高層鋼結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)概念設(shè)計

高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)(2)–鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計第一講

高層鋼結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)概念設(shè)計第二講高層鋼結(jié)構(gòu)材料與荷載作用第三講高層鋼結(jié)構(gòu)分析

(1)結(jié)構(gòu)分析

(2)結(jié)構(gòu)驗算第四講高層鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計第五講高層鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計第六講高層鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)與施工

講授內(nèi)容【1】鄭延銀，高層鋼結(jié)構(gòu)，機械工業(yè)出版社。【2】陳富生，邱國樺，范重，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，

中國建筑工業(yè)出版社。【3】鐘善桐，高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社。【4】周堅，高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)，機械工業(yè)出版社。【5】王國周、瞿履謙，鋼結(jié)構(gòu)-原理與設(shè)計，清華大學(xué)出版社。【6】鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，GB50017-2003?！?】高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，JGJ99-98。【8】建筑抗震設(shè)計規(guī)范，GB50011-2001。

參考文獻(xiàn)1.1高層鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與發(fā)展1.2高層鋼結(jié)構(gòu)體系1.3高層鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計第一講:高層鋼結(jié)構(gòu)體系

與結(jié)構(gòu)概念設(shè)計1、高層建筑的定義中國：住宅為10層及10層以上，其他建筑≥24m；蘇聯(lián)：住宅為10層及10層以上，其他建筑為7層；美國：22-25m，或7層以上；法國：住宅＞50m，其他建筑＞28m；英國：24.3m;

日本：11層，31m；德國：≥22m(從室內(nèi)地面起)；比利時：25m(從室內(nèi)地面起).

國際上把高度在30層或100m以上的高層建筑稱為超高層建筑。第一講:高層鋼結(jié)構(gòu)體系

與結(jié)構(gòu)概念設(shè)計2、世界100棟超高層(225m以上)▲鋼或鋼-砼混合結(jié)構(gòu)，純混凝土結(jié)構(gòu)僅十余棟?！R來西亞吉隆坡雙塔，88層，高450m.▲朝鮮平壤柳京大廈，101層，高300m.▲Skidmore,Owings&Merrill設(shè)計13棟；CesarPelli設(shè)計6棟.▲日本計劃興建空中城市，高度可達(dá)1000m，可以同時居住數(shù)萬至幾十萬人.第一講:高層鋼結(jié)構(gòu)體系

與結(jié)構(gòu)概念設(shè)計1.1.1高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況

據(jù)文獻(xiàn)統(tǒng)計，在全世界100幢最高建筑物中，全鋼結(jié)構(gòu)占58幢，鋼與混凝土混合結(jié)構(gòu)占26幢，兩項合計占總數(shù)的84%，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)僅占16%；目前的統(tǒng)計資料顯示，高層鋼結(jié)構(gòu)所占比例有所增加。世界十大高樓中（見表1-1），要么是全鋼結(jié)構(gòu)，要么是以鋼結(jié)構(gòu)為主的混合結(jié)構(gòu)。可見高層建筑，特別是超高層建筑最適合的結(jié)構(gòu)類型應(yīng)是鋼結(jié)構(gòu)或以鋼為主的混合或組合結(jié)構(gòu)。這充分體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)類型具有廣闊的發(fā)展前景。1.1高層鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀與發(fā)展表1-2為日本部分超高層建筑構(gòu)想。表1-1目前（到2004年）世界10幢最高的高層建筑

序號建筑物城市建成年份層數(shù)高度(m)材料用途1101大廈臺北2004101508鋼/砼多功能2雙塔大廈吉隆坡199788452鋼/砼多功能3西爾斯大廈芝加哥1974110443鋼辦公樓4金茂大廈上海199888421鋼/砼多功能5世界貿(mào)易中心北樓紐約1972110417鋼辦公樓6世界貿(mào)易中心南樓紐約1973110415鋼辦公樓7瑞凱特廣場吉隆坡199877382鋼/砼多功能8帝國大廈紐約1931102381鋼辦公樓9中心廣場香港199278374鋼/砼辦公樓10中國銀行大廈香港198872368鋼/砼辦公樓臺北101大廈

吉隆坡雙塔大廈美國西爾斯大廈上海金貿(mào)大廈美國約翰漢考克大廈美國世貿(mào)中心大廈美國帝國大廈深圳帝王大廈香港中國銀行大廈香港匯豐銀行大廈法蘭克福商業(yè)銀行中心新大樓

中國超高層建筑

▲上海金茂大廈88層，421m（世界第3）.▲香港中環(huán)廣場78層，374m（世界第6）.▲香港中國銀行70層，369m（世界第7）.▲臺灣高雄銀行85層，348m（世界第8）.▲深圳地王大廈81層，325m（世界第11）.▲廣州中天廣場80層，320m（世界第12）.▲深圳賽格廣場65層，300m（世界第20）.▲香港皇后大道中心69層，292m（世界第23）.▲香港ChengKong中心64層，283m（世界第30）.Ⅳ、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ99—98）》表1-2日本部分超高層建筑構(gòu)想

