多层及高层房屋钢结构设计
多高层房屋钢结构的节点连接设计
接节点设计，在整个设计工作中应将其视为一个非常
重要的组成部分。节点设计是否恰当，将直接影响到
结构承载力的可靠性和安全性。因此节点设计至关重
要，应予以足够的重视。但是，在多、高层房屋钢结
构中，连接节点很多 ( 如国家标准图 01SG5所1编9 制 的诸多节点也只是高层钢结构房屋中一般性的常用节
点 )，今天只能检其最主要的、如与梁柱刚性连接的
多高层房屋钢结构的节点连接 设计
多高层房屋钢结构的节点连接设计
主要内容
1 讲述多、高层房屋钢结构梁柱刚性连接节
点 设 计及 其 相关 的 国家 标 准图 01SG519
的构造详图(上午)。
2 介绍国家标准图03SG519-1与04SG519-2 节
点连接设计的技术条件、图集的内容及其
使用方法(下午)。
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多高层房屋钢结构的节点连接设计
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1 第一种设计方法
（即按组合内力来设计的方法）
采用该法的理论根据是，认为在多遇地震作用下，
结构处于弹性阶段，连接设计只要根据组合内力，并
根据梁的应力强度比 R1（即梁的地震组合弯矩设计值
乘以梁的承载力抗震调整系数 0.75 后，在梁截面中产
生的弯曲应力与梁的钢材强度设计值之比）来进行设
比）只用到了 0.7S 5(0.9S)0.8 。3
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多高层房屋钢结构的节点连接设计
18
3）如果在梁端仍不采用加强的作法，而是在梁端采
用栓焊连接的另一种常规作法（即梁腹板与柱之间采
用只传递剪力的螺栓连接，梁翼缘与柱之间采用只传
递弯矩的全熔透坡口对接焊）由于焊缝的抗弯承载力
最多只能作到梁截面抗弯承载力设计值的 85% ，此 时就必须要改用一个能承受 900.8 0 510k6N m 0的 梁截面，但此时由于梁截面只需用 75k0N m的弯矩 值来设计，梁的承载力更加富裕而不能充分利用,其
多层房屋钢结构规定
1）.变翼缘厚度，变换位置可在刚架节点附近，图19.5.6-1。
2）.变换截面高度，位置在刚架节点处，图19.5.6-2。
17.钢梁与核心筒的连接一般按铰接连接计算与构造，如图19.5.13(a)，其
荷载计算见图19.5.13(b)。 楼板与核心筒的连接，当假定全部侧力由楼盖 钢梁传递时，则其连接可如非地震区仅按垂直荷载计算，用焊接于筒壁的 板件承担。
3）.柱截面较高或用箱形截面柱时，宜用双片支撑或双节点板构造。
22 .一些常遇问题如下:1 23 45 6 7
8 9 10
11 12
13 14
15 16
17
18 19
20
21
续页
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24
框架体系的优点为使用空间较大，便于实现人流，物流等建筑功能， 但节点构造复杂，结构用钢量较多和侧向刚度弱于垂直支撑体系。采用垂 直支撑体系的特点是设计、制作及安装较简便，承载功能明确，且侧向刚 度较大，但支撑的设置易与建筑师的门窗、开间布置有矛盾。当对侧向刚 度要求较严时，可采用框架-垂直支撑混合体系，其垂直支撑的设置可根据 建筑功能的要求进行布置（见图19.2.1-5）。
2）合理的确定柱距柱网，平面模数（即采用同一或乘以系数的尺寸）与 基本区格，使结构成为布置有序、承载可靠的工作体系。并与电（楼）梯 间等有特殊功能的隔间相配合，使建筑物内的结构件、隔墙、楼盖等均可 形成有规则的标准尺寸。 柱网的最优间距要注意到建筑的耗钢量，一般建筑物愈低，其柱网尺 寸宜偏小，当有地下车库时柱距尚应考虑停车位的净空要求。
1）. 十字交叉支撑是超静定结构形式，在多层结构中一般交叉两杆均取相 同截面面积，按各承受1/2层间剪力的拉杆、压杆来考虑，因之其杆件截面 由压杆计算确定，在抗震设防建筑中，压杆考虑到重复荷载的作用除稳定 系数。
第四章多高层钢结构
结构受力
1）内部设置剪力墙式的内筒，与钢框架竖向构件
主要承受竖向荷载；
2）外筒体采用密排框架柱和各层楼盖处的深梁刚
