1、鋼結構建筑結構設計要點和降低用鋼量方法結題報告寶鋼建筑系統集成有限公司二一三年三月鋼結構建筑結構設計要點和降低用鋼量方法結題報告技術指導：高光虎、孫緒東項目負責人：田海項目研究人員：田海寶鋼建筑系統集成有限公司聲明:本作品權益屬寶鋼建筑系統集成有限公司所有。所含信息、專有技術應予保密。未經本公司書面許可，不得修改、復制、提供或泄漏給任何第三方。二一三年三月目 錄 TOC o 1-2 h z u 概述1 1.1 操縱鋼結構用鋼量的意義1 1.2 本報告研究的對象1 建筑、結構的概念和方案的優化設計4 2.1 自然條件的精確掌握4 2.1.1 抗震設防分類標準4 2.1.2 荷載9 2.2 平面布

2、置原則23 2.3 平面的長寬比24 2.4 高寬比25 2.5 建筑層數和高度的阻礙26 2.6 立面形狀26結構規范體系的選擇27結構選型33 4.1 鋼框架體系33 4.2 鋼管混凝土柱框架體系33 4.3 鋼框架（鋼管混凝土柱框架）支撐體系34 4.4 鋼框架內藏鋼板支撐剪力墻體系36 4.5 鋼框架鋼板剪力墻體系37 4.6 交錯桁架體系38 4.7 鋼框架鋼筋混凝土核心筒體系39第5章 材料41 5.1 高層建筑用鋼要求41 5.2 焊接H型、高頻焊接H型鋼、熱軋H型鋼三者的比較41 5.3 圓管和方管截面的選用原則42第6章 結構分析和軟件實現技巧44 6.1 PKPM（STS）

3、中和鋼結構用鋼量設計相關的參數選擇44 6.2 弱支撐框架彈性穩定計算的有用方法47構件設計49 7.1 框架梁49 7.2非框架梁52 7.3 框架柱54 7.4 支撐54第8章 樓板設計57第9章 構造要求和細節60 9.1 次梁和主梁的連接60 9.2方管柱和H鋼梁的連接節點609.3十字型柱的截面構造63第1章 概述1.1 操縱鋼結構用鋼量的意義 建筑鋼結構的經濟性能一直是大伙兒最為關注的一個問題。如何操縱工程造價，充分發揮鋼結構建筑技術經濟上的綜合優勢，工程設計是一個特不重要和關鍵的時期，據權威資料統計分析，在方案和初步設計時期，阻礙工程造價的可能性為75%95%；在技術設計實施時期

4、，阻礙工程造價的可能為35%75%；在施工圖設計時期，阻礙工程造價的可能性5%35%。因此操縱設計各時期的質量、進行相應的設計優化對工程造價將產生直接的阻礙。1.2 本報告研究的對象鋼結構建筑的應用范圍專門廣，要緊包括廠房鋼結構、低多層輕鋼結構、多高層鋼結構、大跨度鋼結構、高聳和塔桅鋼結構、橋梁鋼結構以及一些移動鋼結構。從建筑的使用功能上來講，建筑類型可分為民用建筑、工業建筑和農業建筑三大類型。民用建筑又分為居住建筑和公共建筑兩大類。居住建筑指供生活起居用的建筑，如住宅、宿舍、酒店式公寓等；公共建筑指進行社會活動的非生產型建筑，如辦公建筑、文教建筑、醫療建筑、商場建筑、觀演建筑、展覽建筑、交通

5、通訊建筑、園林建筑等。本手冊要緊關注采納低多層輕鋼結構和多高層鋼結構為載體的民用建筑的結構優化設計。民用建筑中采納的大跨度鋼結構包括網架、網殼、空間桁架、張弦等結構形式不在本報告的研究之范圍。在確定了本報告的研究范圍之后，有必要對相關建筑類型從現行的建筑和結構規范的角度加以梳理和分類，以方便后續結構優化設計的方法討論。按民用建筑設計通則（GB50352-2005）第3.1.2條之規定：民用建筑按地上層數或高度分類劃分應符合下列規定： （1）住宅建筑按層數分類：一層至三層為低層住宅，四層至六層為多層住宅，七層至九層為中高層住宅，十層及十層以上為高層住宅； （2）除住宅建筑之外的民用建筑高度不大于

6、24m者為單層和多層建筑，大于24m者為高層建筑（不包括建筑高度大于24m的單層公共建筑）； （3）建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑。建筑設計防火設計規范GB50016-2006和高層民用建筑設計防火規范（2005版）GB50045-95也有關于上述劃分的相同規定。然而突出了將首層設置商業服務網點的住宅也歸于居住建筑的規定。其中建筑設計防火設計規范GB50016-2006中第1.0.2條對建筑的高度和層數有如下具體規定：（1）建筑高度的計算：當為坡屋面時，應為建筑物室外設計地面到其檐口的高度；當為平屋面（包括有女兒墻的平屋面）時，應為建筑物室外設計地面到其屋面面層的高度；當同一座建筑

7、物有多種屋面形式時，建筑高度應按上述方法分不計算后取其中最大值。局部突出屋頂的瞭望塔、冷卻塔、水箱間、微波天線間或設施、電梯機房、排風和排煙機房以及樓梯出口小間等，可不計入建筑高度內。（2）建筑層數的計算：建筑的地下室、半地下室的頂板面高出室外設計地面的高度小于等于1.5m者，建筑底部設置的高度不超過2.2m的自行車庫、儲藏室、放開空間，以及建筑屋頂上突出的局部設備用房、出屋面的樓梯間等，可不計入建筑層數內。住宅頂部為兩層一套的躍層，可按1層計，其它部位的躍層以及頂部多于2層一套的躍層，應計入層數。由上述建筑規范可見，住宅、宿舍等居住類建筑是按層數來劃分是否為高層，其他類建筑按照建筑實際高度來

