6-2 多高层钢结构的选型与结构布置
化工高层钢结构设计要点
化工高层钢结构设计的主要要点包括：
1. 结构布局：首先需要根据建筑的功能要求，进行合理的结构布局。
考虑到化工建筑的特殊性，需要充分考虑工艺流程、设备布局等因素，以确保结构的安全、实用和经济。
2. 材料选择：钢结构设计中，需要选择合适的钢材和连接方式。
钢材的强度、塑性和焊接性能等都会直接影响到结构的稳定性和耐久性。
3. 抗震设计：高层建筑需要做好抗震设计，根据所在地的地震烈度和建筑的重要性，确定适当的抗震等级。
4. 火灾防护：高层建筑在发生火灾时，结构的安全性会大大降低。
因此，设计时需要考虑火灾防护，如设置防火门、防火墙等。
5. 结构稳定性：钢结构在受到风荷载、地震荷载、自重等作用时，必须保证其稳定性。
设计时需要对钢结构进行稳定性分析，确保其在各种荷载作用下的安全性。
6. 考虑环境影响：在设计中应考虑到环境的影响，如腐蚀、风化等因素，选择适合的材料和防腐措施。
以上就是化工高层钢结构设计的主要要点，具体的设计还需要根据实际情况进行调整和优化。
第六章多层和高层钢结构房屋的抗震设计
2.竖向布置
抗震设防的高层建筑钢结构，宜采用 竖向规则的结构。在竖向布置上具有下 列情况之一者，为竖向不规则结构：
(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%。
(2)相邻楼层质量之比超过1.5(建筑 为轻屋盖时，顶层除外)。
(3)立面收进尺寸的比例为L1/L＜ 0.75（右图）。
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②结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个方向 的长度，超过该方向建筑总尺寸的25%；
③楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该层总 面积的50%；
④抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体系的 两个互相垂直的主轴。
属于上述情况第①、④项者应计算结构扭转的影响， 属于第③项者应采用相应的计算模型，属于第②项者应 采用相应的构造措施。
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带有偏心支撑的框架-支撑结构，具备中心支撑体系侧向 刚度大、具有多道抗震防线的优点，还适当减少了支撑构件的 轴向力，进而减小了支撑失稳的可能性。
由于支撑点位置偏离框架接点，便于在横梁内设计用于 消耗地震能量的消能梁段。强震发生时，消能梁段率先屈服， 消耗大量地震能量，保护支撑斜杆不屈曲或屈曲在后，形成了 新的抗震防线，使得结构整体抗震性能，特别是结构延性大大 加强。
3.水平地震作用计算
高层建筑钢结构采用底部剪力法时，可按下式计算顶 部附加地震作用系数：
1.框架体系
2.框架-支撑体系 框架-支撑体系是在框架体系中沿结构的纵、横两个方
向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。 (1)中心支撑
中心支撑是指斜杆与横梁及柱汇交于一点，或两根斜 杆与横杆汇交于一点，也可与柱子汇交于一点，但汇交时 均无偏心距。
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多层和高层钢结构布置
多层和高层钢结构房屋的结构布置一、多层和高层钢结构房屋的特点当建筑物的结构主要构件采用钢材时即称为钢结构房屋。
其特点为：1•钢材的强度较高，作为结构构件时，所需的构件截面尺寸大大小于广泛使用的钢筋混凝土构件，从而减轻结构的重量。
2•钢材的延性较高，故钢结构的抗震性能要好于砌体结构和混凝土结构。
3 •钢结构房屋由于强度高、重量轻、抗震性能好，因此，能建造比混凝土结构更高的房屋。
4•钢结构的构件可在工厂中预先制作，在现场安装，因此，主体结构施工速度很快。
所有墙体均采用轻质材料，建筑物的重量较轻。
5 •钢结构房屋整个建筑物的重量远比混凝土结构减少许多，故其基础承受的重量减少,可节省基础的造价；另外建筑物的重量减小后地震作用也会减小，可节省上部结构的材料。
故高层建筑采用钢结构其综合经济效益可能比混凝土结构优越。
