多，高層房屋鋼框架結構設計

楊永清

摘要：本文針對鋼框架結構體系的多、高層房屋鋼框架結構，在基于設計標準下的建筑結構設計進行了討論并提出實踐中應對的具體方法，以供參考。

關鍵詞：結構;布置;設計;方案;計算

1 結構的布置

結構平面布置應簡單、規則、對稱，減少偏心，同時要盡可能的采用中心對稱或雙軸對稱的平面形式，以減小或避免在風荷載作用下的扭轉振動?？拐鹪O防時，平面尺寸關系應符合表1的要求。

2 樓蓋的布置方案和設計

2.1 樓蓋的布置原則和方案

在多、高層建筑中，樓蓋結構除了直接承受豎向荷載的作用并將其傳遞給豎向構件外，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：現澆鋼筋混凝土樓板，壓型鋼板組合樓板（經濟板跨在2～3m），梁腹板開孔對梁的剛度造成消弱。消弱程度大時，除應考慮彎曲剛度消弱對撓度的影響外，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計

壓型鋼板組合樓蓋不僅結構性能較好，施工方便，而且經濟效益好，在高層鋼結構中得到廣泛應用。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計值為：

。通常依據是否考慮壓型鋼板對組合樓板承載力的貢獻，而將其分為組合板和非組合板。對于組合樓板設計，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算：。組合板受沖切承載力驗算：組合板在集中荷載下的沖切力V1應滿足：v1≤0.6ftucrhc。組合板斜截面受剪承載力驗算：組合板一個波距內斜截面最大剪力設計值Vin應當滿足：vin≤0.07ftbh0。對于非組合樓板，壓型鋼板僅作為模板使用，不考慮其承載作用，可按常規鋼筋混凝土樓板設計。

2.3 組合梁和組合板的構造要求

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

組合板的總厚度不應小于90mm，壓型鋼板頂面以上的混凝土厚度不應小于50mm。此外，尚應符合樓板防火保護層厚度的規定。組合樓板用的壓型鋼板應采用鍍鋅鋼板，其鍍鋅層厚度應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，現澆混凝土的波槽平均寬度不應小于50mm。當在槽內設置栓釘連接件時，壓型鋼板總高度不應大于80mm。

3 柱和支撐的設計

3.1 鋼框架柱設計

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）彎構件，擬定柱截面尺寸要參考同類已建工程，如果在初步設計階段，已粗略得到柱的設計軸力值N，則可以承受1.2N的軸心受壓構件來初擬柱截面尺寸。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100mm。

3.2 梁柱連接節點

3.2.1 梁柱連接節點可采用栓焊混合連接、螺栓連接、焊接連接、端板連接、頂底角鋼連接等構造。

3.2.2 梁柱采用剛性或半剛性節點時，節點應進行在彎矩和剪力作用下的強度驗算。

3.2.3 當梁柱采用剛性連接，對應于梁翼緣的柱腹板部位設置橫向加勁肋時，節點域應符合下列規定：當橫向加勁肋厚度不小于梁的翼緣板厚度時，節點域的受剪正則化寬厚比λn，s不應大于0.8;對單層和低層輕型建筑，λn，s不得大于1.2。節點域的受剪正則化寬厚比λn，s應按下式計算：

（hc、hb分別為節點節點域腹板的寬度和高度）。節點域的承載力應滿足：（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。節點域的受剪承載力fps應據節點域受剪正則化寬厚比λn，s按下列規定取值：;;;當軸壓比時，受剪承載力fps應乘以修正系數，當λn，s≤0.8時，修正系數可取為。當節點域厚度不滿足上式的要求時，對H形截面柱節點域可采用下列補強措施：加厚節點域的柱腹板，腹板加厚的范圍應伸出梁的上下翼緣外不小于150mm;節點域處焊貼補強板加強，補強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，塞焊點之間的距離不應大于較薄焊件厚度的21εk倍。設置節點域斜向加勁肋加強。

3.2.4 梁柱剛性節點中當工字形梁翼緣采用焊透的T形對接焊縫與H形柱的翼緣焊接，同時對應的柱腹板未設置水平加勁肋時，柱翼緣和腹板厚度應符合下列規定：在梁的受壓翼緣處，柱腹板厚度tw應同時滿足：

。

柱腳設計：多、高層結構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、層結構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不得涂刷油漆;柱腳安裝時，應將鋼柱表面的泥土、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，柱身的最大壓力應直接由銑平端傳遞，其連接焊縫或螺栓應按最大壓力的15%與最大剪力中的較大值進行抗剪計算;當壓彎柱出現受拉區時，該區的連接尚應按最大拉力計算。

3.3 水平支撐布置

高層鋼結構支撐可分為兩大類：一類時水平支撐，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。水平支撐分為臨時水平支撐和永久水平支撐。

3.4 豎向支撐布置

高層鋼結構中的豎向支撐通常呈貫通整個建筑物高度的平面桁架形式，它是通過在兩根柱構件間設置一系列斜腹桿構成的。斜腹桿都連接于梁柱節點時稱為豎向中心支撐（簡稱中心支撐），否則稱為豎向偏心支撐（簡稱偏心支撐）。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、跨層跨柱設置斜桿體系。

參考文獻：

[1]GB 50017-2017 鋼結構設計標準

[2]GB50011-2010（2016版）建筑抗震設計規范