8、劃分是否為高層。結構規范中涉及到上述內容的有高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010第1.0.2條，本規程適用于10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24m的其他高層民用建筑混凝土結構。該規程中第11章規定混合結構的結構設計，其中有一部分涉及到鋼結構的相關規定。另高層建筑鋼-混凝土混合結構設計規程CECS230-2008中第1.0.2條規定本規程適用于10層及10層以上或房屋高度超過28m的高層建筑鋼-混凝土混合結構的設計。上述兩本結構規程對高層建筑的界定并不完全統一。綜合上述建筑和結構規范，建議高層建筑的界定如下： （1）關于住宅（包括首層設置商業服務網點的住宅

9、）、宿舍、酒店式公寓等居住建筑，當建筑物層數為10層及10層以上，或房屋高度大于28m時，認定為高層建筑； （2）關于帶兩層及兩層以上商業的住宅、其他多層民用公共建筑，當房屋高度大于24m時，認定為高層建筑。房屋高度為自室外地面至房屋要緊屋面的高度，不包括突出屋面的電梯機房、水箱、構架等高度。第2章 建筑、結構的概念和方案的優化設計 在民用建筑設計中，往往建筑方案確定后，結構的成本也差不多確定了60%70，剩下的30%40的成本可通過結構方案的優化和精細化設計來操縱。操縱結構用鋼量是成本操縱的首要問題，必須從方案時期著手，重視結構的概念設計。概念設計，是指設計人員在從結構選型、布置，分析計算，

10、截面設計到細部處理的整個設計過程中，對所遇到的問題依據建筑結構在各種情況下工作的一般規律（要緊是建筑、結構專業的基礎理論），結合實踐經驗，綜合考慮各方面因素，確定合理的分析、處理方法，力求得到最為經濟、合理的結構設計方案。宏觀上把握方案，不管是建筑和結構專業，能夠從以下方面入手。2.1 自然條件的精確掌握2.1.1 抗震設防分類標準 對建筑工程抗震設防分類標準（GB50223-2008）進行深入理解后發覺，建筑工程抗震設防類不劃分的差不多原則是從抗震設防的角度進行分類，即依照建筑遭遇地震破壞后，可能造成人員傷亡、直接和間接損失、社會阻礙的程度及其在抗震救災中的作用等因素，將各類建筑劃分為不同的

11、抗震設防類不，采取不同的設計要求。而在一個較大的建筑中，區不對待有不同使用功能的建筑區段，分不劃分其設防類不，即為“按區段設置結構抗震設防類不”的思想。分類對待、突出重點是在現有技術和經濟條件下減輕地震災難的重要對策之一。 “區段”是一個最為重要的概念。“一個區段”指的是：具有同一建筑功能的相關范圍，考察的是人員的聚攏程度（注意，人流是否密集是關鍵），與結構是否設置防震縫并無直接關系（防震縫作為區段的劃分標志是有條件的，只有當防震縫兩側結構單元因建筑功能不同而被建筑隔墻隔開時，防震縫兩側的結構單元才可分為不同區段），而與建筑功能分區及不同區段出口設置有關。結合工程實際，不同區段要緊有以下情況：

12、（1）防震縫分開的不同結構單元；（2）同一結構單元，上下樓層建筑功能顯著不同，劃分為不同區段；（3）同一結構單元，平面內使用功能顯著不同，劃分為不同區段。情況（1）：防震縫分開的結構單元，抗震設防類不的劃分（a）各結構單元可依照本單元的建筑功能單獨劃分其抗震設防類不。防震縫分開的結構單元，若各單元功能單一且有單獨的疏散出入口，各單元獨立承擔地震作用，彼此之間沒有相互作用，地震發生時人流疏散較容易，因此可按本單元的建筑功能單獨劃分其抗震設防類不。（b）關于需按功能面積、人流量、座位數等要素確定抗震設防類不時（如商業建筑、影劇院等），可依照本單元的統計值劃分其類不。關于面積較大的多層商業建筑，若設

13、置防震縫將其分成若干個結構單元，且各單元滿足相關消防規范要求，有單獨的疏散出入口，則各單元可依照本單元的人流量、商業面積來劃分其抗震設防類不。由此可見，合理設置防震縫，不僅能改善結構的平面規則性、豎向規則性，也可能阻礙抗震設防類不的劃分，直接阻礙建筑功能、結構安全及工程造價。例如：某多層大型商業，總建筑面積4.78萬平方米，遠大于建筑面積1.7萬平方米或營業面積7000m2的要求。若設計為整體結構，本工程無疑應劃為重點設防類；現按結合其建筑平面設置防震縫，將其劃分為四個結構單元，并有獨立的人流疏散系統，各單元面積及人數均未達到“大型商場” 的標準，設防類不均為標準設防類（圖2.1）。圖2.1某

14、大型多層商業防震設置示意圖（c）由防震縫分開的各結構單元并不能直接視為不同區段， 分不劃分其抗震設防類不；應依照規范提高抗震設防標準的目的，推斷各結構單元是否能獨立實現其設防目標， 以此來推斷各結構單元是否能作為區段分不劃分其抗震設防類不。如商場、劇場等人員密集建筑，提高其設防類不是為了幸免人員傷亡；因此各單元應有獨立的人流疏散體系，保證人員安全， 才能將由防震縫分開的各結構單元單獨劃分其抗震設防類不。基礎設施建筑（如電力、通訊、交通、都市生活供給等建筑），規范提高抗震設防的標準是保證此類建筑在地震時使用功能不能中斷或能盡快恢復，因此此類建筑設置防震縫時，主功能房結構單元除應滿足建筑功能要求外

15、， 應具備滿足基礎設施正常使用的配套設備系統；如配套系統位于另一結構單元，則此結構單元的設防類不也應達到相應類不，并保證不因防震縫的設置阻礙設防目標。情況（2）：同一結構單元上下樓層建筑功能顯著不同時，抗震設防類不的劃分（a）同一結構單元內，上下樓層建筑功能顯著不同時，可將其劃分為不同區段，分不劃分其抗震設防類不。例如A級高度的高層住宅帶有大型的人流密集的多層商業裙房，若高層住宅和多層裙房之間未設防震縫，是一個結構單元，多層裙房商場及高層住宅下部幾層按規范為重點設防類時，其上部住宅可按標準設防類設防。某大型商住建筑群，設置三道抗震縫，將整個建筑分為A、B、C、D四個結構單元。A單元由A、B塔樓

