多，高層房屋鋼框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊永清

摘要：本文針對(duì)鋼框架結(jié)構(gòu)體系的多、高層房屋鋼框架結(jié)構(gòu)，在基于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論并提出實(shí)踐中應(yīng)對(duì)的具體方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu);布置;設(shè)計(jì);方案;計(jì)算

1 結(jié)構(gòu)的布置

結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱，減少偏心，同時(shí)要盡可能的采用中心對(duì)稱或雙軸對(duì)稱的平面形式，以減小或避免在風(fēng)荷載作用下的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。抗震設(shè)防時(shí)，平面尺寸關(guān)系應(yīng)符合表1的要求。

2 樓蓋的布置方案和設(shè)計(jì)

2.1 樓蓋的布置原則和方案

在多、高層建筑中，樓蓋結(jié)構(gòu)除了直接承受豎向荷載的作用并將其傳遞給豎向構(gòu)件外，還要有足夠的剛度，傳遞水平剪力。用于多高層的建筑樓板有：現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，壓型鋼板組合樓板（經(jīng)濟(jì)板跨在2～3m），梁腹板開(kāi)孔對(duì)梁的剛度造成消弱。消弱程度大時(shí)，除應(yīng)考慮彎曲剛度消弱對(duì)撓度的影響外，還必須考慮剪切剛度消弱的影響。

2.2 壓型鋼板組合樓蓋的設(shè)計(jì)

壓型鋼板組合樓蓋不僅結(jié)構(gòu)性能較好，施工方便，而且經(jīng)濟(jì)效益好，在高層鋼結(jié)構(gòu)中得到廣泛應(yīng)用。抗剪連接件栓釘保證樓板和鋼梁之間可靠地傳遞水平剪力，栓釘連接件的受剪承載力設(shè)計(jì)值為：

。通常依據(jù)是否考慮壓型鋼板對(duì)組合樓板承載力的貢獻(xiàn)，而將其分為組合板和非組合板。對(duì)于組合樓板設(shè)計(jì)，不僅要考慮使用荷載，亦要考慮施工階段荷載作用。組合板正截面受彎承載力驗(yàn)算：。組合板受沖切承載力驗(yàn)算：組合板在集中荷載下的沖切力V1應(yīng)滿足：v1≤0.6ftucrhc。組合板斜截面受剪承載力驗(yàn)算：組合板一個(gè)波距內(nèi)斜截面最大剪力設(shè)計(jì)值Vin應(yīng)當(dāng)滿足：vin≤0.07ftbh0。對(duì)于非組合樓板，壓型鋼板僅作為模板使用，不考慮其承載作用，可按常規(guī)鋼筋混凝土樓板設(shè)計(jì)。

2.3 組合梁和組合板的構(gòu)造要求

組合板中的壓型鋼板在鋼梁上的支承長(zhǎng)度不應(yīng)小于50mm;在砌體上的支承長(zhǎng)度不應(yīng)小于75mm。

組合板的總厚度不應(yīng)小于90mm，壓型鋼板頂面以上的混凝土厚度不應(yīng)小于50mm。此外，尚應(yīng)符合樓板防火保護(hù)層厚度的規(guī)定。組合樓板用的壓型鋼板應(yīng)采用鍍鋅鋼板，其鍍鋅層厚度應(yīng)滿足在使用期間不致銹損的要求。用于組合板的壓型板的凈厚度不小于0.75mm，僅作為模板的壓型板厚度不小于0.5mm，現(xiàn)澆混凝土的波槽平均寬度不應(yīng)小于50mm。當(dāng)在槽內(nèi)設(shè)置栓釘連接件時(shí)，壓型鋼板總高度不應(yīng)大于80mm。

3 柱和支撐的設(shè)計(jì)

3.1 鋼框架柱設(shè)計(jì)

多、高層建筑中常用的柱截面形式有：箱型、焊接工字型、H型鋼、圓管、方鋼管、矩形管等。框架柱一般是壓（拉）彎構(gòu)件，擬定柱截面尺寸要參考同類已建工程，如果在初步設(shè)計(jì)階段，已粗略得到柱的設(shè)計(jì)軸力值N，則可以承受1.2N的軸心受壓構(gòu)件來(lái)初擬柱截面尺寸。一般采用變化截面的形式，大致可分為每3～4層作一次截面變化。盡量使用較薄的鋼板，其厚度不宜超過(guò)100mm。

3.2 梁柱連接節(jié)點(diǎn)

3.2.1 梁柱連接節(jié)點(diǎn)可采用栓焊混合連接、螺栓連接、焊接連接、端板連接、頂?shù)捉卿撨B接等構(gòu)造。

3.2.2 梁柱采用剛性或半剛性節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行在彎矩和剪力作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算。