二、多、高层钢结构的基本构件1•钢柱与钢梁。
钢柱与钢梁刚性连接时形成钢框架结构；当在建筑中有足够的抗侧力构件如抗震墙、核心筒等，梁与柱可以铰接。
(1)钢柱的形式可以是普通型钢、工字钢、槽钢、角钢等形成的实腹钢柱或格构式钢柱、宽翼缘H型钢、焊接方形或矩形钢管、无缝钢管等(见图3—89)。
图3-89钢柱截面形式示意图(a)普通工字钢彳⑻槽钢匸⑺角钢；3 实瞳钢柱；格构式例柱卜</)宽翼H型钢；3 悍接钢箱形柱匸3 无建钢管(2)钢梁的形式。
可直接采用工字钢、槽钢(一般用于次梁) ，当跨度较大时，应采用宽翼H型钢、实腹钢梁〔参见图3—89 (a)〜(d)实腹钢柱〕，焊接箱形梁〔参见图3—89 ( e)〜(h)〕2•钢框架结构中的支撑当多层和高层钢结构房屋采用框架结构时，为了提高结构的抗侧能力，在柱间设置柱间支撑，支撑的形式有：(1)中心支撑。
支撑与框架梁柱节点的中心相交，如图 3 —90。
(2)偏心支撑。
支撑底部与梁柱节点的中心点相交、上部偏离梁柱节点与框架梁相交，如图3—91。
VVV三、多高层钢结构的结构类型、适用范围及基本要求 1 •框架结构不超过12层的钢结构房屋可采用框架结构，两个主轴方向梁、柱应刚接形成框架。
高层建筑钢结构-第三章结构体系和布置
偏心支撑的工作性能
采用偏心支撑的主要目的是改变支撑斜杆与梁(耗能梁段) 的先后屈服顺序。 在罕遇地震时，一方面通过耗能梁段的非弹性变形进行 耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先，从而保护 支撑斜杆不屈曲或屈曲在后。 耗能梁端在多遇地震下应保持弹性状态，在罕遇地震下 产生剪切屈服。 必须提高支撑斜杆的受压承载力，使其至少应为耗能梁 段达到屈服强度时相应支撑轴力的1.6倍。
i i
1
i
实例
北京长富宫中心
1.建筑概况
地下2层、地上25层，旅馆建筑，建于1987年。 高91m，层高3.3m，25.8×48m矩形平面，柱网8×9.8m。 外墙采用带面砖的预制混凝土挂板。
2.结构体系及主要计算结果
为钢框架体系，但在2层以下和地下室为钢骨混凝土 结构。 基本周期为3.6s，最大层间位移1/337，小于1/200 的限值。
偏心支撑框架结构 框架-偏心支撑结构（双体系）
框架-剪力墙板结构（也可以是双体系）
剪力墙板类型有：钢板剪力墙、开缝剪力墙和内藏钢板支撑剪力墙
开缝剪力墙的工作原理
内藏钢板支撑剪力墙
2) 框架-支撑结构的工作特点
框架—支撑体系是由框架体系演变来的，即在框架体 系中对部分框架柱之间设置竖向支撑，形成若干榀带 竖向支撑的支撑框架。
对应伸臂桁架的楼层位置，宜沿外框架周边设置腰桁架或 帽桁架，以使外框架的所有柱子能与内筒起到整体抗弯作 用。腰桁架的高度也与设备层的层高相同。
3.5 交错桁架体系(staggered truss
1) 结构构成
systems)
2) 受力特点
3.6 筒体结构(tube structures)
1) 筒体结构的分类 外筒体系 框架筒体 桁架筒体 筒中筒 成束筒
第4章 多高层钢结构
▪ 抗震设计的框架—支撑结构中，支撑宜在竖向连续 布置。除底部较高楼层、水平帽状桁架和带状桁架 所在楼层及顶部不规则楼层外，支撑的形式和布置 在竖向宜一致。
4.1.4高层钢结构的材料选用 （1）钢号的选用
（2）对低温环境和外露结构要选用适宜的钢材 对于冬季计算温度低于0℃的情况，应考虑适应
负温的钢材等级。对外露结构件宜选用耐候钢。
（3）慎重特厚钢板 （4）对钢梁宜优先采用热轧H型钢
4.2 高层钢结构的荷载及效应组合
4.2.1 竖向荷载
(1)高层建筑中，活荷载值与永久荷载值相比是不大的，因此计 算时，对楼层和屋面活荷载一般可不作最不利布置工况的选择， 而均采取满布活荷载的计算图形，以简化计算。 (2)活荷载较大时，需将简化算得的框架梁的跨中弯矩计算值乘 以系数1.1～1.2；梁端弯矩乘以系数1.05～1.1予以提高。 (3)当计算侧向水平荷载与竖向荷载共同作用下结构产生的内力 时，竖向荷载应按《建筑结构荷载规范》（GB50009—2001） 的规定折减，但在抗震计算时另行考虑。 (4)施工中采用附墙塔、爬塔等对结构受力影响的起重机械或其 他施工设备时，在结构设计中应用根据具体情况验算施工荷载的 影响。
体系），在水平荷载作用下，可以简化为平面抗侧力体系进 行分析.