16、及裙房構成，為大底盤雙塔結構，B單元由C塔樓及裙房構成，為大底盤單塔結構，C單元由D塔樓及裙房構成，為大底盤單塔結構。裙房部分均為2層地下車庫、6層商業，其上塔樓為住宅或寫字間。因裙房與塔樓建筑功能顯著不同，按上下區段分不劃分抗震設防類不，裙房劃分為重點設防類，塔樓劃分為標準設防類。D單元是位于B、C單元間的多層建筑，是兩個單元間的連接體，為2層地下車庫、6層商業，建筑面積及使用人數未達到“大型商場”的標準，抗震設防類不為標準設防類（圖2.2）。圖2.2 某建筑物的抗震設防分類（b）位于下部的區段，其抗震設防類不不應低于上部的區段。在同一結構單元中，按區段劃分時，若上部區段建筑設防類不較高，下

17、部區段建筑設防類不較低，則其下部區段建筑設防類不也應按較高的建筑設防類不劃定。如多層商業建筑，二、三層設置大型電影院時，需設置為重點設防類，則電影院下部樓層也應設置為重點設防類。（c）下部區段為設防類不較高的大型商業建筑，其人流疏散通道需利用上部區段部分樓層區域時，通過的樓層應按下部區段較高的建筑設防類不劃定。例如，帶地下商業的商住樓項目或帶吊層的商住樓，其平街層設置地下商業的出入口，按上下區段分不劃分其抗震設防類不時，平街層應按下部區段考慮其設防類不。（d）上下區段抗震設防類不不同時，與下區段較高設防類不相鄰的部分樓層應適當提高其抗震要求。王亞勇、戴國瑩編建筑抗震設計規范GB50011答疑第

18、3.4條建議“與下區段相鄰的上部高層建筑二層抗震設防類不與下區段一致”。 情況3：同一結構單元平面內建筑功能顯著不同時，抗震設防類不的劃分（a）同一結構單元平面內建筑功能顯著不同時，可按不同區段依照其建筑功能分不劃分其抗震設防類不。例如未設防震縫的大底盤多塔結構的各塔樓建筑功能顯著不同時，各塔樓可視為不同區段，分不劃分其設防類不。又如一個帶大型商業裙房的高層酒店（未設防震縫），裙房的塔樓投影區域為酒店配套用房，裙房其余區域為大型商業，則可將裙房的塔樓投影區域與裙房其余區域視為不同區段，分不按酒店和大型商業劃分其設防類不。（b）平面內區段的劃分范圍，應結合平面內建筑功能的區域來劃分；同時應依照規

19、范抗震設防目標，推斷各區段是否能獨立實現其設防目標，以此來推斷區段劃分的范圍。例如大型的多層裙房商業及辦公，若商業和辦公區域之間未設防震縫，是一個結構單元，商業區段為重點設防類，辦公區段為標準設防類時， 假如商業的人流疏散通道需要利用辦公的部分區域，則相應區域應劃分為商業區段，設防類不為重點設防類。（c）平面內區段抗震設防類不不同時，不同區段相鄰構件的處理，規范及相關參考資料并未提及，建議參照王亞勇、戴國瑩編建筑抗震設計規范GB50011答疑第3.4條“與下區段相鄰的上部高層建筑二層抗震設防類不與下區段一致”的處理方式， 將不同區段相鄰跨抗震設防類不與較高設防要求區段一致，適當提高其抗震構造。

20、2.1.2 荷載 （1）民用建筑設計時，對其承受的永久荷載和可變荷載應按建筑結構荷載規范GB50009-2012的有關規定取值。施工過程中的臨時荷載可按照預期的最大合理值確定。應幸免在建筑設計使用年限內由于設計不周發生結構構件不應有的超載。 （2）對重要建筑物、中外合資工程或國外工程，可依照業主的要求確定樓面活荷載標準值。設計時宜考慮使用期間設備更新或用途變更的可能，適當增大樓面活荷載標準值。關于辦公用房一般不宜小于2.5kN/m2。（3）民用建筑的荷載取值以現行的建筑結構荷載規范GB50009-2012為基準。其它有關設計規范中未予明確的樓面活荷載標準值，可依照樓面上活動的人數和設備的不同狀

21、態將其取值（Lk=2.0kN/m2）分為七個類不：（a）活動的人數專門少 Lk=2.0kN/m2（b）活動的人數較多且有設備 Lk=2.5kN/m2（c）活動的人數專門多且有較重的設備 Lk=3.0kN/m2（d）活動的人數專門集中，有時專門擠或有較重的設備 Lk=3.5kN/m2（e）活動的性質比較劇烈 Lk=4.0kN/m2（f）儲存物品的倉庫 Lk=5.0kN/m2（g）有大型的機械設備 Lk=6.07.5kN/m2設計人員可依照工程的實際情況對比上述類不選用。但當有特不重的設備時（如醫院的核磁共振設備室、銀行的保管用箱等），應依照實際情況另行考慮。（4）樓面活荷載補充規定 1）醫院建筑

22、中布置有醫療設備的樓（地）面活荷載（表2.1）。 表2.1 有醫療設備的樓（地）面均布活荷載 項次類不標準值（）準永久值系數組合值系數1X光室：130MA移動式X光機2200MA診斷X光機3200KV治療機4X光存片室2.54.03.05.00.50.50.50.50.72口腔科：1201型治療臺及電動腳踏升降椅2205型、206型治療臺及3704型椅3.04.00.50.50.73消毒室：11602型消毒柜22616型治療臺及3704型椅6.05.00.80.80.74手術室：3000型、3008型萬能手術床及3001型骨科手術臺3.00.50.75產房：設3009型產床2.50.50.76

