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多层和高层钢结构房屋的结构布置
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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）。
& & （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。
& & 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。
2．框架一支撑结构
适用于12层以下及超过12层的钢结构房屋。采用框架一支撑结构时，应符合下列规定：
（1）设置支撑的框架（简称支撑框架，见图3—92），在两个方向都应布置且均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3。
（2）不超过12层的钢结构宜采用中心支撑，有条件时也可采用偏心支撑等消能支撑；超过12层的钢结构，抗震设防8、9度时宜采用偏心支撑框架，当已采用偏心支撑框架时，顶层可采用中心支撑。
（3）中心支撑框架宜采用交叉支撑，也可采用人字支撑或单斜杆支撑，不宜采用K形支撑，如图3—93，支撑的轴线应交汇于梁柱构件轴线的交点，确有困难时偏离中心不应超过支撑杆件宽度，并应计入由此产生的附加弯矩。
（4）偏心支撑框架的每根支撑应至少有一端与框架梁连接，并在支撑与梁交点和柱之间或同一跨内另一支撑与梁交点之间形成消能梁段（见图3—94）。
& &3．钢框架一抗震墙结构
是由钢框架与抗震墙组成的钢结构体系，适用于超过12层的高层钢结构。
抗震墙可采用：带竖缝的钢筋混凝土抗震墙板（图3—95）；内藏钢支撑的钢筋混凝土墙板（图3—96）。
4．简体结构
& & 由框筒组成或由外钢框筒与内筒组成的考虑空间整体作用的钢结构，一般用于超高层结构，其布置原则参见第八、九节中的有关内容。
& & 当钢结构房屋设置地下室时，框架一支撑（或抗震墙板）结构中竖向连续布置的支撑（或抗震墙板）应延伸至基础，不可在地下室移动位置。钢支撑在地下室是否改为混凝土抗震墙形式，与是否设置钢骨混凝土结构层有关，若在地下室设置钢骨混凝土结构层时，则采用混凝土墙较协调。
& & 当钢结构房屋设置地下室时，地下室部分可采用钢筋混凝土结构，但钢框架柱宜伸至地下一层。
& & 四、钢结构的楼盖
& & 1．对于不超过12层的钢结构可采用装配整体式钢筋混凝土楼板、装配式楼板或其他轻型楼盖，一般宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板或非组合楼板。
& & 2．对于超过12层的钢结构宜采用压型钢板现浇混凝土的组合楼板或非组合楼板，亦可采用现浇楼板。
& & 当考虑压型钢板与现浇混凝土共同作用（即代替部分板的受拉钢筋）时，称为组合楼板；当不考虑压型钢板与现浇混凝土共同作用，只作为现浇混凝土的模板时，称为非组合楼板（见图
&&3．采用压型钢板钢筋混凝土组合或非组合楼板和现浇钢筋混凝土时，应与钢梁有可靠连接。采用装配式、装配整体式或轻型楼板时，应将楼板预埋件与钢梁焊接，或采取其他保证楼盖整体性的措施。
4．对超过12层的钢结构，若楼板厚度较薄，楼盖的长宽比较大时，可在楼层处设置水平支撑。
& & 5．当楼板跨度较大时，应加设钢次梁。
五、钢结构房屋的最大高度应符合表3—33的规定：
六、钢结构民用房屋的最大高宽比不宜超过表3—34的规定。
七、钢结构房屋的基础埋置深度：
&&1.超过12层的钢结构应设置地下室。其基础的埋置深度，当采用天然地基时不宜小于房屋总高度的1／15；当采用桩基时，桩承台埋深不宜小于房屋总高度的l／20。
&&2．不超过12层的多层钢结构宜设置或不设置地下室，其基础的埋置深度可适当减小。
高层混合结构的结构布置
混合结构系指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体昕组成的共同承受竖向和水平作用的高层建筑结构。
一、一般规定
1．混合结构高层建筑适用的最大高度宜符合表3—35的要求。
2．混合结构高层建筑的高宽比不宜大于表3—36的规定。
二、结构布置和结构设计
1．建筑平面的外形宜简单规则，宜采用方形、矩形等规则对称的平面，并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。
2．混合结构的竖向布置宜符合下列要求：
（1）结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化，构件的截面宜由下至上逐渐减小，无突变。
（2）当框架柱的上部与下部的类型和材料不同时，应设置过渡层。
（3）对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层，应采取可靠的过渡加强措施。对于型钢钢筋混凝土框架与钢框架交接的楼层及相邻楼层的柱子，应设置剪力栓钉加强连接，另外顶层的型钢混凝土柱也需设置栓钉。
（4）钢框架部分采用支撑时，宜采用偏心支撑和耗能支撑，支撑宜连续布置，且在相互垂直的两个方向均宜布置，并互相交接；支撑框架在地下部分，宜延伸至基础。
（5）7度抗震设防且房屋高度不大于130m时，宜在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角处设置型钢柱；7度抗震设防且房屋高度大于130m及8、9度抗震设防时，应在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱。& &
（6）混合结构中，外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接；楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架的连接可采用刚接或铰接。
（7）钢框架一钢筋混凝土筒体结构（见图3—98）中，当采用H形截面柱时，宜将柱截面强轴方向布置在外围框架平面内；角柱宜采用方形、十字形或圆形截面。
（8）混合结构中，为了提高结构的抗侧能力，减少侧向变形，可采用外伸桁架加强层，必要时可同时布置周边桁架。外伸桁架平面宜与抗侧力墙体的中心线重合。外伸桁架应与抗侧力墙体刚接且宜伸入并贯通抗侧力墙体，外伸桁架与外围框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。
（9）楼面宜用压型钢板现浇混凝土组合（或非组合）楼板、现浇混凝土楼板或预应力叠合楼板，楼板与钢梁应可靠连接。对于楼面有较大开口或为转换楼层时，应采用现浇楼板。对楼板开口较大部分应考虑楼板平面内变形对整体计算的影响，或采取设置刚性水平支撑等加强措施。
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