建筑物名稱設(shè)計單位層數(shù)高度(m)材料結(jié)構(gòu)形式TAK-600竹中工務(wù)店106600鋼不詳DIB-200鹿島建設(shè)200800鋼分離式巨型筒體MillenniumTower大林組150800鋼圓錐形巨型桁架筒體空中城市1000竹中工務(wù)店不詳1000鋼巨型框架+巨型桁架空中大都會2001大林組5002001鋼巨型框架TRY-2004空中都市清水建設(shè)不詳2004鋼不詳X-SEED4000大成建設(shè)8004000鋼不詳1.1.2高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計特點

（1）水平荷載成為決定因素

圖1-1荷載內(nèi)力與側(cè)移

豎向荷載作用下的最大軸力：

水平均布荷載作用下的最大彎矩：

水平倒三角形分布荷載作用下的最大彎矩：圖1-2高層建筑結(jié)構(gòu)用鋼量隨層數(shù)的變化圖1-2為風(fēng)荷載作用下的5跨鋼框架各分項用鋼量隨房屋層數(shù)而變化的示意圖，從中可見水平荷載的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎向荷載的影響，而且隨著房屋層數(shù)的增加而急劇增加。（2）結(jié)構(gòu)側(cè)移可能成為控制指標(biāo)由圖1-1所示的計算簡圖確定的結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移為：水平均布荷載作用時

水平倒三角形分布荷載作用時

從上式可以看出，結(jié)構(gòu)頂點側(cè)移△與結(jié)構(gòu)總高度H的四次方成正比。這說明，隨著房屋高度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形速率增大。因此，與較低房屋相比，結(jié)構(gòu)側(cè)移已上升為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，可能成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制指標(biāo)。圖1-1荷載內(nèi)力與側(cè)移（3）軸向變形不容忽視

1）支座產(chǎn)生沉陷效應(yīng)圖1-3框架中連續(xù)梁的彎矩分布

2）下料長度調(diào)整

框架中柱的軸壓應(yīng)力往往大于邊柱的軸壓應(yīng)力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當(dāng)房屋很高時，這種軸向壓縮差異將會達(dá)到較大的數(shù)值，其后果相當(dāng)于連續(xù)梁的中間支座產(chǎn)生沉陷，從而使連續(xù)梁中間支座處的負(fù)彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負(fù)彎矩值增大(a)中柱軸向變形??；(b)中柱軸向變形大；

考慮梁、柱節(jié)點域剪切變形后，其梁、柱彎矩均有所增加，側(cè)向水平位移增加顯著。與不考慮其剪切變形的情況相比，頂層絕對側(cè)移量增大8.8%，若以層間側(cè)移而論，第一層增大1.2%，第二層增大9.7%，頂層則可增大達(dá)25.7%左右。可見，在進(jìn)行高層鋼框架的內(nèi)力和側(cè)移計算時，不能忽視其梁、柱節(jié)點域的剪切變形影響。（4）梁柱節(jié)點域的剪切變形影響不能忽視1-4節(jié)點域變形對框架側(cè)移的影響(a)鋼框架節(jié)點域的剪切變形；(b)框架側(cè)移曲線；(c)層間側(cè)移曲線

（5）結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計指標(biāo)

相對于較低樓房而言，高層建筑更柔一些，在地震作用下的變形更大一些。為了使結(jié)構(gòu)在進(jìn)入塑性變形階段后仍具有較強的變形能力，避免倒塌，除選用延性較好的材料外，特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧瑏肀ＷC結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。（6）盡量選用空間構(gòu)件

為使高層建筑適應(yīng)各種使用情況的不同要求，在實際工作中，盡管出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)體系，然而，組成這些結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)件可歸納為線形構(gòu)件、平面構(gòu)件和空間構(gòu)件3類基本形式，如圖1-5。

1）線形構(gòu)件具有較大長細(xì)比的細(xì)長構(gòu)件，稱為線形構(gòu)件或線構(gòu)件。線構(gòu)件是組成框架-支撐體系、框架-剪力墻體系的基本構(gòu)件。

2）平面構(gòu)件具有較大橫截面寬厚比的片狀構(gòu)件，稱為平面構(gòu)件或面構(gòu)件。面構(gòu)件是組成框架-剪力墻體系、框架-核心筒體系的基本構(gòu)件。圖1-5抗側(cè)力構(gòu)件的基本形式

(a)線形構(gòu)件；(b)實體平面構(gòu)件；(c)桿系平面構(gòu)件；(d)空間構(gòu)件（一）；(e)空間構(gòu)件（二）3）空間構(gòu)件由線構(gòu)件和(或)面構(gòu)件組成的具有較大橫截面尺寸和較小壁厚的組合構(gòu)件，稱為空間構(gòu)件或立體構(gòu)件?？臻g構(gòu)件是框筒體系、筒中筒體系、束筒體系、支撐框筒體系、大型支撐筒體系及巨型結(jié)構(gòu)體系中的基本構(gòu)件。與線構(gòu)件和面構(gòu)件相比，它具有較大的抗扭剛度和極大的抗推剛度，在水平荷載下的側(cè)移較小，因而在高層或超高層建筑中，宜盡量選用空間構(gòu)件。（7）抗火設(shè)計必不可少