23、血庫：設D-101型冰箱5.00.80.7注：當醫療設備型號與表中不符時，應按實際情況采納。2）商業倉庫庫房樓（地）面均布活荷載（參見中華人民共和國商業部標準商業倉庫設計規范SBJ01-88）。（a）庫房樓（地）面的荷載應依照儲存商品的容重及堆碼高度等因素確定；（b）儲存商品的商品包裝容重可按以下分類：笨重商品（大于1000kg/m3）：如五金原材料、工具、圓釘、鐵絲等；容重較大商品（5001000kg/m3）：如小五金、紙張、包裝食糖、肥皂、食品罐頭、電線、電工器材等；容重較輕商品（200500kg/m3）：如針棉織品、紡織品、文化用品、搪瓷玻璃制品、塑料制品等；輕泡商品（小于200kg/m

24、3）：如膠鞋、鋁制品、燈泡、電視機、洗衣機、電冰箱等；綜合倉庫儲存商品的包裝容重一般可采納 400500kg/m3。 （c）一般情況下，商業倉庫庫房樓（地）面均布活荷載可按表2.2取用。表2.2 商業倉庫庫房樓（地）面均布活荷載項次類不標準值（）準永久值系數組合值系數備注1儲存容重較大商品的樓面200.80.9考慮起重量100kg以內的叉車作業2儲存容重較輕商品的樓面150.83儲存輕泡商品的樓面8-100.84綜合商品倉庫的樓面150.8考慮起重量1000kg以內的叉車作業5各類庫房的底層地面20-300.86單層五金原材料庫的庫房地面60-800.8考慮載貨汽車入庫7單層包裝糖庫的庫房地面

25、10-450.88穿堂、走道、收發整理間樓面100.50.7150.5考慮起重量1000kg以內的叉車作業9樓梯3.50.50.7 3）物資倉庫樓（地）面均布活荷載（摘自中華人民共和國行業標準物資倉庫設計規范SBJO9-95）。 物資倉庫樓（地）面均布活荷載標準值見表2.3。 表2.3 庫房等效均布活荷載標準值 庫房樓面地面等效均布活荷載（）準永久值系數組合值系數備注名稱物資類不金屬庫地面120.00.9機電產品庫一、二類機電產品地面35.0三類機電產品樓面9.0/5.00.85堆碼、貨架車庫樓/地面4.00.80化工、輕工物資庫一、二類化工輕工物資地面35.0三類化工輕工物資樓/地面18.0

26、/30.00.85建筑材料庫樓/地面20.0/30.00.85樓梯4.00.50.7注：l 物資類不參見表2.4。 2 設計倉庫的樓面梁、柱、墻及基礎時，樓面等效均布活荷載標準值不折減。表2.4 常見生產資料分類表 物資類不示例金屬物資黑色金屬型材、異型材、板材、管材、線材、絲材、鋼軌及配件車輪、鋼帶、鋼錠、鋼坯、生鐵、鑄鐵管、金屬錳有色金屬型材、板材、管材、絲材、帶材、金屬錠、汞機電產品一 類鍋爐、破裂機、推土機、挖土機、汽車、拖拉機、起重機、鍛壓設備、汽輪機、發電機、卷揚機、空氣壓縮機、土工機床、金屬切削機床二 類水泵、風機、乙炔發生器、閥門、風動工具、電動葫蘆、臺鉆、砂輪機、電動機、電焊

27、機、手提式電鉆、材料試驗機、鋼瓶、變壓器、電纜、高壓電器、低壓電器三 類機床附件、磨具、磨料、量具、刃具、軸承、成分分析儀器、醫療器械、電工儀表、工業自動化儀表、光學儀器、實驗室儀器化工、輕工物資一 類一級易燃液體、壓縮氣體及液化氣體、腐蝕性液體、自然物品一級易燃固體、遇水燃燒物、一般氧化劑、劇毒品、腐蝕性固體二 類二級氧化劑、二級易燃固體、二級易燃液體、化肥、純堿、油漆三 類橡膠原料及制品、人造橡膠、塑料原料及制品、紙漿及紙張、建筑材料水泥、油氈、玻璃、瀝青、衛生陶瓷、生石灰、大理石、磚、瓦、砂、碎石木 材原木、板、枋、枕木、膠合板煤 炭煤、泥炭、焦炭 4）電信建筑樓面等效均布活荷載值，系依

28、照目前已有的有代表性的通信設備的重量、排列方式及建筑結構的不同梁板布置，按內力（彎矩、剪力）等值的原則計算確定。表2.5中的移動通信機房的數值，也適用于無線尋呼機房。表2.5 電信建筑樓面等效均布活荷載序號房間名稱標準值準永久值系數組合值系數板次梁主梁板跨1.9m板跨2.5m板跨3.0m次梁間距次梁間距次梁間距1電力室有不間斷電源開間16.0015.013.0011.009.008.006.000.80.7無不間斷電源開閘（單機重量大于10kN時）13.0011.09.008.007.007.006.00無不間斷電源開閘（單機重量小于10kN時）9.007.006.005.004.004.00

29、4.002蓄電池室一般電池（48V電池組單層雙列擺放CFD-3000）13.0012.011.0011.0010.009.007.00閥控式密閉電池（48V電池組四層單列擺放GM-3045）10.008.008.008.008.008.007.00閥控式密閉電池（48V電池組四層雙列擺放GM-3045）16.0014.013.0013.0013.0013.0010.003高壓配電室7.007.006.005.005.005.004.004低壓配電室8.007.006.006.006.006.004.005載波機室10.008.007.007.007.007.004.006數字傳輸設備室單面排列

30、10.009.008.008.007.007.006.00背靠背排列13.0012.010.009.009.009.007.007數字微波室10.008.007.007.007.007.006.008模擬微波機房4.004.004.004.004.004.004.009自動轉報室4.003.003.003.003.003.003.0010載波電報機室5.004.004.004.004.004.003.0011模擬半自動交換臺室，人工有繩臺室、電傳報房3.003.003.003.003.003.003.0012程控機房程控交換機室機架高度2.4m以下6.00計算機室、話務坐席室、半自動業務監控室

31、4.5013測量室303總配線架室7.006.005.005.004.004.004.00202總配線架室5.004.504.504.004.004.004.006000回線總配線架室9.008.007.006.005.004.004.004000回線總配線架室7.006.005.005.004.004.004.0014地球站機房CCE室13.0013.013.0010.0010.0010.006.00HPA室（高功教室）13.0012.010.006.006.006.006.0015移動通信機房有閥控式密閉電池時10.008.008.008.008.008.006.00無閥控式密閉電池時5.

