1、高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v計算總則計算總則非抗震結構彈性分析計算內力和位移抗震結構小震驗算彈性分析內力位移彈塑性分析變形驗算大震驗算對于某些高層中震可修，通過構造要求保證中震可修，通過構造要求保證高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v組合梁的考慮方法組合梁的考慮方法彈性分析時考慮混凝土樓板與鋼梁共同工作彈塑性分析時忽略樓板與鋼梁的共同工作v次構件的考慮方法次構件的考慮方法忽略次構件的影響忽略非結構構件的影響必要時考慮一定的受力蒙皮作用高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v分析模型的使用原則分析模型的使用原則結構布置規則，不計入扭轉時平面模型具有多種抗側體系，不計入扭轉時空間協同工作原理平面抗側力結構布置不

2、規則結構空間模型v分析模型中需要考慮的因素分析模型中需要考慮的因素梁柱的彎曲變形、軸向變形、宜計入剪切變形節點域的剪切變形支撐的軸向變形高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v支撐在整體分析中的要求支撐在整體分析中的要求支撐兩端常做成剛性連接但可按兩端鉸接計算內力偏心支撐中的耗能梁段分析時應取為單獨單元v嵌入式墻板的分析原則嵌入式墻板的分析原則可按相同水平力作用下側移相同的原則，將其折算成等效支撐或等效剪切板計算。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構分析模型應視設計階段而定：分析模型應視設計階段而定：初步設計階段簡化模型，計算快速中間和最終設計階段精確模型，結果準確高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構1) 結構分析模型

3、的發展結構分析模型的發展高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v框架結構平面簡化模型框架結構平面簡化模型 豎向荷載作用下可采用分層法計算內力豎向荷載作用下可采用分層法計算內力 （彎矩和軸力）（彎矩和軸力）2) 簡化模型簡化模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構水平荷載作用下可采用反彎點法或水平荷載作用下可采用反彎點法或D值法求內力和位移值法求內力和位移高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v剪力墻和均勻開洞剪力墻的簡化模型剪力墻和均勻開洞剪力墻的簡化模型不開洞剪力墻可簡化為懸臂柱不開洞剪力墻可簡化為懸臂柱墻體均勻開洞時，可簡化為帶剛域的框架計算墻體均勻開洞時，可簡化為帶剛域的框架計算高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構高層建筑

4、鋼結構高層建筑鋼結構v平面布置規則的框架平面布置規則的框架-支撐支撐(剪力墻剪力墻)結構，在水平荷結構，在水平荷載作用下的簡化協同分析模型載作用下的簡化協同分析模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構當抗側力體系種類當抗側力體系種類較多，且對稱布置較多，且對稱布置時，可采用平面抗時，可采用平面抗側力結構的協同分側力結構的協同分析模型。析模型。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v平面桿系模型平面桿系模型體系復雜，平面和豎向不規則的結構，宜采用三維空體系復雜，平面和豎向不規則的結構，宜采用三維空間分析模型，通常采用桿系模型進行有限元分析。間分析模型，通常采用桿系模型進行有限元分析。3) 精確分析模型精確分析模型

5、高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v空間桿系模型中的空間梁元和薄壁桿件單元模型空間桿系模型中的空間梁元和薄壁桿件單元模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構單元坐標軸和理想模型 Coordinate Axis and Ideal Model of a Element (a) 單元坐標軸 (a) Coordinate Axis y x z y x z k I J 塑性鉸 (b) 單元理想模型 (b) Ideal Model I 彈性桿 J 節點 節點 v基于塑性鉸理論的梁單元模型基于塑性鉸理論的梁單元模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v沿截面和桿長的積分單元模型沿截面和桿長的積分單元模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼

6、結構平面梁、柱單元的雙分量桿件模型的骨架曲線平面梁、柱單元的雙分量桿件模型的骨架曲線4) 彈塑性動力分析中單元的骨架曲線彈塑性動力分析中單元的骨架曲線配合塑性鉸單元模型或積分單元模型，可以通過定義材料的應配合塑性鉸單元模型或積分單元模型，可以通過定義材料的應力應變關系為雙線性來實現。力應變關系為雙線性來實現。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構節點域的骨架曲線節點域的骨架曲線高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構鋼支撐桿件的滯回模型鋼支撐桿件的滯回模型高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構由于計算工具的進步，目前更習慣于將支撐沿長度劃分為多個由于計算工具的進步，目前更習慣于將支撐沿長度劃分為多