鋼材雖為非燃燒材料，但它耐熱不耐火，在火災(zāi)高溫下，結(jié)構(gòu)鋼的強度和剛度都將迅速降低，而火災(zāi)升溫又十分迅速，故無防火保護(hù)措施的鋼構(gòu)件在火災(zāi)中很容易破壞。因此，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目够鹪O(shè)計，以減少或避免財產(chǎn)損失和人員傷亡。（8）防銹處理必須到位

由于鋼材耐腐蝕性差，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件易生銹腐蝕，影響結(jié)構(gòu)使用壽命，所以高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中的所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)進(jìn)行合理的防銹處理，以保證結(jié)構(gòu)的長期使用。（9）避雷系統(tǒng)完整可靠

高層建筑上遭受雷擊的機會比一般建筑要多，一年中的雷擊次數(shù)與建筑物的高度有關(guān)，建筑物越高，受到的雷擊次數(shù)越多。在雷擊放電時便有可能引起火災(zāi)或產(chǎn)生其它電擊、機械性的事故。因此，為了保證高層建筑的防雷安全，高層建筑要設(shè)置可靠的避雷系統(tǒng)。（10）結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)成為關(guān)鍵因素

低層房屋一般采用簡單方法計及結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)對荷載的影響后，設(shè)計主要按靜力問題處理；而由于風(fēng)和地震作用的隨機性和復(fù)雜性，高層建筑風(fēng)振和地震響應(yīng)分析,高層建筑風(fēng)振、地震動響應(yīng)是由結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境作用等諸因素綜合影響決定的，是結(jié)構(gòu)整體性能的體現(xiàn)，同時也表明，要獲得滿意的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)特征，必須綜合考慮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，因此高層建筑動力響應(yīng)成為設(shè)計考慮的關(guān)鍵因素。（11）減輕結(jié)構(gòu)自重具有重要意義

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求盡可能采用輕質(zhì)、高強且性能良好的材料，一方面減小重力荷載，進(jìn)一步減小基礎(chǔ)壓力和造價；另一方面因結(jié)構(gòu)所受動力荷載大小直接與質(zhì)量有關(guān)，減小質(zhì)量有助于減小結(jié)構(gòu)動力荷載。

（12）結(jié)構(gòu)體系合理與否取決于能否有效提供抗側(cè)能力在滿足建筑造型和空間設(shè)計的前提下，結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)方案主要由如何有效形成抗側(cè)力體系確定。結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)性也主要取決于抗側(cè)力體系的有效性。正因為如此，合理確定抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計成敗的關(guān)鍵。高層建筑隨高度不同而結(jié)構(gòu)體系有較大變化。圖1-6為常用結(jié)構(gòu)體系適用最多層數(shù)示意圖。圖1-6鋼結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)構(gòu)體系

1.1.3高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢

隨著城市建設(shè)和社會發(fā)展，高層建筑必將會高速發(fā)展。在確保高層建筑具有足夠可靠度的前提下，為了進(jìn)一步節(jié)約材料和降低造價，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材料正在不斷更新，設(shè)計概念也在不斷發(fā)展。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在下列方面：

（1）構(gòu)件立體化

（2）巨柱周邊化1-8DIB-200的空間巨型框架

(b)1-7法蘭克福商業(yè)銀行新大樓結(jié)構(gòu)平面1-10香港中國銀行大樓的結(jié)構(gòu)體系

(a)支撐的平面位置；(b)型鋼混凝土角柱；

(c)南立面的大型支撐圖1-9美國漢考克大廈

（3）支撐大型化

圖1-11空中城市大廈-1000（a）巨型框架體系單元體；（b）懸掛樓蓋系統(tǒng)

圖1-12日本“空中城市大廈-1000”的結(jié)構(gòu)剖面

（4）體系巨型化日本千年塔樓（5）體形圓錐化

日本DIB-200大廈，地下7層，地上200層，高800m，建筑總面積150萬m2。在安裝了人工智能化動力反應(yīng)控制系統(tǒng)后，其結(jié)構(gòu)在地震作用下的側(cè)移削減40%左右。（8）結(jié)構(gòu)分析設(shè)計高度集成化

近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和結(jié)構(gòu)分析理論的不斷深入，為研究和發(fā)展能夠集穩(wěn)定理論與塑性理論之大成的高等分析設(shè)計方法（AdvancedAnalysisDesignMethod）,提供了現(xiàn)實條件和理論基礎(chǔ)。該法主張在充分考慮影響結(jié)構(gòu)性能的各種因素，特別是非線性因素情況下，能夠準(zhǔn)確分析剛性或半剛性連接結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件塑性漸變的全過程，能夠準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)及其組件的破壞模式與極限荷載，徹底免除冗長繁瑣的構(gòu)件驗算過程，使結(jié)構(gòu)可靠度更為統(tǒng)一。因此，代表最新技術(shù)的高等分析將成為二十一世紀(jì)結(jié)構(gòu)工程師的基本設(shè)計工具，基于可靠性的結(jié)構(gòu)集成設(shè)計（Reliability-basedIntegratedDesign,RID）方法將是高層鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法發(fā)展的必然趨勢。（7）動力反應(yīng)智能化