32、004.004.004.004.004.004.0016樓梯3.50.40.7注：1 表列荷載適用于按單向板配筋的現澆板及板跨方向與機架排列方向（荷載作用面的長邊）相垂直的預制板等樓面結構，按雙向板配筋的現澆板亦可參照使用。2 表列荷載不包括隔墻、吊頂荷載。3 由于不間斷電源設備的重量較重，設計時也可按照電源設備的重量、底面尺寸、排列方式等對設備作用處的樓面進行結構處理。4 搬運單件重量較重的機器時，應驗算沿途的樓板結構強度。5 設計墻、柱、基礎時，表列樓面活荷載可采納與設計主梁相同的荷載。注：本節內容摘自中華人民共和國行業標準電信專用房屋設計規范YD 500394。 5）關于大型超市，業主沒

33、有給定具體荷載要求的情況下，其等效均布荷載可參照表2.6執行。表2.6 某大型超市等效均布荷載序號分區等效均布荷載標準值（kN/m2）代表物資密肋樓板井字梁樓板主次梁樓板板梁板梁1倉儲區17.518.015.018.015.0可樂、啤酒、果醬2食品雜貨區7.516.57.516.57.5可樂、啤酒、米面、油3百貨區7.516.57.016.57.0書、紙、洗滌劑、碗碟3.56.03.56.03.5其他4紡織品區6.011.55.011.55.5竹席、床單3.56.03.56.03.5其他5電器區3.56.03.56.03.5電視機、空調6生鮮區3.54.03.54.03.5除設備外所有物資講明

34、：1關于生鮮區設備的荷載設汁時按實際的設備形式和重量計算；2關于密肋樓板以及邊長小于1.2m 的板在倉儲區和賣場廊分不以40kN和18kN的集中力進行其截面驗算集中力的作用應取最不利位置。 6）若干類不的樓面活荷載（a）某些用途房屋的樓面活荷載補充（表2.7）。 （b）防水層做法簡單或自防水屋面應考慮翻修時可能增加的荷載。 （c）國內重大工程、中外合資工程或國外工程，應充分考慮到樓面使用用途的改變，宜適當增加活荷載，并在施工圖紙上注明。 （d）屋面天溝應考慮充滿水時的荷載，當天溝深度超過500mm 時，宜在天溝側板適當位置增設水孔，現在水重可計至溢水孔底面。此外水溝設計時尚應考慮找坡層的重量。

35、 （e）高低層相鄰的屋面，在設計低層屋面構件時應適當考慮施工時臨時荷載，該荷載應不小于4kN/m2，并在施工圖上注明。表2.7 樓面活荷載補充序號樓面用途均布活荷載標準值（）準永久值系數組合值系數1階梯教室30.60.72微機電子計算機房30.50.73大中型電子計算機房，或按實際0.70.74銀行金庫及票據倉庫100.90.95制冷機房80.90.76水泵房100.90.77變配電房100.90.78發電機房100.90.79設浴缸、坐廁的衛生間40.50.710有分隔的蹲廁衛生公共間（包括填料、隔墻）80.60.711管道轉換層40.60.712電梯井道下有人到達房間的頂板0.50.713

36、通風機平臺號通風機60.850.78號通風機8 自動扶梯支承處的荷載應依照廠家的產品規格取用。當不能確定產品規格時，可選用圖2.3中的最大值。自動扶梯支承處的荷載 R上下各兩個，同樓層兩R間的距離當扶梯凈寬 W600mm、800mm、1000mm 時，分不為 800mm、1000mm、1200mm。在荷載R中已包括活荷載其值等于扶梯凈寬（以m計）自動扶梯水平投影長度的一半（以m計）4kN/m2。圖2.3 自動扶梯支承處荷載8）室內地下室頂板須考慮施工時堆放材料或作臨時工場的荷載，該荷載宜操縱在5kN/m2以內。計算地下室外墻時，其室外地面荷載取值不應低于10kN/m2，如室外地面為通行車道則應

37、考慮行車荷載。地下室頂板恒載包括：頂板自重（含建筑面層）+覆土厚度。局部考慮景觀造景堆土、小品、喬木另行考慮。地下室頂板計算用活荷載的考慮見表2.8。表2.8 地下室頂板（非人防）的活荷載（kN/m2）承載力設計正常使用設計（裂縫、撓度）施工時期使用時期消防車道區域梁、柱室外810室內45按荷載規范5.1.1條查消防車標準值；按附錄B進行考慮覆土厚度的折減；按規范5.1.2條考慮按面積進行折減。按荷載規范5.1.1條查消防車標準值；按附錄B進行考慮覆土厚度的折減；按規范5.1.2條考慮按面積進行折減。板室外810室內45按荷載規范5.1.1條查消防車標準值；按附錄B進行考慮覆土厚度的折減。按荷

38、載規范5.1.1條查消防車標準值；按附錄B進行考慮覆土厚度的折減。基礎不考慮不考慮不考慮非消防車道區域梁、柱8104545板8104545基礎81045452.2 平面布置原則 建筑設計應重視其平面、立面和豎向剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的阻礙，宜擇優選用規則的形體，其抗側力構件的平面布置宜規則對稱、側向剛度沿豎向宜均勻變化、豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小、幸免側向剛度和承載力突變。平面較規則、凹凸少則用鋼量就少，反之則較多，每層面積相同或相近而外墻長度越大的建筑，其用鋼量也就越多，平面形狀是否規則不僅決定了用鋼量的多少，而且還可衡量結構抗震性能的優劣。幸免側向剛度