接，形成一个悬臂筒，以承受侧向荷载；
3）同时设置刚性楼面结构作为框筒的横隔。
剪力滞后（Shear Lag）
在框剪结构中，形成筒体的构面内存在的 剪切变形，即为剪力滞后。 为了避免严重的剪力滞后造成角柱的轴力 过大，通常可采取两个措施： 1）控制框筒平面的长宽比不宜过大 2）加大框筒梁和柱的线刚度之比
束筒结构
由各筒体之间共用筒壁的一束筒状结 构组成(减缓框筒结构的剪力滞后效应) 可将各筒体在不同的高度中止 可较灵活地组成平面形式 密柱深梁的钢结构筒体 筒体
钢筋混凝土筒体(常作为内筒出现)
钢结构和有混凝土剪力墙的 钢结构高层建筑的适用高度（m）
抗震设防烈度
结构种类
结构体系
非抗震设防 6, 7
内筒的边长不宜小于相应外框筒边长的1/3；
框筒柱距一般为1.5～3.0m，且不宜大于层高；
框筒的开洞面积不宜大于其总面积的50％；
内外筒之间的进深一般控制在10～16m之间； 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；
框筒结构布置时的注意事项（续）
低碳钢 低合金钢 低合金钢 低合金钢 低碳钢
SS50
SS55
284
401
490~608
≥540
19
17
2.0a
2.0a
低碳钢
低合金钢
构件截面 柱
焊接箱型截面 焊接H型截面 450
╳
450
厚度 42 — 19 宽度200 — 250
《钢结构工程施工规范》(GB50755-2012)条文解析2
条文解析
内容概要
1 2 3 4 5
总
则
术语和符号
基本规定
施工阶段设计 材 料
1
总则
1.0.2 本规范适用于工业与民用建筑及构筑物钢结构工程的施工。 【条文解析】： 本规范适用于单层、多层、高层钢结构及空间钢结构、高耸钢结构、构筑物钢 结构、压型金属板等工程施工。
2）水准仪：采用3S级水准仪，其精度应为士3mm/km；
3）经纬仪：一般钢结构工程采用精度为2S级光学经纬仪，对高层钢结构或安装 精度要求较高的钢结构，采用激光经纬仪，其精度在1/200000以内。
GB 50755-2012
3 基本规定
3.0.6 钢结构施工用的专用机具和工具，应满足施工要求，且应在合格检定有 效期内。 【条文解析】：钢结构工程常用的施工机具主要包括：制作加工类、焊接机具类
资质等级标准分为一、二、三级，其各自承包工程范围如下：
等级 承接范围
一级企业
二级企业
不限
单项合同额≤5倍企业注册资金且跨度≤33m、重量≤1200t、单体建筑面积 ≤24000m2的钢结构工程制作与安装； 边长≤80m、重量≤350t、建筑面积≤ 6000m2的网架工程制作与安装。 单项合同额≤5倍企业注册资金且跨度≤24m、重量≤600t、单体建筑面积≤ 6000m2的钢结构工程制作与安装； 边长≤24m、重量≤120t、建筑面积≤ 1200m2的网架工程制作与安装。
单层钢结构工程
多层钢结构工程
高层钢结构工程
单层钢结构工程
高耸钢结构工程
压型金属板工程
GB 50755-2012
1
总则
高耸钢结构主要包括广播电视发射塔、通讯塔、导航塔、输电高塔、石油化 工塔、大气监测塔等； 构筑物钢结构主要有烟囱、锅炉悬吊构架、贮仓、运输机通廊、管道支架等, 。 本规范不适用于桥梁钢结构、海洋钻井平台钢结构等特殊钢结构工程，其施
多、高层房屋结构的分析和设计计算
对质量及刚度沿高度分布比较均匀的结构，基本 自振周期可用下列公式近似计算：
Un——结构顶层假想侧移(m)。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
初步计算时，结构的基本自振周期按经验公式估算： n—建筑物层数(不包括地下部分及屋顶小塔楼) 。
Tg=0.4s （Ⅱ类场地，第二组)
T=1.5s(Tg∽5Tg）地震影响系数
T=4s(5Tg∽6s）地震影响系数 T=0~0.1s 地震影响系数 0.45 max∼2 max T=0.1s~Tg地震影响系数2 max
0.015 0.012
0.023∼0.05 0.05
0.027 0.021
0.036∼0.09 0.09
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
(2)振型分解反应谱法
