高楼承重构件的钢结构体系

1.钢梁的布置

（1）钢梁的布置原则

1）钢梁是连接各根柱以形成空间结构体系的重要杆件，因此，它必须从纵、横两个正交方向与各根柱实现可靠连接。

2）结构平面的外圈柱，是承担水平荷载倾覆力矩的主力杆件，需要较大的重力荷载作为平衡重。所以，进行楼盖的主梁布置时，应设法把尽可能多的楼盖重力荷载传递至外柱。在框筒体系中，宜通过斜向主梁将更多的楼盖重力荷载传至角柱（图2-7），以平衡角柱的高峰拉应力。

3）次梁的间距，应与所采用楼板类型的经济跨度相协调。以压型钢板为底模的组合楼板，其经济跨度为3～4m。

图2-7 方形框筒结构的楼盖钢梁布置方案

（2）长条形平面楼盖的钢梁布置 日本东京1971年建成的京王广场饭店，地上47层，高170m，采用“框架-墙板”结构体系，沿房屋纵向和横向，在钢框架间嵌置若干列的带竖缝钢筋混凝土墙板。其典型层的楼盖结构平面如图2-8所示。纵向钢梁的间距为2.8m和2.9m两种，上面为采用轻质混凝土浇制的压型钢板组合楼板。

（3）矩形平面楼盖的钢梁布置 1974年在东京建成的新宿三井大厦，地上55层，高212m。框架柱全部采用500mm×500mm方形钢管，柱距为3.2m。楼盖钢梁，除沿周圈布置外，内部均沿横向布置，横梁跨度为15.6m，少数为13.2m，横梁间距为3.2m。典型层的楼盖结构平面如图2-9所示。

图2-8 长条形楼盖的钢梁布置

图2-9 矩形平面楼盖的钢梁布置

（4）方形平面楼盖的钢梁布置 日本东京1974年建成的国际通讯中心，地上32层，高164m，采用筒中筒结构，芯筒沿纵、横方向均由4列框架组成，钢柱均采用H型钢，柱距为3.6m，内嵌带竖缝的钢筋混凝土墙板；外圈框筒，除角柱采用方形钢管外，边柱均采用H型钢，柱距为3.6m。所有钢梁均采用窄翼缘H型钢，连接内外框筒柱、跨度为14.4m的楼盖梁则采用孔腹式钢梁，钢梁的间距为3.6m。典型层的楼盖结构平面如图2-10所示。

（5）船形平面楼盖的钢梁布置 对于船形平面楼盖（图2-11），除沿楼盖周边布置钢梁外，内部的主梁基本上沿横向布置，使每根框架柱沿纵、横两个主轴方向均有钢梁与之连接；次梁则是根据楼板的经济跨度来布置。

图2-10 方形平面楼盖的钢梁布置

图2-11 船形平面楼盖的钢梁布置

（6）三角形平面楼盖的钢梁布置

1）当楼层采用三角形平面时，通常是将尖角切去，并向内凹进，以缓解倾覆力矩作用下角柱的高峰轴向应力。

2）对于采用核心式建筑布置方案的三角形楼层平面，核心部分的钢梁采用正交方式布置；外圈则沿周边框架所在竖平面布置；核心部位与外圈框架之间的楼盖使用面积，其钢梁沿垂直于外圈框架的方向布置。图2-12表示三角形平面典型层楼盖的钢梁布置方案。

（7）圆形平面楼盖的钢梁布置

1）沿海台风地区兴建的高层建筑，采用圆形平面，其风荷载体型系数将比方形减小50%以上。若建在地震区，圆形平面也优于方形平面，因为方形框筒的剪力滞后效应比圆形框筒严重得多。

2）圆形平面高层建筑一般均采用核心式建筑布置方案，芯筒与外圈框架或框筒之间的楼面，钢梁通常是沿径向布置（图2-13），并使外圈的每一根钢柱在径向均有钢梁相连。

图2-12 三角形平面楼盖的钢梁布置

图2-13 圆形平面楼盖沿径向布置钢梁

（8）框筒束的楼盖平面的钢梁布置

1）当房屋特别高或平面尺寸很大，需要采用框筒束结构体系时，为使纵、横方向的各棍翼缘框架和各棍腹板框架受力均匀，各层楼盖钢梁的走向应隔层相互交错布置。(www.xing528.com)