39、不規則。平面宜簡單、規則、對稱，減少偏心；平面長度不宜過大，突出部分長度不宜過大；不宜采納角部重疊的平面圖形或細腰平面圖形。幸免扭轉不規則和狹長、凹凸不規則。樓面凹進的尺寸，小于相應投影方向總尺寸的30%。樓板的尺寸和平面剛度不宜急劇變化，有效樓板寬度不宜小于該層樓板典型寬度的50%，或開洞面積不宜大于該層樓面面積的30%，或有較大的樓層錯層。對結構平面布置進行調整的方法要緊是：（1）在可能條件下，將較長的建筑物或不規則的建筑物通過設防震縫分為平面規則的幾部分；（2）盡量加強周邊或周邊某些部位的結構抗側力構件（框架梁、柱、支撐、或剪力墻）的剛度，同時適當弱化內部結構的抗側力構件的剛度。在鋼結構

40、住宅設計中，從建筑節能的角度動身，也希望通過減小住宅面寬，加大進深或增加組合體等方式減小住宅外表的面積，以操縱其體型系數，降低節能造價的目的。從柱網的布置來看，希望柱網較大比較經濟，安裝節點少，然而考慮到住宅外墻大面積開窗的實際情況，較大的柱網必定要求較大的框架梁，進而阻礙窗的布置，綜合考慮建筑、結構和工程經濟等諸多因素，建議在建筑方案設計初期，能夠考慮沿進深方向布置三列柱，沿開間方向按照兩開間為一柱網的原則加以布置，如此操縱柱網在6m左右較為經濟。在公共建筑的次梁布置過程中，按照次梁沿框架區格的長向布置、次梁間距依據結構樓板的類型進行操縱的原則，如此次梁的用鋼量比較經濟。2.3 平面的長寬比

41、 一般的，平面長寬比較大的建筑物，不論其是否超長，由于兩主軸方向的動力特性（也即整體剛度）相差甚遠，在水平作用（風荷載或地震）下，兩向構件受力的不均勻性造成受力（尤其是扭轉）不均，造成鋼結構的用鋼量大量增加。關于矩形平面，在設防烈度6、7度地區，長寬比不宜超過6；設防烈度8、9度地區，長寬比不宜超過5.0。2.4 高寬比 高層建筑的高寬比，是對結構剛度、整體穩定、整體傾覆、承載能力和經濟合理性的宏觀操縱，不是強條或必須遵守。超過相關規范的規定（如建筑抗震設計規范GB50011-2010第8.1.2條）數值就必須付出比常規更大的結構造價。針對高層建筑而言，高寬比大的建筑其結構整體穩定性不如高寬比

42、小的建筑，為了保證結構的整體穩定并操縱結構的側向位移，勢必要設置較剛強的抗側力構件來提高結構的側向剛度，這類構件的增多自然使得用鋼量增多。關于不規則建筑高寬比計算的研究有如下結論： 1）豎向收進建筑計算公式為：一階收進：；二階收進：其中、為結構底部的寬度、一階收進部分的寬度、二階收進部分的寬度，、分不為總高度、一階收進的高度、二階收進的高度。 2）豎向懸挑結構高寬比計算公式為：單邊懸挑：；對稱懸挑：其中、分不為結構底部的寬度、懸挑部分的寬度，、分不為結構的總高度，懸挑部分的高度。2.5 建筑層數和高度的阻礙前述定義了高層建筑的范圍，關于高層和低多層，在計算地震作用時是否考慮偶然偏心、承載力計算

43、時差不多風壓的取值提高等方面都有所不同；超過50m的鋼結構，相應的計算參數（如阻尼比等）和構造要求（構件的寬厚比、高厚比、長細比等）也發生較大的變化；超過60m的高層建筑，地震作用和風荷載需考慮同時組合。這些都會阻礙結構的用鋼量，因此在概念設計的初期，需要結構專業和建筑專業共同商定，在滿足建筑功能的前提下努力降低結構的整體造價。2.6 立面形狀 豎向體型的規則性和均勻性，即外挑或內收程度以及豎向剛度有否突變等。如側向剛度從下到上逐漸均勻變化，則其用鋼量就較少，否則將增多，較典型的有豎向剛度突變的設置結構轉換層的高層建筑。 高層建筑的豎向體型宜規則、均勻，幸免有過大的外挑和內收。結構的側向剛度宜

44、下大上小，逐漸均勻變化，不應采納豎向布置嚴峻不規則的結構。幸免豎向抗側力構件不連續和樓層承載力突變。 豎向布置的不規則將會導致計算和構造要求的提高，進而增加結構的用鋼量，經濟性能降低，在方案時期應盡量幸免。第3章 結構規范體系的選擇從現有結構設計所涉及的規范體系來看，大致可分為四類：中華人民共和國國家標準GB體系；中華人民共和國行業標準JGJ體系；中國工程建設標準化協會標準CECS體系；地點工程建設規范DB體系。除上述四種大的體系外，有時也會涉及到其它行業的標準如中華人民共和國黑色冶金行業標準和電力行業標準等。從和鋼結構設計相關的規范從屬關系有看，可分為：荷載、材料、結構設計、連接、涂裝、防火

45、、施工等方面的規范。下面結合上述兩種分類方式列出相關的規范明細。GBJGJCECSDB（以上海為例）其他行業標準荷載建筑結構荷載規范GB 50009-2012材料詳見下結構設計建筑結構可靠度設計統一標準 （GB50068-2001）建筑工程抗震設防分類標準（GB50223-2008）建筑抗震設計規范（GB 50011-2010）鋼結構設計規范（GB50017-2003）冷彎薄壁型鋼結構技術規范 （GB50018-2002）型鋼混凝土組合結構技術規程JGJ 138-2001高層民用建筑鋼結構技術規程JGJ 99-98高層建筑混凝土結構技術規程JGJ3-2010輕型鋼結構住宅技術規程JGJ209-