（3）高层钢柱架的底部剪力法
用底部剪力法估算高层钢框架结构的构件截面时，水平 地震作用下倾覆力矩引起的柱轴力，对体型较规则的丙类建 筑可考虑折减。折减系数的取值，根据所考虑截面的位置。 对体型不规则或体型规则但基本周期的结构，倾覆力矩不折 减。
▪ A.形状复杂的剪力墙可采用平面有限元法进行应力 计算，所采用的平面单元应具有较高的精度，例如 采用完全三次式位移函数的单元。
多高层钢结构中组合结构设计
多高层钢结构中组合结构设计作者：孙军战书东来源：《中华建设科技》2018年第01期【摘要】在高层钢结构中，钢-混凝土组合结构得到了广泛应用，如在钢与混凝土组合楼盖中，将混凝土楼板和钢梁通过栓钉等连接件组合在一起，就形成了钢-混凝土组合梁或组合连续梁；或者在钢梁外包裹混凝土组成钢骨混凝土梁共同工作等等。
组合结构形式多样，又各有其不同特点。
笔者首先阐述了多高层钢结构的设计特点，其后就其中的组合结构设计进行了具体分析，以供参考。
【关键词】多高层钢结构；组合结构；特点【Abstract】 In high-rise steel structures， steel-concrete composite structures have been widely used. For example， in steel and concrete composite floor slabs， concrete slabs and steel beams are combined together by means of studs to form a steel-concrete composite beam. Or a combination of continuous beams； or steel beams wrapped with concrete， composed of concrete， reinforced concrete beams， etc. The compositional structure is diverse and has its own characteristics. The author first elaborated on the design features of multi-storey high-rise steel structures， and then carried out a detailed analysis of the combined structure design for reference.【Key words】 High-rise steel structure；Composite structure；Characteristics我国经济建设持续发展，于上世纪90年代初期与末期分别形成了两个高层钢结构建设的高峰期，至今已建成以上海环球金融中心为首的地上101层、总高度492m，高度居世界最高建筑的第三位，还有金茂大厦88层、总高度421m。
建筑结构模块6多高层框架结构
根据外围结构构成的不同，筒体结构体系可以分 为由剪力墙构成的薄壁筒和由密排柱梁、裙梁组成的 框筒。
根据组成筒体结构体系的筒体个数及组合方式的
核心筒、筒中筒（二重筒）、多筒体、成束筒（组合 筒）和多重筒（群筒）等，如图6-7所示。
6.3 多高层框架结构的计算简图及荷载
纵向框架上的荷载往往各不相同，故常有中列柱 和边列柱的区别。中列柱纵向框架的计算单元宽度可 各取两侧跨距的一半，边列柱纵向框架的计算单元宽 度可取一侧跨距的一半。取出的平面框架所承受的竖 向荷载与楼盖结构的布置情况有关，当采用现浇楼盖 时，楼面分布荷载一般可按角平分线传至相应两侧的 梁上，对图6-8（c）所示的梯形竖向分布荷载往往可 简化成均匀竖向荷载，水平荷载则简化成节点集中力， 如图6-8（c）、(d)所示。
6.1 多高层建筑常用的结构体系
6.1 多高层建筑常用的结构体系
