1、国家级精品课程钢结构设计1概概 述述高层房屋钢结构的结构体系高层房屋钢结构的结构体系台北101101层、巨型结构美国纽约世贸中心110层、筒中筒 帝国大厦 102层、钢框架-剪力墙第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计金茂大厦（8888层）层）京广中心（57层）u12层以上或超过50m的建筑物视为高层建筑物;u水平荷载逐渐成为控制结构的主要因素;u选择合理的建筑体型;u平面布置和竖向布置应遵循一般性原则。上海环球金融中心（101层）第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体
2、系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计u本节内容加劲的框架加劲的框架-支撑体系支撑体系筒体体系筒体体系 1）框筒体系）框筒体系 2）筒中筒体系）筒中筒体系 3）束筒体系）束筒体系巨型结构体系巨型结构体系第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计u四大类型：u框架体系；u双重抗侧力体系：框架-支撑体系、框架-剪力墙（筒体）体系和加劲的框架-核心筒体系 u筒体结构体系；u巨型框架体系 第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及
3、特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计 在水平荷载作用下，弯曲型悬臂构件承载力以及抗推刚度的大小与其高宽比成反比。B1B2B3高宽比减少，抗弯刚度增大；B1B2B3HHH高宽比较大可采用加强措施！第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）加劲的钢框架加劲的钢框架-核心筒体系核心筒体系国家级精品课程钢结构设计加劲伸臂桁架和周边桁架应设在同一楼层（水平加强层），常用作设备层或避难层。伸臂帽桁架伸臂腰桁架u 体系特征体系特征 外圈桁架H型钢柱竖向支撑伸臂桁架第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及
4、特点（结构体系类型及特点（2 2）加劲的钢框架加劲的钢框架-核心筒体系核心筒体系国家级精品课程钢结构设计加劲的钢框架加劲的钢框架-核心筒体系核心筒体系u 受力特性受力特性 无刚臂设帽刚臂增设腰刚臂框架帽刚臂帽刚臂腰刚臂钢框架-核心筒体系（无刚臂）中，核心筒承担大部分倾覆力矩；加劲的钢框架-核心筒体系中，外围框架和核心筒共同承担倾覆力矩。竖向支撑第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计美国纽约的美国纽约的4242层层ETWETW大楼大楼伸臂帽桁架伸臂腰桁架周边腰桁架周边帽桁架周边桁架竖向支撑与伸臂桁架加
5、劲的钢框架加劲的钢框架-核心筒体系核心筒体系第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计侧移减少幅度一般为20%30%。美国第一威斯康星大厦典型层结构平面结构体系的侧向变形两种侧移曲线比较第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）加劲的钢框架加劲的钢框架-核心筒体系核心筒体系国家级精品课程钢结构设计筒体体系筒体体系 u筒体结构体系因其抗侧移构件采用立体构件而使结构具有较大的抗侧刚度，有较强的抗侧力能力，能形成较大的使用空间，在超高层建筑中
6、应用较广泛。u所谓筒体结构体系，就是由若干片纵横交接的“密柱深梁型”框架或抗剪桁架所围成的筒状封闭结构。u楼面结构加强了各片框架或抗剪桁架之间的 相互连接，形成一个具有很大空间整体刚度 的空间筒状封闭结构。u筒体结构分为框架筒体、筒中筒、框架束筒 等结构体系。第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）国家级精品课程钢结构设计u框筒体系：（超过60层）组成：框架筒体、承重框架；框架筒体:由三片以上的“密柱深梁型”框架或抗剪桁架所围成的筒状封 闭型抗侧力立体构件，简称框筒。密柱：密排钢柱，柱距一般为不超过3m；深梁：框筒采用较高截
7、面的实腹式窗裙梁；（h=0.91.5m）承载：水平荷载引起的水平剪力和倾覆力矩外围框筒承担；重力荷载按比例分配给内部承重框架和外围框筒。框架筒体承重框架第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 水平力无剪力滞后的轴力分布有剪力滞后的轴力分布u框筒体系剪力滞后效应（Shear lag effect)框筒在侧向荷载作用下整体弯曲时，若框筒能作为一整体并按单纯的悬臂梁实壁构件受弯，则框筒柱的轴力按直线分布（符合平截面假定），由于存在框架横梁（窗裙梁）的竖向弯剪变形，使框筒中柱的轴力不再符合平截面假定的直线分布规律，
8、而呈非线性分布。国家级精品课程钢结构设计危害：角柱要承受比中柱更大的轴力；结构的侧向挠度将呈明显的剪切型变形；削弱框筒作为抗侧力构件的空间效能。影响因素：梁柱线刚度比；结构平面形状；长宽比。第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 u框筒体系国家级精品课程钢结构设计美国纽约美国纽约世贸中心世贸中心钢框筒结构钢框筒结构110110层层411m411m第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 u框筒体系国家级精品课程钢结构设计美