2）同一楼层各个框筒单元内的钢梁走向除应相互垂直外（图2-14a），上、下相邻楼层的钢梁布置尚需整体地转动90°。例如，奇数楼层的楼盖钢梁走向如图2-14a所示；偶数楼层的楼盖钢梁走向如图2-14b所示。

图2-14 采用框筒束体系高楼的楼盖钢梁走向

a）奇数楼层 b）偶数楼层

2.楼盖的减重

（1）减轻楼盖自重的原因

1）钢结构房屋的楼板，宜采用以压型钢板为底模的现浇钢筋混凝土组合板或非组合板。对于不超过12层的楼房，尚可采用装配整体式钢筋混凝土楼板，也可采用装配式楼板或其他轻型楼盖，但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。

2）在钢结构高层建筑中，外墙多采用铝合金薄板或玻璃幕墙，内隔墙多采用轻质板材，自重均较小；惟独楼盖自重较大，成为建筑自重的最主要部分，所占比例约为40%。

3）建于地震区的高楼，地震作用的大小几乎与建筑自重成正比，欲减小结构的地震作用效应，首要的是设法减轻楼盖的自重。

4）位于深厚软弱地基上的高层建筑，由于作用于地基土上的荷载很大，往往需要设置超长桩，增加了基础施工难度和造价，减轻楼盖自重将会取得显著的经济效果。

（2）减轻楼盖自重的途径

1）采用轻质混凝土

①高层民用建筑所常用的几类楼盖，均离不开混凝土楼板，而混凝土自重之中，又以粗集料所占比例最大。

②工程实践表明，采用轴土陶粒、粉煤灰陶粒、火山渣或浮石作为粗集料配制成的混凝土，重度约为18kN/m³，比普通混凝土约减重1/4。

2）采用压型钢板组合板

①压型钢板是用1mm厚的薄钢板压制而成的槽形截面，用它作底模浇制成的混凝土楼板，呈密肋状（图2-15a），从而具有较薄的折实厚度。

②压型钢板仅用作永久性模板的现浇混凝土板，称为非组合板。压型钢板除用作永久性模板外，还兼作板底受拉钢筋的现浇混凝土楼板，称为组合板。

③压型钢板组合板是钢结构高层民用建筑中最常用的楼板类型，但其经济跨度为3～4m，最大跨度为6m。因而，其使用范围也受到一定限制。

④施工时不需要楼板支架，上、下几个楼层的楼板可以同时施工，进度快，但造价较高。

3）采用无粘结预应力平板

①采用核心式建筑布置方式的高层建筑，核心区与周边框架或框筒之间的楼盖使用面积，其宽度为9～12m。若由梁式楼盖改为平板式楼盖，楼层高度约可降低300mm。房屋高度不变的情况下，每12个楼层就可多出一个楼层。

②20世纪90年代初建成的63层、高197m的广东国际大厦，内外筒之间的楼板跨度为7～9m。若采用普通钢筋混凝土平板，板厚为300mm，后改用无粘结预应力平板，板厚为220mm，使楼板自重减轻了26%。

4）采用空心楼板

①对于预应力和非预应力现浇钢筋混凝土楼板，均可采用非抽芯成孔的生产工艺，制成空心楼板。方法是：在楼板内顺跨度方向埋置波纹薄钢管、塑料管或硬纸管，然后浇筑混凝土，从而形成空心板。

②北京的塔院小区30号楼和王村小区商务会馆均为高层建筑，前者，开间为6.6m，进深为5.1m；后者，开间为7.2m，进深为9m。各层楼盖均采用现浇钢筋混凝土空心板，板厚为180mm。

上述空心楼板是采用天津生产的以麦秆、玉米秆为原料的硬纸管作为孔芯，纸管外径为110mm，壁厚4mm，纸管在楼板的净距为50mm（图2-15b）。如此形成的空心板，空心率约为30%。

③空心楼板的计算和构造，可按照中国工程建设标准化协会标准CECS 175：2004《现浇混凝土空心楼盖结构技术规程》设计。

图2-15 钢结构高层建筑的楼盖类型

a）压型钢板组合板 b）现浇钢筋混凝土空心板