对不计扭转影响的结构，振型分解反应谱法可仅考虑 平移作用下的地震效应组合，并应符合下列规定： (a) j振型i层质点的水平地震作用标准值
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
(b) 水平地震作用效应(弯矩、剪力、轴向力和变形) ：
突出屋面的小塔楼，应按每层一个质点进行地震作用计 算和振型效应组合。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
顶部突出物：底部剪力法计算顶部突出物的地震作用， 可按所在的高度作为一个质点，按其实际定量计算所得水平 地震作用放大3倍后，设计该突出部分的结构。
增大影响宜向下考虑1~2层，但不再往下传递。
多、高层房屋结构的分析和设计计 算
基本自振周期 T1：
(3)竖向地震作用
第11讲多高层房屋钢结构——结构体系类型及其特点1多层
第11讲多（高）层房屋钢结构——结构体系类型及其特点（一）1、多层房屋钢结构的结构体系类型有哪些?阐述各自的抗侧力单元。
答：多层房屋钢结构常见结构类型有纯框架体系、柱-支撑体系和框-支撑体系。
如果抗侧刚度不满足，还可采用双重抗侧力体系,主要采用钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系。
纯框架体系的抗侧力单元为平面框架，柱-支撑体系的抗侧力单元为支撑，框-支撑体系的抗侧力单元为无支撑的平面框架和支撑；钢框架-支撑体系、钢框架-剪力墙体系以及钢框架-核心筒体系的抗侧力单元除了钢框架外，还分别由支撑、剪力墙以及核心筒作为抗侧力单元。
2、试述纯框架体系在水平荷载作用下的受力和变形特征?答：水平荷载作用下梁柱刚接的框架结构如同空腹桁架结构，结构一侧的部分柱脚产生轴向拉力，另一侧的部分柱脚则产生轴向压力，这些轴向力将形成力偶，平衡外部水平荷载产生的倾覆力矩；另外，楼层剪力使该层框架柱产生弯矩和剪力，而柱端弯矩又使框架梁两端产生反对称的梁端弯矩和剪力。
平面框架结构在水平荷载作用下的变形包括两部分，一部分是由于水平荷载作用下的倾覆力矩使竖向构件(柱)承受轴向拉力或压力，进而使结构整体产生弯曲变形；另一部分为各层梁、柱在剪力作用下引起的框架整体剪切变形。
因此，框架整体侧移曲线呈剪切型。
3、框架结构有哪些优点？适于多少层的钢结构房屋？答：优点：无承重墙，使建筑设计具有一定的自由度；外墙采用非承重构件，可使建筑立面设计灵活多变；轻质墙体的使用还可以大大降低房屋自重，减小地震作用，降低结构和基础造价；构件易于标准化生产，施工速度快，而且结构各部分的刚度比较均匀，自振周期长，对地震作用不敏感。
适用层数：因框架结构的抗侧刚度较小，适于30层以下的房屋建筑。
在地震区，一般不超过15层。
4、试述框架-支撑体系在水平荷载下的变形特点？答：在框架-支撑体系中，框架属于剪切型构件，支撑近似于弯曲型构件。
当楼板可视为刚性体且结构不发生整体扭转时，在刚性楼盖的协调下，使各榀框架与各个支撑的变形相互协调—致，因此，框架-支撑体系可以简化成用刚性连杆将框架与支撑并联，其侧移属于弯剪型变形。
抗震设计方法
目录1.抗震设计方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11.1结构抗震计算内容┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11.2地震的作用、作用效应特点及分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11.3结构地震反应分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 11.3.1振型分解反应谱法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄11.3.2底部剪力法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄21.3.3动力时程分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄31.3.4静力弹塑性分析方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄42.