7、個單元，當單元足夠多時（大于單元，當單元足夠多時（大于4 4個），配合塑性鉸單元模型或個），配合塑性鉸單元模型或積分單元模型，可以模擬支撐失穩的特性。積分單元模型，可以模擬支撐失穩的特性。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構內藏鋼板支撐剪力墻骨架曲線內藏鋼板支撐剪力墻骨架曲線Vy V uy K1 K2=0.1K1 u 0 有粘結時有粘結時無粘結時，把支撐設置成無粘結時，把支撐設置成桿單元即可桿單元即可高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構帶豎縫混凝土剪力墻骨架曲線帶豎縫混凝土剪力墻骨架曲線 墻 板 有 效 寬 度a).帶 豎 縫 剪 力 墻 板 與 框 架 的 連 接ee柱leeb).簡 化 分 析 模 型梁l

8、梁柱 2121(b)等效偏心交叉支撐的應力-應變曲線(a)帶豎縫混凝土剪力墻板的Vu曲線0uuVVVuu0E=tg=0.2*EK = tg2 = 0.2*KK=tg1E=tg1高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構1) 簡化分析方法簡化分析方法v鋼框架結構鋼框架結構 （豎向荷載：分層法；水平荷載：（豎向荷載：分層法；水平荷載：D值法）值法） 略略高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v鋼框架支撐結構和鋼框架剪力墻結構鋼框架支撐結構和鋼框架剪力墻結構在水平荷載作用下可近似地簡化為平面抗側力體系。在水平荷載作用下可近似地簡化為平面抗側力體系。 將所有框架合并為總框架將所有框架合并為總框架 將所有支撐合并為總支撐將所有

9、支撐合并為總支撐 將所有剪力墻合并為總剪力墻將所有剪力墻合并為總剪力墻高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構進行簡化分析時，總支撐可視為一根豎向彎曲桿件，進行簡化分析時，總支撐可視為一根豎向彎曲桿件，其等效慣性矩其等效慣性矩Ieq為：為：mjniijijeqaAI112其中：其中：折減系數，對中心支撐可取折減系數，對中心支撐可取0.80.9；Aij第第j榀豎向支撐第榀豎向支撐第i根柱的截面面積；根柱的截面面積；aij第第i根柱至第根柱至第j榀豎向支撐的柱截面形心軸的距離；榀豎向支撐的柱截面形心軸的距離；n每一榀豎向支撐的柱子數；每一榀豎向支撐的柱子數；m水平荷載作用方向豎向支撐的榀數。水平荷載作用方向豎

10、向支撐的榀數。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構mjniijijeqaAI112高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構2) 精確方法精確方法采用有限元方法的二階彈塑性分析采用有限元方法的二階彈塑性分析多借助于大型有限元分析與設計程序：多借助于大型有限元分析與設計程序：以設計為主的程序：以設計為主的程序：ETABS、SAP2000、Staad Pro、Midas、MTS、3D3S、STS、SETWE等；等；以內力計算為主的程序：以內力計算為主的程序：ANSYS、ABAQUS、NASTRAN等。等。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v反應譜分析方法，由于所取振型有限，且只能適用于反應譜分析方法，由于所取振型有限，且只能

11、適用于彈性動力分析，故對于特別不規則的建筑，尚應采用彈性動力分析，故對于特別不規則的建筑，尚應采用直接動力法直接動力法時程分析法進行補充驗算。時程分析法進行補充驗算。 當取三組加速度時程曲線輸入時，計算結果宜取時程法的包絡當取三組加速度時程曲線輸入時，計算結果宜取時程法的包絡值和振型分解反應譜法的最大值。值和振型分解反應譜法的最大值。 當取七組及以上的時程曲線時，計算結果可取時程法的平均值當取七組及以上的時程曲線時，計算結果可取時程法的平均值和振型分解反應譜法的較大值。和振型分解反應譜法的較大值。 應按場地土類別和設計地震分組選用實際強震記錄和人工模擬應按場地土類別和設計地震分組選用實際強震記

12、錄和人工模擬的加速度時程曲線，實際強震記錄不得小于總數的的加速度時程曲線，實際強震記錄不得小于總數的2/3。 彈性時程分析時，每條時程曲線所得結構底部剪力不應小于振彈性時程分析時，每條時程曲線所得結構底部剪力不應小于振型分解反應譜法的型分解反應譜法的65%，多條時程曲線計算所得結構底部剪力，多條時程曲線計算所得結構底部剪力的平均值不應小于振型分解反應譜法的的平均值不應小于振型分解反應譜法的80%。3) 鋼結構抗震時程分析的基本概念鋼結構抗震時程分析的基本概念高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構 采用采用彈性時程分析彈性時程分析的房屋高度范圍的房屋高度范圍烈度、場地類別烈度、場地類別房屋高度范圍房屋高度