（6）材料高強輕型化

根據(jù)主要結(jié)構(gòu)所用材料或不同材料的組合可將高層建筑結(jié)構(gòu)分為：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、純鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)類型。后三種結(jié)構(gòu)類型可歸屬于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)范圍，統(tǒng)稱高層建筑鋼結(jié)構(gòu)。其主要特征為：

（1）純鋼結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)類型的梁、柱及支撐（含等效支撐，如鋼板剪力墻、嵌入式內(nèi)藏鋼板支撐剪力墻和帶豎縫的混凝土剪力墻）等主要構(gòu)件均采用鋼材。該類型主要用于純框架體系或框架-支撐（等效支撐）體系。

（2）鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)類型的梁、柱構(gòu)件采用鋼材，而主要抗側(cè)力構(gòu)件采用鋼筋混凝土內(nèi)筒或鋼筋混凝土剪力墻。該類型主要用于框架-內(nèi)筒體系或框架-剪力墻體系。1.2.1高層建筑結(jié)構(gòu)類型與特征1.2高層鋼結(jié)構(gòu)體系（3）鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)類型包括鋼骨（型鋼）混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。該類結(jié)構(gòu)的柱和主要抗側(cè)力構(gòu)件（筒體、剪力墻等豎向構(gòu)件）常采用鋼骨混凝土或鋼管混凝土，而梁等橫向構(gòu)件仍采用鋼材。如深圳帝王大廈、賽格廣場等工程。

高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點是材料強度高、結(jié)構(gòu)自重輕，有良好的延性，抗震性能好，能滿足建筑上大跨度、大空間以及多用途的各種要求，同時施工速度快。即使在高強混凝土等新型建筑材料已出現(xiàn)的今天，鋼結(jié)構(gòu)仍不失為高層、超高層建筑，特別是地震區(qū)高層建筑的一種經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)構(gòu)類型。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點將日益顯現(xiàn)，必將得以大發(fā)展。1.2.2高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系與特性

根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型及其受力特性，可將常見的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)分成如下四大體系：框架結(jié)構(gòu)體系、雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)體系和巨型結(jié)構(gòu)體系。

框架體系由于結(jié)構(gòu)自身力學(xué)特性的局限，對于３０層以上的樓房經(jīng)濟(jì)性欠佳。雙重抗側(cè)力體系是在框架體系中增設(shè)支撐或剪力墻或核心筒等抗側(cè)力構(gòu)件，其水平荷載主要由抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)，可用于30層以上的樓房。當(dāng)房屋層數(shù)更多時，由于支撐等抗側(cè)力構(gòu)件的高寬比值超過一定限度，水平荷載傾覆力矩引起的支撐等抗側(cè)力構(gòu)件柱的軸壓應(yīng)力很大，結(jié)構(gòu)側(cè)移也較大，宜采用加勁框架-支撐體系，利用外柱來提高結(jié)構(gòu)體系的抗傾覆能力。隨著房屋高度的增大，水平荷載引起的傾覆力矩，按照房屋高度二次方的關(guān)系急劇增大。因此當(dāng)房屋層數(shù)很多時，傾覆力矩很大，此時宜采用以立體構(gòu)件為主的結(jié)構(gòu)體系，即筒體體系或巨型結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系能夠較好滿足很高樓房抗傾覆能力的要求。1.2.2.1框架結(jié)構(gòu)體系（1）體系特征

框架體系是：指沿房屋的縱向和橫向均采用鋼框架作為主要承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體系。其鋼框架是由水平桿件（鋼梁）和豎向桿件（鋼柱）正交連接形成。地震區(qū)的高樓采用框架體系時，框架的縱、橫梁與柱的連接一般采用剛性連接。在某些情況下，為加大結(jié)構(gòu)的延性，或防止梁與柱連接焊縫的脆斷，也可采用半剛性連接。常用于層數(shù)不超過30層的高層建筑。圖1-13框架的平面布置（2）受力特性

圖1-14水平荷載下高樓結(jié)構(gòu)中柱的受力狀態(tài)

(a)鉸接框架；(b)剛接框架

高層建筑的框架結(jié)構(gòu)，在豎向荷載作用下，僅框架柱的軸向壓力自上而下逐層增加（框架梁、柱的彎矩和剪力自上而下基本無變化）；在水平荷載作用下，框架梁、柱的彎矩、剪力和軸力自上而下均逐層增加，上小下大，而且第二層邊跨的框架梁梁端內(nèi)力常為最大。鋼框架結(jié)構(gòu)除了具有一般框架結(jié)構(gòu)的性能以外，還存在著一種不可忽視的效應(yīng)，即框架的二階效應(yīng)。圖1-15框架的幾何非線性效應(yīng)圖（3）變形特點

框架在側(cè)力作用下所產(chǎn)生側(cè)向位移Δ（圖1-16a）由兩部分組成：傾覆力矩使框架發(fā)生整體彎曲所產(chǎn)生的側(cè)移（圖1-16b）和各層水平剪力使該層柱、梁彎曲（框架整體剪切）所產(chǎn)生的側(cè)移（圖1-16c）?？蚣苷w側(cè)移曲線呈剪切型，層間側(cè)移呈下大上小狀。最大的層間側(cè)移常位于底層或下部幾層。