建筑抗震设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄52.1两阶段设计方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄62.2抗震性能化设计方法┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄72.2.1性能化设计要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄72.2.2性能化设计的计算要求┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄83.多层和高层钢结构房屋抗震设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄83.1层和高层钢结构房屋主要震害特征┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄83.2多高层钢结构选型与布置┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄83.3多高层钢结构抗震计算及设计┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄93.3.1计算模型┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄93.3.2钢梁、钢柱抗震设计的原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄113.3.3 连接抗震设计的原则┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ 111.抗震设计方法1.1结构抗震计算内容在抗震设防区建造建筑物时，必须考虑地震对结构的影响，并对其进行抗震设计。
抗震设计中，当结构形式、布置等初步确定后，一般应进行抗震计算，结构抗震计算包括以下三方面内容。
(1)结构所受到的地震作用及其作用效应（包括弯矩、剪力、轴力和位移）的计算。
(2)将地震作用效应与其他荷载作用如结构的自重、楼屋面的可变荷载、风荷载等效应进行组合，确定结构构件的最不利内力。
钢结构宽厚比经典总结
钢结构宽厚比经典总结钢结构构件的截面通常采用组合构件，涉及到横截面受力性能与板件的宽厚比，高厚比的关系，以及杆件整体受力性能与长细比的关系，在?钢结构设计标准?GB50017-2021，?建筑抗震设计标准?GB50011-2021，?门式刚架轻型房屋钢结构技术标准?GB51022-2021，?高层民用建筑钢结构技术规程?JGJ99-2021四本标准规程中有不同侧重的要求。
下面具体比照谈一谈。
首先，常见的钢结构建筑物、构筑物，从主要建筑功能、体型、荷载、作用区分有：1轻型钢结构单层厂房〔门式刚架轻型钢结构厂房和其他形式的轻型钢结构厂房〕2单层钢结构厂房〔单层重屋盖和单层轻屋盖〕3单层钢结构厂房〔多层但总高度小于40m，按单层钢结构厂房设计〕4多层钢结构厂房〔多层轻屋盖但总高度小于40m，按单层钢结构厂房设计，屋面按门式刚架设计〕5多层钢结构厂房〔多层但总高度大于40m，按多高层钢结构房屋设计〕6多层钢结构房屋7高层民用建筑钢结构四本标准主要设计原那么如下：1、?钢结构设计标准?GB50017-2021：标准不涉及体系抗震的一些构件设计，执行板件S4级，即俗称的普通钢结构的构件宽厚比最低设计标准，属于截面边缘纤维弹性设计。
涉及塑性铰开展的塑性调幅设计及抗震性能化设计，是标准截面分类等级的主要使用场合。
但目前性能设计牵涉到构件塑性耗能区承载性能等级的描述笼统，以及性能参考等级的范围跨度较大，准确操作工作量较大，不确定性较大，因此性能设计的方法不太方便使用。
对于一般规模体量一般重要性的钢结构建筑，按照抗震标准的相关章节，针对前述不同结构体系的具体要求，设计显得依据清晰，工作效率高。
2、?建筑抗震设计标准?GB50011-2021：8．1．3钢结构房屋应根据设防分类、烈度和房屋高度采用不同的抗震等级，并应符合相应的计算和构造措施要求。