9、国纽约世贸中心塔楼框架筒承重钢柱450X450方钢管柱450X450X125起吊索窗裙梁钢框架吊装件框架柱框筒结构部分楼层外框筒吊装单元第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u筒中筒体系（可用于超高层）由分别置于内外的两个以上筒体通过有效连接组成一个共同工作的结构体系。外筒：钢框筒（密柱深梁）、支撑钢框筒；内筒：钢框筒（密柱深梁）、支撑钢框筒、钢筋砼核心筒、钢骨砼核心筒。筒中筒结构体系的典型平面外框筒内框筒内框筒外框筒中框筒第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构
10、设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u筒中筒体系 外框筒：弯剪型抗侧力构件 内框筒：弯曲型抗侧力构件空间筒体骨架：内筒、外筒、楼板。结构的抗侧移刚度很大，能承受很大的侧向力。外框筒内框筒周边桁架周边桁架抗震墙北京中国国际贸易中心主楼第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u筒中筒体系u核心筒承担水平荷载产生的大部分水平剪力和倾覆力矩；u钢骨混凝土内筒与钢筋混凝土内筒相比较，延性有所提高；u钢框筒-支撑钢框筒体系，延性和抗震性能
11、大大改善。内筒的高宽比虽然很大，但由于设置垂直支撑，具有很大的抗剪能力。栓钉钢连梁端钢板剪力墙钢暗柱栓钉剪力墙钢梁栓钉钢梁剪力墙端钢板第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u束筒体系：由两个以上的框筒并列组合在一起形成的框筒束 及其内部承重框架共同组成的结构体系。框筒束结构体系工程实例梯形平面框束筒梭形平面框束筒双矩形平面框束筒外框筒承重框架横向密柱框架承重框架 外框筒横向密柱框架横向密柱框架承重框架第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（
12、结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u束筒体系u受力特点：1）水平剪力：由平行于剪力方向的各榀内、外腹板框架承担；倾覆力矩：由各榀腹板框架和翼缘框架共同承担。2）内外翼缘框架中各柱：仅承受轴向力；内外腹板框架中的各柱：承受轴向力、弯矩。3）框筒束各柱的轴力分布，比较接近实腹筒的分布，框筒束的剪力滞后效应甚弱。美国希尔斯大厦的束筒体系压应力拉应力第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）筒体体系筒体体系 国家级精品课程钢结构设计u 巨型结构体系的概念：巨型结构体系的概念：巨型结构体系（超级结构体
13、系）主结构 次结构巨型梁（普通框架层高）巨型柱（普通框架柱距）框架梁框架柱楼板u巨型结构体系特点：l结构整体刚度大;l侧向刚度大，沿高度分布均匀，是一种理想的抗侧力体系;l体系灵活多样，有利于抗震;l建筑物中可以布置大空间或空中台地或大门洞;l施工速度快;l具有更大的稳定性和更高的效能;l可清楚划分主次结构，传力途径明确。第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）巨型结构巨型结构体系体系 国家级精品课程钢结构设计u 巨型结构体系分类：l 巨型框架结构l 巨型支撑外框筒结构（巨型支撑框筒+承重框架）l 巨型悬挂结构 支撑斜杆主构
14、件 角柱 主楼层的窗裙梁 中间柱次构件 主楼层间的窗裙梁巨型支撑外框筒的一个典型区段第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）巨型结构巨型结构体系体系 国家级精品课程钢结构设计水平荷载：巨型支撑的外框筒承担竖向荷载：巨型支撑的外框筒和承重框架共同承担。约翰.汉考克大厦水平荷载作用下巨型支撑外框筒受力状态竖向剪力竖向剪力框筒翼缘框架框筒翼缘框架框筒腹板框架框筒腹板框架窗裙梁窗裙梁框筒柱框筒柱大型支撑大型支撑框筒竖向剪力分布支撑的轴力分布第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型
15、及特点（2 2）巨型结构巨型结构体系体系 国家级精品课程钢结构设计日本千叶县的NEC大楼巨型框架柱巨型框架柱支撑支撑支撑支撑电梯间电梯间巨型框架柱巨型框架柱巨型框架梁巨型框架梁第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）巨型结构巨型结构体系体系 国家级精品课程钢结构设计慕张东京海上保险会社大厦巨型框架柱巨型框架梁第第1212讲讲 多多(高高)层房屋钢结构设计层房屋钢结构设计结构体系类型及特点（结构体系类型及特点（2 2）巨型结构巨型结构体系体系 国家级精品课程钢结构设计25第第12讲讲高层房屋结构体系类型及其特点高层房屋结构体系类型及其特点 小结：小结：u 高层房屋钢结构结构体系的类型u 各种类型高层房屋钢结构结构的特点 加劲的框架-支撑体系 筒体体系 巨型结构体系