圖1-16水平荷載下框架的側(cè)移及其組成(a)總變形；(b)整體彎曲變形；(c)整體剪切變形

在水平荷載作用下，框架節(jié)點因腹板較薄，節(jié)點域?qū)a(chǎn)生較大的剪切變形（圖1-17），從而使框架側(cè)移增大10%至20%（“高鋼規(guī)程”規(guī)定，應(yīng)計入其影響）；對內(nèi)力的影響在10%以內(nèi)（可不計其影響）。

圖1-17節(jié)點域變形對框架側(cè)移的影響(a)鋼框架節(jié)點域的剪切變形；(b)框架側(cè)移曲線；(c)層間側(cè)移曲線1.2.2.2雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

當(dāng)房屋高度較大時，可以參照單層工業(yè)廠房設(shè)柱間支掌的做法，在框架的縱、橫方向設(shè)置支撐或剪力墻等抗側(cè)力構(gòu)件，這樣就形成了框架和支撐或剪力墻共同抵抗側(cè)向力的作用，故稱之為雙重抗側(cè)力體系。該體系又可分為三類：鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻（現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻、現(xiàn)澆型鋼混凝土剪力墻、嵌入式鋼板剪力墻、嵌入式內(nèi)藏鋼板支撐的預(yù)制鋼筋混凝土剪力墻和預(yù)制的帶豎縫鋼筋混凝土剪力墻）結(jié)構(gòu)體系和鋼框架-核心筒（鋼筋混凝土核心筒或鋼骨混凝土核心筒或鋼結(jié)構(gòu)支撐心筒）結(jié)構(gòu)體系。在鋼框架-支撐心筒體系中，若設(shè)置連接支撐心筒與外框架的剛性伸臂，則稱之為加勁框架-支撐心筒體系，簡稱加勁框架-支撐體系或支撐心筒-剛臂體系。1.2.2.2.1鋼框架-支撐體系（1）體系特征

在框架體系中，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向或其他主軸方向，根據(jù)側(cè)力的大小，布置一定數(shù)量的豎向支撐，所形成的結(jié)構(gòu)體系稱之為框架-支撐體系，簡稱為框-撐體系（如圖1-18）。框架體系一般用于40層以下的樓房較為經(jīng)濟(jì)。抗風(fēng)及抗震設(shè)防烈度為7度以下時，可采用中心支撐；抗震設(shè)防烈度為8度及以上時，宜采用偏心支撐。圖1-18高層鋼結(jié)構(gòu)的框架-支撐體系(a)結(jié)構(gòu)平面；(b)結(jié)構(gòu)剖面

（2）變形特點

在框-撐體系中，在水平荷載作用下，框架屬剪切型構(gòu)件，底部層間位移大，支撐近似于彎曲型豎構(gòu)件，底部層間位移小，兩者并聯(lián)，其側(cè)移曲線屬彎剪型，呈反S狀?？梢悦黠@減小建筑物下部的層間位移和頂部的側(cè)移，如圖1-19。

圖1-19水平荷載作用下框-撐體系的變形特點(a)框架-支撐并聯(lián)模型；(b)側(cè)移曲線（3）受力特性在水平荷載作用下，在結(jié)構(gòu)的底部，單獨支撐層間位移?。▓D1-20a），單獨框架層間位移大（圖1-20b）；在結(jié)構(gòu)的上部，正好相反。兩者并聯(lián)，其側(cè)移應(yīng)協(xié)調(diào)一致，因此，在支撐與框架之間產(chǎn)生相互作用力，在結(jié)構(gòu)的上部為推力，在結(jié)構(gòu)的下部為拉力（圖1-20c）。

圖1-20框-撐體系的受力特性(a)單獨支撐側(cè)向變形；(b)單獨框架側(cè)向變形；(c)框-撐并聯(lián)體的相互作用力1.2.2.2.2鋼框架-剪力墻體系（1）體系特征

鋼框架-剪力墻體系是在鋼框架的基礎(chǔ)上，沿結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向或其他主軸方向，根據(jù)側(cè)力的大小，配置一定數(shù)量的剪力墻而形成。鋼框架-剪力墻體系的受力特性和變形特點與鋼框架-支撐體系相似。剪力墻可分為現(xiàn)澆和預(yù)制兩大類。預(yù)制剪力墻板通常嵌入鋼框架框格內(nèi)，因此常被稱為嵌入式墻板。（2）鋼框架-嵌入式剪力墻板體系

1）體系的組成

鋼框架-嵌入式墻板體系是以鋼框架為基礎(chǔ)，根據(jù)側(cè)力的大小，在結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向或其他主軸方向的鋼框架梁、柱形成的框格內(nèi)嵌入一定數(shù)量的預(yù)制墻板而組成的體系，如圖1-21。此類結(jié)構(gòu)體系適用于抗震設(shè)防烈度為8度或9度、總層數(shù)超過12層的鋼結(jié)構(gòu)建筑。