丙类建筑的抗震等级应按表8．1．3确定。
2一般情况，构件的抗震等级应与结构相同；当某个部位各构件的承载力均满足2倍地震作用组合下的内力要求时，7～9度的构件抗震等级应允许按降低一度确定。
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有效工作宽度bef的最大值
1. 抗弯计算时
简支板 ：bef = bf1+2 lP ( 1 - lP/l ) 连续板 ：bef = bf1 + [ 4 lP ( 1 - lP/l ) ] /3
2. 抗剪计算时
bef = bf1+lP ( 1 - lP/l ) , bf1 = bf+2( hc + hd )
必要时也可采用刚性连接 。
主梁与次梁的铰接连接
主次梁连（二） 刚性连接
二、压型钢板组合楼盖的设计
保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力
(a)不设次梁时的布置方案
(b)通常的布置方案
组合板
压 组合梁楼板
型
非组合板
钢
板
组
合
楼
一般形式组合梁
板
压型钢板组合梁
预制钢筋混凝土板组合
抗剪栓钉的布置
抗剪栓钉
抗剪栓钉的布置
压型钢板与抗剪栓钉的 连接
压型钢板与抗剪栓钉的连接
1.栓钉连接件的受剪承载力设计值
Nvc 0.43f
Ast —— 栓钉钉杆截面面积 Ec —— 混凝土弹性模量 fc —— 混凝土轴心抗压强度设计值 f —— 栓钉钢材的抗拉强度设计值 γ —— 栓钉材料抗拉强度最小值与屈服强度之比
当栓钉材料性能等级为4.6时，
取 f =215N／mm2。 1.67
2.栓钉受剪承载力设计值的折减
➢位于梁负弯矩区的栓钉，周围混凝土对其约束的 程度不如受压区，按上述公式算得的栓钉受剪承载 力设计值应予折减： (a)位于连续梁中间支座上负弯矩段时：
取折减系数0.9 (b)位于悬臂梁负弯矩段时：
➢ 依靠压型钢板上焊接的横向 钢筋传递；
➢ 依靠设置于端部的锚固件传 递(任何情形下都应当设置端 部锚固件) 。
4.组合楼板设计时的基本原则
➢组合楼板的设计考虑两个受力阶段： ➢ 1)施工阶段:对作为浇注混凝土底模的压型钢板进 行强度和变形验算；
➢ 2)使用阶段:对于非组合板，压型钢板仅作为模板 使用；验算组合板在永久荷载和使用段的可变荷载作 用下的强度和变形；
➢ 起横隔作用。
楼盖布置方案和设计的影响
➢ 影响到整个结构的性能； ➢ 影响到施工进程； ➢ 影响到建筑的经济效益。
楼盖结构的方案选择原则
➢ 满足建筑设计要求 ➢ 较小自重 ➢ 便于施工 ➢ 有足够的整体刚度
多、高层建筑的楼盖结构组成
➢ 楼板 ➢ 梁系
固定作用、传递水平剪力作用
用于多、高层建筑的楼板
组合板: 永久荷载 + 使用阶段可变荷载
承载力验算
双向弯曲板或单向弯曲板
变形验算 内容
单向弯曲简支板
正截面抗弯承载力、抗冲剪承载力、斜截面抗剪承载力
（一）组合板的力学模型
板厚为50mm--100mm时
1)正弯矩计算的力学模型:单向弯曲简支板；
2)负弯矩计算的力学模型:单向弯曲固支板。
板厚超过100mm时
➢压型钢板的跨中变形时： 挠度w0大于20mm时，确定混凝土自重应考虑挠曲效 应，在全跨增加混凝土厚度0.7 w0 ,或增设临时支撑。
5.组合楼板施工阶段的设计
永久荷载: 压型钢板、钢筋和混凝土的自重； 可变荷载: 施工荷载和附加荷载； 附加荷载: 当有过量冲击、混凝土堆放、管线和泵
的荷载时考虑。
l ：组合板跨度 lP ：荷载作用点到组合板较近支座的距离 bf1：集中荷载在组合板中的分布宽度 bf ：荷载宽度 hc ：压型钢板顶面以上的混凝土计算厚度 hd ：地板饰面层厚度
4.1 多、高层房屋结构的组成 4.2 楼盖的布置方案和设计 4.3 柱和支撑的设计 4.4 多、高层房屋结构的分析和设计计算
2020/4/5
4.2 楼盖的布置方案和设计
一、楼盖布置原则和方案 二、压型钢板组合楼盖的设计
一、楼盖布置原则和方案
楼盖结构的作用
➢ 直接承受竖向荷载的作用，并将其传递 给竖向构件；
➢ 验算: 采用弹性方法. ➢ 力学模型：如图 ➢ 如果承载能力和变形能力不满足要求，可加在板下
设置临时支护,以减小板跨加以验算.