46、2010低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術規程（JGJ227-2011）鋼管混凝土結構技術規程CECS28：2012矩形鋼管混凝土結構技術規程CECS159：2004高層建筑鋼混凝土混合結構設計規程CECS230：2008混凝土鋼管疊合柱結構技術規程CECS188：2005組合樓板設計與施工規范（CECS 273：2010） 交錯桁架鋼架結構技術規程CECS323:2012高層建筑鋼混凝土混合結構設計規程DG/TJ08-015-2004建筑抗震設計規程DGJ08-9-2003多高層鋼結構住宅技術規程DG/TJ08-2029-2007高層建筑鋼結構設計規程DG/TJ08-32-2008輕型鋼結構技術規

47、程（DG/TJ08-2089-2012）鋼混凝土組合結構設計規程DL/T5085-1999鋼混凝土組合樓蓋結構設計與施工規程YB923892鋼骨混凝土結構技術規程YB90822006連接建筑鋼結構焊接技術規程JGJ81-2002、J218-2002鋼結構高強度螺栓連接的設計、施工及驗收規程JGJ82-2011涂裝涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級GB8923-88工業建筑防腐蝕設計規范GB50046-2008鋼結構、管道涂裝技術規程YBT925696防火建筑設計防火設計規范GB50016-2006高層民用建筑設計防火規范（2005版）GB50045-95鋼結構防火涂料通用技術條件GB 14907

48、-2002鋼結構防火涂料應用技術規范CECS24：90建筑鋼結構防火技術規范CECS200：2006建筑鋼結構防火技術規程DG/TJ08-008-2000施工鋼結構工程施工質量驗收規范（GB50205-2001）輕型鋼結構制作及安裝驗收規程DG/TJ08-010-2001鋼結構制作與安裝規程DG/TJ08-216-2007鋼結構制作安裝施工規程YB925495關于材料的標準如下： （1）材質標準 1 碳素結構鋼 GB/T700-1988 2 優質碳素結構鋼 GB/T699-1999 3 低合金高強度結構鋼 GB/T1591-2008 4 高耐候結構鋼 GB/T4171-2000 5 焊接結構用

49、耐候鋼 GB/T4172-2000 6 耐熱鋼板 GB/T4238-1992 （2）型材標準 1 熱軋等邊角鋼 GB/T9787-1988 2 熱軋不等邊角鋼 GB/T9788-1988 3 熱軋工字鋼 GB/T706-1988 4 熱軋槽鋼 GB/T707-1988 5 熱軋H型鋼和部分T型鋼 GB/T11263-2005 6 一般焊接H型鋼 YB 3001-1992 7 結構用高頻焊接薄壁H型鋼 JG/T 137-2001 8 冷彎型鋼 GB/T6725-2002 9 結構用冷彎空心型鋼 GB/T6728-1986 10 通用冷彎開口型鋼 GB/T6723-1986 11 建筑用輕鋼龍骨

50、GB/T 11981-2001 （3）板材標準 1 熱軋鋼板和鋼帶 GB/T709-1988 2 碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋鋼帶 GB/T3524-1992 3 碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋薄鋼板和鋼帶 GB/T912-1989 4 碳素結構鋼和低合金結構鋼熱軋厚鋼板和鋼帶 GB/T3274-1988 5 冷軋鋼板和鋼帶 GB/T708-1988 6 碳素結構鋼冷軋鋼帶 GB/T716-1991 7 厚度方向性能鋼板 GB/T5313-2010 8 連續熱鍍鋅薄鋼板和鋼帶 GB/T2518-1988 9 彩色涂層鋼板及鋼帶 GB/T12754-1991 10 建筑用壓型鋼板 GB12755-

51、1991 11 冷彎波浪鋼板 GB/T6724-1986 12 焊接鋼管用鋼帶 GB/T8165-199713 高層建筑結構用鋼板 YB4104-2000 （4）管材標準 1 結構用無縫鋼管 GB/T8162-1999 2 無縫鋼管尺寸、外形、重量及同意偏差 GB/T 17395-2008 3 鋼管的驗收、包裝、標志和質量證明書 GB2102-88 4 結構用不銹鋼無縫鋼管 GB/T 14975-2002 5 直縫電焊鋼管 YB242-63 6 冷拔無縫異型鋼管 GB/T3094-20007 直縫電焊鋼管GB/T13793-2008（5） 焊接材料標準 1 電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘 GB/T 1

52、0433-2002 2 儲能焊用焊接螺柱 GB/T 902.3-1989 3 手工焊用焊接螺柱 GB/T 902.1-1989 4 機動弧焊用焊接螺柱 GB/T 902.2-1989 5 碳鋼焊條 GB/T5117-1995 6 低合金鋼焊條 GB/T5118-1995 7 熔化焊用鋼絲 GB/T14957-1994 5 氣體愛護焊用鋼絲 GB/T14958-1994 6 碳鋼藥芯焊絲 GB/T 10045-2001 7 氣體愛護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲 GB/T 8110-1995 8 碳素鋼埋弧焊用碳鋼焊絲與焊劑 GB95293 9 低合金鋼埋弧焊用焊劑 GB/T 12470-1990

53、10 鑄鐵焊條及焊絲 GB/T 10044-1988 11 堆焊焊條 GB/T 984-2001 （6）連接標準 1 鋼結構用高強度大六角頭螺栓 GB/T 1228-20062 鋼結構用高強度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈型式尺寸與技術條件 GB1231-2006 3 鋼結構用扭剪型高強度連接副型式尺寸與技術條件 GB3633-2008 4 鋼結構用高強度墊圈 GB/T 1230-1991 從上表可見，目前與鋼結構相關的規范體系特不繁雜，尤其是關于材料和結構部分的規范，如何合理的選用上述規范，既保證結構的安全，又可在一定條件下精細化設計，合理的降低結構用鋼量，將是一件十分有意義的情況。幾種體系