13、范圍(m)特別不規則建筑、甲類建筑特別不規則建筑、甲類建筑8度度、場地和場地和7度度8度度、類場地類場地9度度1008060v多遇地震下的彈性時程分析的房屋高度范圍和罕遇地多遇地震下的彈性時程分析的房屋高度范圍和罕遇地震下的彈塑性時程分析的房屋范圍如下：震下的彈塑性時程分析的房屋范圍如下：高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構采用采用彈塑性時程分析彈塑性時程分析的房屋范圍的房屋范圍 （或三維靜力彈塑性（或三維靜力彈塑性pushover分析方法）分析方法）應應進行彈塑性進行彈塑性變形驗算的：變形驗算的：甲類建筑和甲類建筑和9度抗震設防的乙類建筑；度抗震設防的乙類建筑；高度超過高度超過150m的鋼結構高層建

14、筑；采的鋼結構高層建筑；采用隔震和消能減震設計的結構。用隔震和消能減震設計的結構。宜宜進行彈塑性進行彈塑性變形驗算的：變形驗算的：符合上表所列高度范圍且豎向不規則符合上表所列高度范圍且豎向不規則的高層鋼結構；的高層鋼結構； 7度度、類場地和類場地和8度乙類建筑的鋼結構房屋。度乙類建筑的鋼結構房屋。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構v時程分析時所用地震加速度時程曲線的最大加速度值時程分析時所用地震加速度時程曲線的最大加速度值(cm/s2) 地震影響地震影響6度度7度度8度度9度度多遇地震多遇地震罕遇地震罕遇地震1835(55)220(310)70(110)400(510)140620加速度單位加速度單

15、位cm/s2，也稱，也稱gal。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構1) 二階效應二階效應(的概念的概念結構在水平荷載作用下，產生側移結構在水平荷載作用下，產生側移；此時豎向荷載將對剛架產生一個附加的外彎矩此時豎向荷載將對剛架產生一個附加的外彎矩P，將繼續增大側移和內力；將繼續增大側移和內力；豎向荷載作用于繼續增大的側移，將產生更小一階豎向荷載作用于繼續增大的側移，將產生更小一階的外彎矩的外彎矩P1，繼續增大側移和內力；，繼續增大側移和內力；如此疊加，直至平衡如此疊加，直至平衡(或整體失穩或整體失穩)，稱為，稱為P-效應效應(二階效應二階效應)。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構2) 一階分析與二階分析一階

16、分析與二階分析一階分析線彈性計算方法線彈性計算方法不同荷載可獨立計算不同荷載可獨立計算滿足疊加原理滿足疊加原理二階分析非線性迭代方法非線性迭代方法所有荷載同時計算所有荷載同時計算不滿足疊加原理不滿足疊加原理高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構二階效應的影響二階效應的影響30層以下的鋼結構，不層以下的鋼結構，不顯著，可忽略顯著，可忽略3) 二階分析的影響二階分析的影響50層的鋼結構，二階內層的鋼結構，二階內力和位移可達力和位移可達15以上以上超高層的鋼結構，影響超高層的鋼結構，影響更大，必須考慮更大，必須考慮如果不考慮，可能造成構件實際負擔的內力超過設計如果不考慮，可能造成構件實際負擔的內力超過設計承載

17、力，引起結構倒塌。承載力，引起結構倒塌。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構4) 整體穩定性的判斷整體穩定性的判斷u當同時滿足以下兩個條件時，可不驗算結構整體穩當同時滿足以下兩個條件時，可不驗算結構整體穩定定結構各樓層柱的平均長細比和平均軸壓比滿足：結構各樓層柱的平均長細比和平均軸壓比滿足：180mpmmNN其中：其中：m樓層柱的平均長細比；樓層柱的平均長細比；Nm樓層柱的平均軸壓力設計值；樓層柱的平均軸壓力設計值；Npm樓層柱的平均全塑性軸壓力，樓層柱的平均全塑性軸壓力， Npm=fyAm；Am樓層柱的平均截面面積。樓層柱的平均截面面積。高層建筑鋼結構高層建筑鋼結構一階分析計算得到的各層層間相對側移滿足：一階分析計算得到的各層層間相對側移滿足：vhFFhu12. 0其中：其中：h