6.1.1 框架结构体系
1. 框架结构的概念
框架结构是由竖向构件柱子与 水平构件梁通过节点连接而成的， 一般由框架梁、柱与基础形成多个 平面框架作为主要的承重结构，各 平面框架再通过连系梁加以连接而 形成一个空间结构体系。框架结构 体系可同时抵抗竖向荷载和水平荷 载，如图6-1所示。
6.1 多高层建筑常用的结构体系
根据开孔的多少，筒体结构体系有实腹筒和空 腹筒之分，如图6-6所示。实腹筒一般由电梯井、 楼梯间、设备管道井的钢筋混凝土墙体组成。其开 孔少，常位于房屋中部，故又称为核心筒。空腹筒 由布置在房屋四周的密排立柱和高跨比很大的横梁 （又称为窗裙梁）组成，也称为框筒。
6.1 多高层建筑常用的结构体系
6.1 多高层建筑常用的结构体系
图6-3 承重框架的布置方案 (a)横向框架承重方案(b)纵向框架承重方案(c)纵、横向框架混合 承重方案（预制板）(d)纵、横向框架混合承重方案（现浇板）
多高层建筑钢结构设计(一)2024
多高层建筑钢结构设计（一）引言：多高层建筑钢结构设计是现代建筑领域中一项重要的技术，通过使用钢材来构建高层建筑的结构，可以提供更大的建筑空间，增加建筑的安全性和稳定性，以及降低建筑的整体重量。
本文将详细介绍多高层建筑钢结构设计的概述和要点。
正文内容：一、选择合适的钢材1. 考虑抗拉强度和抗剪强度2. 考虑可焊性和可塑性3. 考虑耐候性和耐腐蚀性4. 考虑材料的价格和供应稳定性5. 考虑材料的可持续性和环保性二、确定结构荷载1. 考虑建筑的自重和附加荷载2. 考虑风荷载和地震荷载3. 考虑人员和设备的荷载4. 考虑临时荷载和安全荷载5. 考虑荷载的影响因素和计算方法三、设计结构的布置1. 确定建筑的整体布局和功能需求2. 考虑结构的平面布置和立面形式3. 考虑结构的杆系和节点连接方式4. 考虑结构的刚度和柔度，以及适当的振动控制措施5. 考虑结构的消防和疏散设计要求四、进行结构计算和分析1. 建立合适的数学模型和力学假设2. 进行静力和动力计算，包括线性和非线性分析3. 分析结构的变形、应力和稳定性4. 评估结构的可靠性和安全性5. 优化结构设计，满足设计要求五、控制施工质量和安全1. 编制施工图纸和工艺规范2. 选择合适的建筑施工设备和施工方法3. 监督施工质量和安全，进行质量检查和验收4. 加强施工过程中的质量控制和安全管理5. 完善施工记录和档案，提高后期维护管理效率总结：多高层建筑钢结构设计需要考虑钢材选择、结构荷载确定、结构布置设计、结构计算分析以及施工质量和安全控制等多个方面。
通过合理的设计和施工管理，可以确保高层建筑的结构安全稳定，并提供优质的建筑空间。
对于未来的高层建筑设计和施工，钢结构将继续发挥重要的作用。
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6．2．2 结构平面布置
方式向中的偏εx心、率εy；——分别为所计算楼层在x和 y
构刚ex心、的e距y —离—；分别为x和y方向楼层质心到结
γex 、γey——分别为结构x和y方向的弹性 半径；
力 ∑构Kx
、 件
∑在Ky—x —和分
别 y
为所计 方向
算楼层 的侧
各抗 向
侧 刚
度之和；
KT——所计算楼层的扭转刚度； x、y——以刚心为原点的抗侧力构件坐标。
6．2．1 结 构 选 型
各种钢结构体系建筑的适用高度与高宽 比不宜大于表6-4和表6-5给出的数值。
表6-4 钢结构房屋适用的最大高度
结构体系
框架 框架-支撑（剪力墙板）
筒体和巨型框架
设防烈度
6、7 8
9
110 90 50
220 200 140
300 260 180
6．2．1 结 构 选 型
6．2．2 结构平面布置
②结构平面形状有凹角，凹角的伸出部分在一个 方向的长度，超过该方向建筑总尺寸的25％。
③楼面不连续或刚度突变，包括开洞面积超过该 层楼面面积的50％。
④抗水平力构件既不平行于又不对称于抗侧力体 系的两个互相垂直的主轴。
