多，高层房屋钢框架结构设计

杨永清

摘要：本文针对钢框架结构体系的多、高层房屋钢框架结构，在基于设计标准下的建筑结构设计进行了讨论并提出实践中应对的具体方法，以供参考。

关键词：结构;布置;设计;方案;计算

1 结构的布置

结构平面布置应简单、规则、对称，减少偏心，同时要尽可能的采用中心对称或双轴对称的平面形式，以减小或避免在风荷载作用下的扭转振动。抗震设防时，平面尺寸关系应符合表1的要求。

2 楼盖的布置方案和设计

2.1 楼盖的布置原则和方案

在多、高层建筑中，楼盖结构除了直接承受竖向荷载的作用并将其传递给竖向构件外，还要有足够的刚度，传递水平剪力。用于多高层的建筑楼板有：现浇钢筋混凝土楼板，压型钢板组合楼板（经济板跨在2～3m），梁腹板开孔对梁的刚度造成消弱。消弱程度大时，除应考虑弯曲刚度消弱对挠度的影响外，还必须考虑剪切刚度消弱的影响。

2.2 压型钢板组合楼盖的设计

压型钢板组合楼盖不仅结构性能较好，施工方便，而且经济效益好，在高层钢结构中得到广泛应用。抗剪连接件栓钉保证楼板和钢梁之间可靠地传递水平剪力，栓钉连接件的受剪承载力设计值为：

。通常依据是否考虑压型钢板对组合楼板承载力的贡献，而将其分为组合板和非组合板。对于组合楼板设计，不仅要考虑使用荷载，亦要考虑施工阶段荷载作用。组合板正截面受弯承载力验算：。组合板受冲切承载力验算：组合板在集中荷载下的冲切力V1应满足：v1≤0.6ftucrhc。组合板斜截面受剪承载力验算：组合板一个波距内斜截面最大剪力设计值Vin应当满足：vin≤0.07ftbh0。对于非组合楼板，压型钢板仅作为模板使用，不考虑其承载作用，可按常规钢筋混凝土楼板设计。

2.3 组合梁和组合板的构造要求

组合板中的压型钢板在钢梁上的支承长度不应小于50mm;在砌体上的支承长度不应小于75mm。

组合板的总厚度不应小于90mm，压型钢板顶面以上的混凝土厚度不应小于50mm。此外，尚应符合楼板防火保护层厚度的规定。组合楼板用的压型钢板应采用镀锌钢板，其镀锌层厚度应满足在使用期间不致锈损的要求。用于组合板的压型板的净厚度不小于0.75mm，仅作为模板的压型板厚度不小于0.5mm，现浇混凝土的波槽平均宽度不应小于50mm。当在槽内设置栓钉连接件时，压型钢板总高度不应大于80mm。

3 柱和支撑的设计

3.1 钢框架柱设计

多、高层建筑中常用的柱截面形式有：箱型、焊接工字型、H型钢、圆管、方钢管、矩形管等。框架柱一般是压（拉）弯构件，拟定柱截面尺寸要参考同类已建工程，如果在初步设计阶段，已粗略得到柱的设计轴力值N，则可以承受1.2N的轴心受压构件来初拟柱截面尺寸。一般采用变化截面的形式，大致可分为每3～4层作一次截面变化。尽量使用较薄的钢板，其厚度不宜超过100mm。

3.2 梁柱连接节点

3.2.1 梁柱连接节点可采用栓焊混合连接、螺栓连接、焊接连接、端板连接、顶底角钢连接等构造。

3.2.2 梁柱采用刚性或半刚性节点时，节点应进行在弯矩和剪力作用下的强度验算。

3.2.3 当梁柱采用刚性连接，对应于梁翼缘的柱腹板部位设置横向加劲肋时，节点域应符合下列规定：当横向加劲肋厚度不小于梁的翼缘板厚度时，节点域的受剪正则化宽厚比λn，s不应大于0.8;对单层和低层轻型建筑，λn，s不得大于1.2。节点域的受剪正则化宽厚比λn，s应按下式计算：

（hc、hb分别为节点节点域腹板的宽度和高度）。节点域的承载力应满足：（Mb1+Mb2）/vp≤fps。H型截面柱：VP= hb1·hc1·tw;箱型截面柱：VP=1.8·hb1·hc1·tw;圆管截面柱：VP = （π/2）·hb1·dc·tc。节点域的受剪承载力fps应据节点域受剪正则化宽厚比λn，s按下列规定取值：;;;当轴压比时，受剪承载力fps应乘以修正系数，当λn，s≤0.8时，修正系数可取为。当节点域厚度不满足上式的要求时，对H形截面柱节点域可采用下列补强措施：加厚节点域的柱腹板，腹板加厚的范围应伸出梁的上下翼缘外不小于150mm;节点域处焊贴补强板加强，补强板与柱加劲肋和翼缘可采用角焊缝连接，与柱腹板采用塞焊连成整体，塞焊点之间的距离不应大于较薄焊件厚度的21εk倍。设置节点域斜向加劲肋加强。

3.2.4 梁柱刚性节点中当工字形梁翼缘采用焊透的T形对接焊缝与H形柱的翼缘焊接，同时对应的柱腹板未设置水平加劲肋时，柱翼缘和腹板厚度应符合下列规定：在梁的受压翼缘处，柱腹板厚度tw应同时满足：

。

柱脚设计：多、高层结构框架柱的柱脚可采用埋入式柱脚、插入式柱脚及外包式柱脚，多、层结构框架柱尚可采用外露式柱脚，单层厂房刚接柱脚可采用插入式柱脚、外露式柱脚，铰接柱脚宜采用外露式柱脚。外包式、埋入式及插入式柱脚，钢柱与混凝土接触的范围内不得涂刷油漆;柱脚安装时，应将钢柱表面的泥土、油污、铁锈和焊渣等用砂轮清刷干净。轴心受压柱或压弯柱的端部为铣平端时，柱身的最大压力应直接由铣平端传递，其连接焊缝或螺栓应按最大压力的15%与最大剪力中的较大值进行抗剪计算;当压弯柱出现受拉区时，该区的连接尚应按最大拉力计算。

3.3 水平支撑布置

高层钢结构支撑可分为两大类：一类时水平支撑，另一类是竖向支撑。竖向支撑又分为竖向中心支撑和竖向偏心支撑两种形式。水平支撑是指设置于同一水平面的支撑总称，因此它包括通常意义下的横向水平支撑和纵向水平支撑。水平支撑分为临时水平支撑和永久水平支撑。

3.4 竖向支撑布置

高层钢结构中的竖向支撑通常呈贯通整个建筑物高度的平面桁架形式，它是通过在两根柱构件间设置一系列斜腹杆构成的。斜腹杆都连接于梁柱节点时称为竖向中心支撑（简称中心支撑），否则称为竖向偏心支撑（简称偏心支撑）。竖向支撑既可以在建筑物纵向的一部分柱间布置，也可以在横向或纵向两向布置;其中在平面上的布置也是灵活的，既可以沿外墙布置，也可以沿内墙布置。中心支撑宜采用十字交叉斜杆、单斜杆、人字形斜杆、K或V形斜杆、跨层跨柱设置斜杆体系。

参考文献：

[1]GB 50017-2017 钢结构设计标准

[2]GB50011-2010（2016版）建筑抗震設计规范