3.2.3 當(dāng)梁柱采用剛性連接，對(duì)應(yīng)于梁翼緣的柱腹板部位設(shè)置橫向加勁肋時(shí)，節(jié)點(diǎn)域應(yīng)符合下列規(guī)定：當(dāng)橫向加勁肋厚度不小于梁的翼緣板厚度時(shí)，節(jié)點(diǎn)域的受剪正則化寬厚比λn，s不應(yīng)大于0.8;對(duì)單層和低層輕型建筑，λn，s不得大于1.2。節(jié)點(diǎn)域的受剪正則化寬厚比λn，s應(yīng)按下式計(jì)算：

（hc、hb分別為節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)域腹板的寬度和高度）。節(jié)點(diǎn)域的承載力應(yīng)滿足：（Mb1+Mb2）/vp≤fps。H型截面柱：VP= hb1·hc1·tw;箱型截面柱：VP=1.8·hb1·hc1·tw;圓管截面柱：VP = （π/2）·hb1·dc·tc。節(jié)點(diǎn)域的受剪承載力fps應(yīng)據(jù)節(jié)點(diǎn)域受剪正則化寬厚比λn，s按下列規(guī)定取值：;;;當(dāng)軸壓比時(shí)，受剪承載力fps應(yīng)乘以修正系數(shù)，當(dāng)λn，s≤0.8時(shí)，修正系數(shù)可取為。當(dāng)節(jié)點(diǎn)域厚度不滿足上式的要求時(shí)，對(duì)H形截面柱節(jié)點(diǎn)域可采用下列補(bǔ)強(qiáng)措施：加厚節(jié)點(diǎn)域的柱腹板，腹板加厚的范圍應(yīng)伸出梁的上下翼緣外不小于150mm;節(jié)點(diǎn)域處焊貼補(bǔ)強(qiáng)板加強(qiáng)，補(bǔ)強(qiáng)板與柱加勁肋和翼緣可采用角焊縫連接，與柱腹板采用塞焊連成整體，塞焊點(diǎn)之間的距離不應(yīng)大于較薄焊件厚度的21εk倍。設(shè)置節(jié)點(diǎn)域斜向加勁肋加強(qiáng)。

3.2.4 梁柱剛性節(jié)點(diǎn)中當(dāng)工字形梁翼緣采用焊透的T形對(duì)接焊縫與H形柱的翼緣焊接，同時(shí)對(duì)應(yīng)的柱腹板未設(shè)置水平加勁肋時(shí)，柱翼緣和腹板厚度應(yīng)符合下列規(guī)定：在梁的受壓翼緣處，柱腹板厚度tw應(yīng)同時(shí)滿足：

。

柱腳設(shè)計(jì)：多、高層結(jié)構(gòu)框架柱的柱腳可采用埋入式柱腳、插入式柱腳及外包式柱腳，多、層結(jié)構(gòu)框架柱尚可采用外露式柱腳，單層廠房剛接柱腳可采用插入式柱腳、外露式柱腳，鉸接柱腳宜采用外露式柱腳。外包式、埋入式及插入式柱腳，鋼柱與混凝土接觸的范圍內(nèi)不得涂刷油漆;柱腳安裝時(shí)，應(yīng)將鋼柱表面的泥土、油污、鐵銹和焊渣等用砂輪清刷干凈。軸心受壓柱或壓彎柱的端部為銑平端時(shí)，柱身的最大壓力應(yīng)直接由銑平端傳遞，其連接焊縫或螺栓應(yīng)按最大壓力的15%與最大剪力中的較大值進(jìn)行抗剪計(jì)算;當(dāng)壓彎柱出現(xiàn)受拉區(qū)時(shí)，該區(qū)的連接尚應(yīng)按最大拉力計(jì)算。

3.3 水平支撐布置

高層鋼結(jié)構(gòu)支撐可分為兩大類：一類時(shí)水平支撐，另一類是豎向支撐。豎向支撐又分為豎向中心支撐和豎向偏心支撐兩種形式。水平支撐是指設(shè)置于同一水平面的支撐總稱，因此它包括通常意義下的橫向水平支撐和縱向水平支撐。水平支撐分為臨時(shí)水平支撐和永久水平支撐。

3.4 豎向支撐布置

高層鋼結(jié)構(gòu)中的豎向支撐通常呈貫通整個(gè)建筑物高度的平面桁架形式，它是通過(guò)在兩根柱構(gòu)件間設(shè)置一系列斜腹桿構(gòu)成的。斜腹桿都連接于梁柱節(jié)點(diǎn)時(shí)稱為豎向中心支撐（簡(jiǎn)稱中心支撐），否則稱為豎向偏心支撐（簡(jiǎn)稱偏心支撐）。豎向支撐既可以在建筑物縱向的一部分柱間布置，也可以在橫向或縱向兩向布置;其中在平面上的布置也是靈活的，既可以沿外墻布置，也可以沿內(nèi)墻布置。中心支撐宜采用十字交叉斜桿、單斜桿、人字形斜桿、K或V形斜桿、跨層跨柱設(shè)置斜桿體系。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB 50017-2017 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

[2]GB50011-2010（2016版）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范