預(yù)制墻板有以下幾種類型：帶縱、橫肋的鋼板；內(nèi)藏鋼板支撐的鋼筋混凝土墻板；帶豎縫的鋼筋混凝土墻板；帶水平縫的鋼筋混凝土墻板。為使墻板承受水平剪力而不承擔(dān)豎向荷載，墻板四周于鋼框架梁、柱之間應(yīng)留縫隙，僅有數(shù)處與鋼框架梁、柱連接。1-21鋼框架-嵌入式墻板體系的結(jié)構(gòu)布置(a)典型層結(jié)構(gòu)平面；(b)帶豎縫的鋼筋混凝土墻板

2）結(jié)構(gòu)受力特性整個建筑的豎向荷載全部由鋼框架來承擔(dān)；水平荷載引起的水平剪力由鋼框架和墻板共同承擔(dān)，并按兩類構(gòu)件的層間抗推剛度（側(cè)向剛度）比例分配（一般情況，水平剪力主要由墻板來承擔(dān)）；水平荷載引起的傾覆力矩，由鋼框架和鋼框架-墻板所形成的組合體來承擔(dān)。鋼框架-嵌入式墻板體系的變形特點與鋼框架-支撐體系相似。（3）鋼框架-現(xiàn)澆剪力墻板體系

1）體系的組成

鋼框架-現(xiàn)澆剪力墻板體系是以鋼框架為基礎(chǔ)，在結(jié)構(gòu)的縱、橫兩個方向或其他主軸方向的鋼框架之間布置一定數(shù)量的現(xiàn)澆剪力墻板而組成的結(jié)構(gòu)體系。工程中，現(xiàn)澆剪力墻板可以是鋼筋混凝土墻板或型鋼混凝土（鋼骨混凝土）墻板。鋼框架-現(xiàn)澆剪力墻板體系的受力與變形與鋼框架-支撐體系相似，側(cè)移曲線屬彎剪型，呈反S狀。1.2.2.2.3鋼框架-核心筒體系

（1）體系特征

鋼框架-核心筒體系是指由外側(cè)鋼框架與內(nèi)部芯筒所組成的混合結(jié)構(gòu)體系。內(nèi)部芯筒可以是鋼筋混凝土芯筒或鋼骨混凝土芯筒或鋼結(jié)構(gòu)支撐芯筒。鋼框架與核心筒之間通過鋼梁連接。鋼梁與鋼筋混凝土核心筒常為鉸接連接，與鋼骨混凝土核心筒及鋼結(jié)構(gòu)支撐核心筒一般宜采用剛接，也可鉸接；鋼梁與鋼框架的連接宜采用剛接，也可鉸接。

鋼框架-現(xiàn)澆剪力墻板體系的受力與變形與鋼框架-支撐體系相似，側(cè)移曲線屬彎剪型，呈反S狀。圖1-22鋼框架-芯筒體系的構(gòu)成

1.2.2.2.4加勁的鋼框架-芯筒體系

（1）體系特征

加勁的鋼框架-芯筒體系，是在鋼框架-芯筒體系中，增設(shè)連接芯筒與外圍鋼框架的大型桁架（稱為加勁伸臂桁架，簡稱剛臂）以及增設(shè)連接外圍鋼框架的周邊大型桁架（稱為加勁周邊桁架簡稱外圍桁架）所組成的結(jié)構(gòu)體系（如圖1-23）。圖1-23加勁的鋼框架-芯筒體系的構(gòu)成

這一體系基本上可不改變鋼框架-芯筒體系的結(jié)構(gòu)布置，只是通過設(shè)置剛臂和外圍桁架，使外圍鋼框架的所有柱均參與整體抗彎作用，從而提高了整個結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，減少了內(nèi)筒所承擔(dān)的傾覆力矩，也減小了結(jié)構(gòu)的水平側(cè)移。加勁伸臂桁架和加勁周邊桁架應(yīng)設(shè)在同一樓層，該層常被稱為水平加強層，常用作設(shè)備層或避難層，其設(shè)置位置及間隔的樓層數(shù)量，應(yīng)綜合考慮設(shè)備層或避難層的設(shè)置位置以及以減小結(jié)構(gòu)位移和內(nèi)力為目標(biāo)的優(yōu)化分析結(jié)果而定。（2）受力特性

在一般的鋼框架-芯筒體系（無剛臂時）中，由于連接外柱與芯筒（支撐）的鋼梁跨度大，截面小，抗彎剛度很弱。當(dāng)整個體系受到水平荷載作用時，外柱基本上不參與整體抗彎，芯筒幾乎承擔(dān)全部的傾覆力矩。而在加勁鋼框架-芯筒體系中，整個體系受到水平荷載作用時，由于加勁桁架的豎向抗彎及抗剪剛度均很大，芯筒（支撐）受彎時，各層水平桿繞水平軸作傾斜轉(zhuǎn)動，加勁桁架也隨水平桿一起轉(zhuǎn)動，迫使外柱參與整體抗彎。一側(cè)外柱受壓，一側(cè)外柱受拉，形成與傾覆力矩方向相反的力矩（如同剛臂處作用一反向彎矩），將抵消一部分由水平荷載產(chǎn)生的傾覆力矩，從而減小了芯筒（支撐）所受的傾覆力矩，如圖1-24。圖1-24加勁鋼框架-芯筒體系的受力狀態(tài)(a)無剛臂；(b)設(shè)帽剛臂；(c)增設(shè)腰剛臂