施工阶段力学模型的说明
➢ 实质上是压型钢板的计算 ➢ 只考虑荷载沿强边方向传递(单向板) (因强边方向的截面刚度远大于弱边方向)
6.组合楼板使用阶段的设计
非组合板:按常规钢筋混凝土楼板设计,应在压型钢板 波槽内设置钢筋，并进行相应计算。
现浇钢筋混凝土 楼板
预制楼板
压型钢板组合 楼板
卫生间 开洞较多处
高度不大 且无地震设防的建筑
（较少采用）
工业建筑
➢应与钢梁可靠连接，且在板上浇注刚性面层 ➢预制楼板通过其底面四角的预埋件与钢梁焊接
1）焊脚高度不应小于6mm 2）焊缝长度不应小于80mm ➢板缝的灌缝构造宜一律按抗震设防要求进行。必要时可在板缝间 的梁 ➢上设抗剪件(如抗剪栓等)
梁系的构成
梁系
用于矩形平面
用于正方形平面
常见的次梁布置： 等跨等间距次梁 等跨不等间距次梁(中间设走廊或不等跨框架)
梁系布置时考虑的因素
➢ 钢梁的间距要与上覆楼板类型相协调，尽量取楼 板经济跨度以内；（压型钢板组合楼板取2～3m）
➢ 主梁应与竖向抗侧力构件直接相连；（充分发挥 整体空间作用）
1） 0.5<λe<2.0 时：双向弯曲板；
2） λe ≤ 0.5 或 λe ≥ 2.0 时：
单向弯曲板.
参数λe ＝μlx／ly,
μ =(Ix／Iy)1/4（异向性系数）
Ix、Iy：组合板顺肋方向和垂直肋方向 的截面惯性矩，计算Iy时只考虑压型钢 板顶面以上的混凝土计算厚度hc.
组合板的有效工作宽度
取折减系数0.8
混凝土板和梁翼缘间有压型钢板时
（Nvc应折减）
0.6b(hs hp ) / hp2 且 ≤1.0
0.85 n0
b(hs hp2
hp
)
且 ≤1.0
3.压型钢板和与混凝土之间水平剪力的 传递形式
➢ 依靠压型钢板的纵向波槽传 递；
➢ 依靠压型钢板上的压痕、小 洞或冲成的不闭合的孔眼传递；
➢ 竖向构件纵横两个方向均应有主梁与之相连，以 保证两个方向的长细比不致相差悬殊；
➢ 梁系布置应能使尽量多的楼面重力荷载份额传递 到竖向构件；（如，设置斜向主梁）
➢ 为减小楼盖结构的高度，主次梁通常不采取叠接 方式。
主次梁连接（一）
简支连接
主梁和次梁的连接宜采用简支连接；（其传递荷载为次梁的梁端 剪力，并考虑连接的偏心引起的附加弯矩，可不考虑主梁扭转）