54、之間的關系是：在無專門研究的情況下，國標和地標體系要嚴格遵守；行業標準與國標表述不同時按誰嚴執行誰的原則；協會標準一般是針對專門結構的設計規定，可參照進行；其他行業的標準作為輔助參照來進行相關設計。后續章節會對各規范體系進行研究，針對具體問題進行相關設計的明確規定。第4章 結構選型4.1 鋼框架體系框架體系是指沿房屋的縱向和橫向均采納框架作為承重和抵抗側力的要緊構件所形成的結構體系。每一榀框架在縱、橫兩個方向均為剛接框架，其承載能力及空間剛度均由剛接框架提供，適用于柱距較大而又無法設置支撐的建筑物，其特點為桿件類型少，構造簡單，施工周期短。鋼框架結構是民用建筑經常應用的結構形式之一，尤其是在住

55、宅鋼結構中常用于48層住宅。依照工程項目的經驗，為取得較好的經濟性，這種結構形式建議使用在50m以下的建筑物中。在高烈度地區，盡量使得建筑物的高寬比操縱在4以內，扭轉易于操縱，如此采納框架結構才具有優勢。推斷采納鋼框架是否具有合理的另一個簡單判不方法是，若在結構底層柱的軸壓比差不多小于0.4的情況下，現在結構的側移仍不能滿足規范規定的要求或者雖滿足規范要求，但結構剛度明顯偏低（如風荷載下層間位移1/500；地震作用下層間位移1/350）時，可考慮采納其他抗側力體系。4.2 鋼管混凝土柱框架體系鋼管混凝土柱框架體系從本質上講仍然是一種框架體系。鋼管混凝土柱框架和鋼框架相比，若用于同一建筑物比較時

56、，當選擇柱截面形式不同時（鋼框架體系選擇H型截面柱，鋼管體系選擇圓型或矩形）會導致兩個方面的不同：一是柱側向剛度不同（考慮同等柱應力水平和相關構造要求情況下，側向剛度專門難推斷哪種結構形式更大），二是結構自重變化（由于混凝土的加入，鋼管混凝土柱的自重相對較大），地震作用隨之增加。上述變化實際是把雙刃劍，若鋼管混凝土柱的側向剛度增大，但由于地震作用也增大，那么在地震作用下的側移可能較鋼框架體系為低；另外由于鋼框架柱采納了H型鋼截面，腹板部分的面積較鋼管截面為小，截面利用率高，柱截面更為節約，鋼框架整體用鋼量反而低，關于低、多層建筑這種情況更為普遍，這已被專門多工程實例所證實。把鋼管混凝土柱框架用

57、于中、高層建筑中，如此更能充分發揮結構良好的抗側能力和優越的承壓性能，尤其當柱選擇圓鋼管混凝土截面時，由于其優越的套箍作用和寬松的徑厚比構造要求，往往柱的用鋼量更為節約。4.3 鋼框架（鋼管混凝土柱框架）支撐體系鋼框架（鋼管混凝土柱框架）支撐體系是在框架體系中的部分框架柱之間設置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐框架。該體系具有良好的抗震性能和較大的側向剛度，支撐起到如同剪力墻的作用，承擔大部分水平側力。在罕遇地震作用下，若支撐系統破壞，內力重分布由框架承擔水平力，即所謂的兩道抗震防線。這類體系的建筑適用高度約為框架體系的2倍，可用于3040層的高層建筑，原則上超過50m的鋼結構就需要考慮采

58、納這種結構形式。水平剪力要緊由腹桿而不是柱承受，腹桿軸力的水平重量承擔側向剪力，可接近于一個真正懸臂梁的性能，這種結構形式不管是從強度或變形的角度看，差不多上十分有效的。梁柱框架能夠是鉸接或半剛接，其側向剛度能夠忽略不計，柱僅承受由墻、梁、樓板傳來的豎向荷載。一般來講，此體系比純框架結構用鋼量少，尤其是當柱采納鋼管混凝土時，節點構造較其他體系相對簡單。同時，采納支撐結構能大大增加整體剛度，提高抗側能力。因為建筑所承受的側向荷載可能反向，支撐輪換著承受壓力和拉力，因而支撐常按更嚴格的受壓情況設計。鋼框架（鋼管混凝土柱框架）支撐體系有中心支撐和偏心支撐兩種。中心支撐是指斜桿與橫梁及柱匯交于一點，或

59、2根斜桿與橫梁匯交于一點，或與柱匯交于一點，匯交時均無偏心距。依照斜桿的不同布置，可分為十字交叉支撐、單斜桿支撐、人字形（有稱K字形）支撐，以及V形支撐等，見圖4.1。圖4.1 中心支撐類型 框架中心支撐體系是常用的雙重抗側力體系之一。該類體系具有較大的抗側剛度，保證了正常使用極限的狀態要求，在常遇地震作用下能有效防止非結構構件的破壞，然而設計不當的框架中心支撐結構在罕遇地震中易遭到破壞。地震中當某一層鋼支撐出現剛度、強度退化后，專門容易在該層形成軟弱層，甚至會引起整體結構的倒塌。因此，在抗震區應該慎用中心支撐，應用時應當慎重。國外一方面通過嚴格操縱建筑適用高度來規范使用；另一方面，通過提高鋼

60、框架的抗側能力來保證其安全使用。 偏心支撐框架是近年進展起來的一種支撐結構形式。1977年美國加州大學通過1：3模型框架的試驗，首次驗證了偏心支撐鋼框架出色的抗震性能。隨后，美國的一些高層建筑工程相繼使用偏心支撐框架，作為抗側力體系的一部分。偏心支撐的要緊特點是每一根支撐斜桿的兩端，至少有一端與梁不在柱節點處相連，見圖4.2。支撐斜桿和柱之間，或斜桿和斜桿之間就構成了一個耗能梁段a，采納耗能梁段的目的是改變支撐斜桿與梁（耗能梁段）的先后屈服順序，即在罕遇地震時，一方面通過耗能梁段的非彈性變形進行耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先（同跨的其余梁段未屈服），愛護支撐斜桿不屈曲或屈曲在后，從而有