由于加勁桁架的強大豎向剛度和外柱的較大軸向剛度，不僅使整個加勁鋼框架-芯筒體系頂面各點發(fā)生同一轉(zhuǎn)角而位于同一斜面上，而且使柱頂面轉(zhuǎn)角減小，使該體系整體彎曲所產(chǎn)生的側(cè)移，得以較大幅度的減小（減小幅度一般為20%--30%），如圖1-25。也使該體系可用于建造比一般的鋼框架-芯筒體系（無剛臂時）更大高度的高樓。（3）體系變形特點圖1-25美國第一威斯康星大廈(a)典型層結(jié)構(gòu)平面；(b)結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向變形；(c)兩種側(cè)移曲線的比較1.2.2.3筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)體系因其抗側(cè)移構(gòu)件采用了立體構(gòu)件而使結(jié)構(gòu)具有較大的抗側(cè)移剛度，有較強的抗側(cè)力能力，能形成較大的使用空間，在超高層建筑中運用較為廣泛。所謂筒體結(jié)構(gòu)體系，就是由若干片縱橫交接的“密柱深梁型”框架或抗剪桁架所圍成的筒狀封閉結(jié)構(gòu)。每一層的樓面結(jié)構(gòu)又加強了各片框架或抗剪桁架之間的相互連接，形成一個具有很大空間整體剛度的空間筒狀封閉構(gòu)架。根據(jù)筒體的組成、布置、數(shù)量的不同，可將筒體結(jié)構(gòu)分為框架筒、筒中筒、框筒束等結(jié)構(gòu)體系。1.2.2.3.1框架筒體系（1）體系特征

框筒體系是由建筑平面外圍的框架筒體和內(nèi)部承重框架所組成的結(jié)構(gòu)體系(圖1-26)。

外圍框架筒體的梁與柱采用剛性連接，以便形成剛接框架。內(nèi)部承重框架的梁與柱鉸接即可，僅承受重力荷載。由于內(nèi)部承重框架僅承受重力荷載，所以，其柱網(wǎng)可以按照建筑平面使用功能要求隨意布置，不要求規(guī)則、正交，柱距也可以加大，從而提供較大的靈活使用空間。（2）受力及變形特點

作用于樓房的水平荷載所引起的水平剪力和傾覆力矩，全部由外圍框筒承擔(dān)（水平剪力由平行于側(cè)力方向的各片腹板框架承擔(dān)，傾覆力矩則由平行于和垂直于側(cè)力方向的各片腹板框架和翼緣框架共同承擔(dān)）；各樓層的重力荷載，則是按受荷面積比例分配給內(nèi)部承重框架和外圍框筒。框架筒體系由于存在框架橫梁（窗裙梁）的豎向彎剪變形，使之產(chǎn)生剪力滯后效應(yīng)。圖1-26框架筒體系的典型平面

剪力滯后效應(yīng)使得房屋的角柱要承受比中柱更大的軸力，并且結(jié)構(gòu)的側(cè)向撓度將呈現(xiàn)明顯的剪切型變形。剪力滯后效應(yīng)將削弱框筒作為抗側(cè)力立體構(gòu)件空間效能。框筒結(jié)構(gòu)的剪力滯后效應(yīng)越明顯，則對筒體效能的影響越嚴(yán)重。1.2.2.3.2筒中筒體系（1）體系特征

筒中筒結(jié)構(gòu)體系是由分別設(shè)置于內(nèi)外的兩個以上筒體通過有效的連接組成一個共同工作的結(jié)構(gòu)體系，如圖1-27所示。

圖1-27筒中筒結(jié)構(gòu)體系的典型平面(a)二重筒體系；(b)三重筒體系

由于筒中筒結(jié)構(gòu)體系的內(nèi)外筒體共同承受側(cè)向力，所以結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度很大，能承受很大的側(cè)向力。（2）受力特性筒中筒體系的內(nèi)筒，平面尺寸比外筒小，可顯著減小剪力滯后效應(yīng)，結(jié)構(gòu)側(cè)移中剪切變形與彎曲變形的比例，內(nèi)框筒比外框筒要小，內(nèi)框筒更接近于彎曲型抗側(cè)力構(gòu)件；其外框筒，平面尺寸比內(nèi)筒大，剪力滯后效應(yīng)嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)側(cè)移中剪切變形所占比例較大，因而外框筒屬于彎剪型抗側(cè)力構(gòu)件。內(nèi)、外框筒通過各層樓蓋的聯(lián)系，將共同承擔(dān)作用于整個結(jié)構(gòu)的水平剪力和傾覆力矩。（3）變形特點由于筒中筒體系的外框筒屬于彎剪型抗側(cè)力構(gòu)件，而內(nèi)框筒更接近于彎曲型抗側(cè)力構(gòu)件，內(nèi)、外框筒通過各層樓蓋協(xié)同工作，側(cè)移趨于一致，其側(cè)移曲線形狀與雙重抗側(cè)力體系相似。由于筒中筒體系的彎曲型構(gòu)件與剪彎型構(gòu)件側(cè)向變形的相互協(xié)調(diào)，對于減小結(jié)構(gòu)頂點位移和結(jié)構(gòu)下半部的最大層間側(cè)移角都是有利的。

