高层建筑施工第3版：高层钢结构构件和用钢量分析

2023-08-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图7-4柱子组合截面角钢组焊十字钢柱；夹焊钢板的十字钢柱；十字形柱；双槽钢柱；双H型钢柱；四槽钢柱；四角钢柱2.梁和桁架高层钢结构的梁的用钢量约占结构总用钢量的65%，其中主梁占35%～40%。把桁架用于高层钢结构楼盖水平构件，可做到大跨度、小净空，工程管线安装方便。

1.柱子

高层钢结构钢柱的主要截面形式有箱形断面、H形断面和十字形断面，一般都是焊接截面，热轧型钢用得不多。就结构体系而言，筒中筒结构、钢-混凝土混合结构和型钢混凝土结构多采用H形柱，其他钢型多采用箱形柱；十字形柱则用于框架结构底部的型钢混凝土框架部分。

（1）H形截面。柱子H形截面，可采用热轧H型钢，也可为焊接截面。柱用热轧H型钢通常为宽翼缘（如400mm×100mm），它在两个轴线方向上都有相当大的抗压曲强度。H形截面可以是三块板组焊的焊接截面，也可在热轧H型钢的最大弯矩区域内加焊翼缘板，或在两侧加焊侧板形成封闭的格构式截面（图7-2）。

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图7-2　焊接工字截面和H型钢增强截面

（a）焊接工字截面；（b）H型钢加焊翼缘板；（c）H型钢和钢板组焊的封闭格构截面

（2）实心和空心截面（图7-3）。这类截面有实心方钢柱、焊接箱形柱、钢管柱和异形钢管柱几种类型。

1）实心方钢柱适用于荷载很大而又要求截面很小的场合。此种柱多为正方截面，四角拐圆。由于其截面很小，可获得最大楼层净面积。另外，这种柱耐火性能较好，可不做或只做很薄的防火层。

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图7-3　实心和空心截面钢柱

（a）实心方钢柱；（b）焊接箱形柱；（c）钢管柱；（d）、（e）异形钢管柱

2）焊接箱形柱为重形柱，可承受很大荷载，具有双向抗弯刚度，抗压曲强度大，截面较小。

3）钢管柱常用于非矩形柱网，便于柱梁连接。

4）异形管材（方钢管、长方钢管）有不同规格和壁厚。这类管材除具有有利的结构性能外，用作外露钢柱也形状美观。

（3）组合截面（图7-4）。这类截面形式较多，一般来说，其截面并不经济，但它非常适合用作内隔断交叉点钢柱。

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图7-4　柱子组合截面

（a）角钢组焊十字钢柱；（b）夹焊钢板的十字钢柱；（c）十字形柱；（d）双槽钢柱；（e）双H型钢柱；（f）四槽钢柱；（g）四角钢柱

2.梁和桁架

高层钢结构的梁的用钢量约占结构总用钢量的65%，其中主梁占35%～40%。因此梁的布置应力求合理，连接简单，规格少，以利于简化施工和节省钢材。采用最多的梁是工字截面，在受力小时也可采用槽钢，受力很大时则采用箱形截面，但其连接非常复杂。

截面高度相同时，轧制H型钢要比焊接工字截面便宜。对于重荷载或传递弯矩，则采用焊接箱形梁。当净空高度受到限制时，也可采用双槽钢和钢板组焊而成的截面，钢梁内部必须进行防锈处理。

把桁架用于高层钢结构楼盖水平构件，可做到大跨度、小净空，工程管线安装方便。平行弦桁架是用钢量最小的一种水平构件，但制造比较费工费时。楼盖钢桁架一般由平行的上、下弦杆和腹杆（斜撑和竖撑或只用斜撑）组成。弦杆和腹杆可采用角钢、槽钢、T型钢、H型钢、矩形和正方形截面钢管等钢材。

常用的梁和桁架结构类型有热轧H型钢梁、焊接工字钢梁、桁架几种，如图7-5～图7-7所示。

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图7-5　热轧H型钢梁

（a）宽翼缘系列；（b）翼缘加焊钢板；（c）上翼缘用槽钢加强

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图7-6　焊接工字钢梁

（a）对称截面；（b）非对称截面；（c）变翼缘宽度和腹板厚度钢梁

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图7-7　几种楼盖水平桁架

（a）角钢桁架，借助节点板做螺栓或焊接连接；（b）T型钢桁架，腹杆为角钢或槽钢；（c）H型钢、槽钢桁架，双角钢腹杆借助节点板作焊接连接；（d）桁架（c）的节点大样；（e）双槽钢桁架；（f）H型钢桁架；（g）H型钢、槽钢混合桁架