属于上述情况第①、第④项者应计算结构扭转影 响；属于第③项者应采用相应的计算模型，属于 第②项者应在凹角伸出部分采用加强措施。
表6-5 钢结构房屋适用的最大高宽比
烈度
6、7
8
9
最大高宽比
6.5
6.0
5.5
6．2．2 结构平面布置
多高层钢结构的平面布置应尽量满足下列要求： 1)建筑平面宜简单规则，并使结构各层的抗侧
力刚度中心与质量中心接近或重合，同时各层刚 心与质心接近在同一竖直线上。 2)建筑的开间、进深宜统一，其常用平面的尺 寸关系应符合表6-6和图6-12的要求。
相邻上层的80%。
5）框架-支撑结构中，支撑（或剪力墙板）宜
竖向连续布置，除底部楼层和外伸刚臂所在
楼层外，支撑的形式和布置在竖向宜一致。
6.2.4 构布置的其他要求
1）高层刚结构宜设置地下室。在框架-支撑（剪力 墙板）体系中，竖向连续布置的支撑（剪力墙板） 应延伸至基础。设置地下室时，框架柱应至少延伸 到地下一层。
有抗震要求的多高层建筑钢结构可采用框架结 构体系、框架-中心支撑结构体系(图6-9)、框 架-偏心支撑结构体系(图6-10)及框筒结构体系 (图6-11)。
框架结构的梁柱节点宜采用刚接。纯框架结构 延性好，但抗侧力刚度较差。
6．2．1 结 构 选 型
中心支撑框架通过支撑提高框架的刚度，但支 撑受压会屈曲，支撑屈曲将导致原结构承载力 降低。
4)宜避免结构平面不规则布置。 如在平面布置上具有下列情况之一者，为平面
不规则结构：
6．2．2 结构平面布置
① 任意层的偏心率大于0.15。偏心率可按下列公式 计算：
其中：
x
ey ex
y
ex ey
（6-1）
ex
KT Kx
ey
KT （6-2） K y （6-3）
K T (K xy2) (K yx2)
2）8、9度时，宜采用偏心支撑、带缝钢筋混凝土 剪力墙板、内藏钢板支撑和其他消能支撑。
3）采用偏心支撑时，顶层可为中心支撑。
4）楼板宜采用压型钢板（或预应力混凝土薄板） 加现浇混凝土叠和层组成的楼板。楼板与钢梁应采 用栓订或其他元件连接（图6-14）。当楼板有较大 或较多的开孔时，可增设水平钢支撑以加强楼板的 水平刚度。
偏心支撑框架可通过偏心梁段剪切屈服限制支 撑受压屈曲，从而保证结构具有稳定的承载能 力和良好的耗能性能，而结构抗侧力刚度介于 纯框架和中心支撑框之间。
框筒实际上是密柱框架结构，由于梁跨小、刚 度大，使周圈柱近似构成一个整体受弯的薄壁 筒体，具有较大的抗侧刚度和承载力，因而框 筒结构多用于高层建筑。
表6-6
L/B L/Bmax
≤5
≤4
L，l，l’，B’的限值
l/b ≤1.5
l’/Bmax B’/Bmax
பைடு நூலகம்≥1
≤0.5
6．2．2 结构平面布置
当钢框筒结构采用矩形平面时，其长宽比不应 大于1.5：1；不能满足此项要求时，宜采用多 束筒结构。
3)高层建筑钢结构不宜设置防震缝，但薄弱 部位应注意采取措施提高抗震能力。如必须设 置伸缩缝，则应同时满足防震缝的要求。
§6．2 多高层钢结构的选型 与结构布置
6．2．1 结 构 选 型 6．2．2 结构平面布置 6．2．3 结构竖向布置 6.2.4 构布置的其他要求
6．2．1 结 构 选 型
在结构选型上，多层和高层钢结构无严格界限。 但为区分结构的重要性对结构抗震构造措施的 要求不同，我国《建筑抗震设计规范》 (GB50011—2019)将超过12层的建筑归为高层 钢结构建筑，将不超过12层的建筑归为多层钢 结构建筑。
5）必要时可设置由筒体外伸臂和周边桁架组成的 加强层。
6．2．3 结构竖向布置
多高层钢结构的竖向布置应尽量满足下列要求：
1) 楼层刚度大于其相邻上层刚度的70%，且连
续三层总的刚度降低不超过50%。
2) 相邻楼层质量之比不超过1.5(屋顶层除外)。
3）立面收进尺寸的比例L1/L≥0.75（图6-13）。 4）任意楼层抗侧力构件的总受剪承载力大于其