式比较丰富,常用形式在结构体系分类表中具体列出。其中,耗能支撑一般用于中心支撑,也可用于组成筒体的普通桁架筒体或斜网格筒体。在偏心支撑结构中,由于与吸能梁端部功能重叠,一般不同时使用;斜网格筒体全部由交叉斜拉杆编织而成钢结构高层建筑规范,可以提供很大的刚度,在400米以上的结构中已有应用,如广州电视塔、广州西塔等。国内现有的剪力墙筒体实例,是在框架内填充钢板而成。筒体则应用于300米以上的天津津塔。
体型结构的细分是根据筒体与框架或筒体之间的位置关系:筒体之间的筒中筒关系为内外关系;筒体之间的筒中筒关系为相邻组合关系;筒中筒关系为捆绑筒关系;筒与框架组合又可分为以抗侧力效率最高的外筒内框结构为外筒,以内框为主要承受竖向荷载的框架,类似于传统的钢筋混凝土框筒结构。该结构核心为筒体,外围为外框内筒结构,以及多个筒体在框架内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,当一个结构以多层为基本尺度而非传统意义上的一层为基本尺度来传递竖向或水平荷载时,即可视为巨型结构。
例如将框架或桁架的一部分作为单个组合构件处理,以层或跨的尺度为“截面”高度构建巨型梁或柱,从而构成巨型框架体系,即为巨型框架结构;巨型梁之间的下部结构将竖向荷载全部通过巨型梁分段传递到巨型柱上;巨型框架的“巨型梁”与“巨型柱”之间设置巨型支撑,从而构成巨型框架—支撑结构;当框架为普通尺寸钢结构高层建筑规范,支撑布置在建筑物立面上时,可称为巨型支撑结构,如香港的中国银行大楼。
不同的结构体系由于受力、变形特点不同,延性也不同,具有多条侧向力防线、非屈曲破坏的结构体系延性较高,同时结构的延性还取决于节点区域是否会发生脆性破坏以及构件塑性区是否具有足够的延性。
所列体系类型中,框架-偏心支撑结构、框架-中心支撑加消能支撑结构、框架-钢板墙抗震墙结构、筒中筒及无斜网格筒的束筒结构,一般为高延性等级结构类型;所有筒体均采用斜网格筒的筒体结构,一般为低延性等级结构类型。
延性较高的结构在塑性阶段能承受较大的变形,不发生构件屈曲和整体倒塌,因而具有较好的耗能能力。若以结构在设计烈度下吸收同等地震能量的能力作为抗震设计准则,则应允许延性较高的结构比延性较低的结构更早进入塑性阶段。
屈曲约束支撑可以提高结构的延性,且与框架-偏心支撑结构相比,其延性的提高更加可控,因此根据其在所有支撑中所占的比例,框架-中心支撑结构的适用高度可提高最多20%。
双重抗侧力体系是指结构体系具有两条抗侧力线,且第二条抗侧力线的水平承载力不小于总水平剪力的25%。
伸臂桁架和周边桁架均可提高周边框架的抗侧力贡献,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力贡献的各种场合。在结构体系中,伸臂桁架的上、下弦杆须穿过筒体,在弦杆间筒体内须设置足够的斜撑或剪力墙,以利于筒体内上下弦杆轴向力的自平衡。伸臂桁架的数量和位置应考虑其整体的抗侧力效率,同时也要考虑与其连接的构件和节点的承载力。
对于超高层钢结构,风荷载往往起着控制作用,因此选择风压较小的体型十分重要,在一定条件下,涡旋脱落引起的结构横向风振效应十分显著,结构平面、立面的选择以及角度的外处理都会对横风振产生明显的影响,对风敏结构的横风振效应应通过气弹模型风洞试验或数值模拟进行研究。
多层钢结构设地下室时,建筑一般较高,钢框架柱应延伸至地下一层,框支结构中竖向连续布置的支撑,是为了避免地震反应最大的底层发生刚度突变,对抵抗地震不利,支撑需延伸至地下室。
目前,国内外多层钢结构住宅普遍采用抗震性能好的楼板形式和方法。当采用装配式整体钢筋混凝土楼板时,可在预制混凝土楼板肋端部设置预埋件,安装后与钢梁连接,焊接牢固,从而保证了楼板的整体性。对于超高层钢结构,条件允许时,宜采用轻骨料混凝土作为楼板混凝土,在保证楼板与梁连接可靠的情况下,两端带铰的楼板梁一般可设计为组合梁。
顶点处最大加速度极限是综合分析国内外相关标准、资料,主要参考加拿大国家标准,结合我国国情而设定的最小限值。该值与减振装置安装时的数值偏差较大,当业主要求更高的使用标准时,可以增加该值。必要时,可以通过安装TMD、AMD等减振装置来提高结构舒适度。
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