1.2.2.3.3框筒束體系

（1）體系特征框筒束體系是由兩個以上的框筒并列組合在一起形成的框筒束及其內(nèi)部的承重框架共同組成的結(jié)構(gòu)體系（圖1-28），或者以一個平面尺寸較大的框筒為基礎(chǔ)，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求，在其內(nèi)部縱向或橫向，或者縱、橫兩個方向，增設(shè)一榀以上的腹板框架所構(gòu)成（圖1-29a）。增設(shè)的內(nèi)部腹板框架，可以是密柱深梁型框架或帶支撐（含等效支撐，如嵌入式墻板）的稀柱淺梁型框架。

圖1-28框筒束結(jié)構(gòu)體系工程實例(a)梯形平面框束筒；(b)梭形平面框束筒；(c)雙矩形平面框束筒

（2）受力特點

①水平荷載下的框筒束，水平剪力由平行于剪力方向的各榀內(nèi)、外腹板框架承擔(dān)，傾覆力矩則由平行于和垂直于側(cè)力方向的各榀腹板框架和翼緣框架共同承擔(dān)。②內(nèi)、外翼緣框架中的各柱,基本上僅承受軸向力；內(nèi)、外腹板框架中的各柱，除軸向力外，還承受沿框架所在平面的水平剪力及由此引起的彎矩。③框筒束各框筒單元內(nèi)部的框架柱，僅承擔(dān)其荷載從屬面積范圍內(nèi)的豎向荷載。④框筒束各柱的軸力分布，比較接近于實腹筒的分布，其軸力與該柱到中和軸的距離大致成正比，這說明框筒束的剪力滯后效應(yīng)甚弱（圖1-29）。圖1-29美國希爾斯大廈的束筒體系（a）結(jié)構(gòu)平面(b)風(fēng)載下框筒柱的軸力分布曲線1.2.2.4巨型結(jié)構(gòu)體系

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，人們對建筑外形、建筑功能、建筑空間和建筑環(huán)境提出了更多的要求。高樓平面正在向大尺寸發(fā)展，為了模擬自然，改善內(nèi)部辦公條件，有效地利用較大內(nèi)部空間，需要在建筑內(nèi)部每隔若干樓層設(shè)置一個庭園。這樣的建筑布置使以往的結(jié)構(gòu)體系不再適用，需要采用能夠提供特大空間的巨型結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)體系具有良好的建筑適應(yīng)性和潛在的高效結(jié)構(gòu)性能，正越來越引起國際建筑業(yè)的關(guān)注。巨型結(jié)構(gòu)在國外特別是亞洲發(fā)達(dá)地區(qū)，近些年來發(fā)展迅速。這些巨型建筑物已成為該國國家經(jīng)濟(jì)繁榮、科技進(jìn)步的標(biāo)志。如日本NEC辦公大樓、日本東京市政廳大廈、日本神戶TC大廈、美國芝加哥的約翰?漢考克大廈、美國依儂中心大廈、休斯頓西南銀行、新加坡IBM大廈、巴黎GrandApsiu高層綜合樓和德國法蘭克福商業(yè)銀行中心新大樓等。1.2.2.4.1巨型結(jié)構(gòu)的概念與分類（1）概念巨型結(jié)構(gòu)的概念產(chǎn)生于60年代末，由梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)展而形成。巨型結(jié)構(gòu)體系又稱超級結(jié)構(gòu)體系，它是由不同于常規(guī)梁柱概念的大型構(gòu)件——巨型梁和巨型柱所組成的主結(jié)構(gòu)與常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的次結(jié)構(gòu)共同工作的一種高層建筑結(jié)構(gòu)體系。（2）分類巨型結(jié)構(gòu)從材料上可分為巨型鋼結(jié)構(gòu)、巨型鋼骨鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（SRC）、巨型鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混合以及巨型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；按其主要受力和組成，體系可分為：巨型框架、巨型支撐外框筒（巨型支撐框筒）、巨型支撐筒（巨型桁架筒）和巨型懸掛結(jié)構(gòu)等基本類型。

1.2.2.4.2巨型結(jié)構(gòu)的特點及應(yīng)用巨型結(jié)構(gòu)具有一系列不同于普通結(jié)構(gòu)的特點：（1）結(jié)構(gòu)整體剛度大。由矩形截面梁的截面剛度EI=E×bh3/12中可知，截面剛度與截面高度的三次方成正比。由于巨型構(gòu)件截面尺寸比常規(guī)構(gòu)件大得多，因此其剛度必然比普通結(jié)構(gòu)剛度大很多。

（2）側(cè)向剛度大，且沿高度分布均勻，傳力途徑明確，是一種理想的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。（3）體系靈活多樣，有利于抗震。巨型結(jié)構(gòu)可以有各種不同的變化和組合，主結(jié)構(gòu)和次結(jié)構(gòu)可以采用不同的材料和體系。巨型結(jié)構(gòu)是一種大體系，可以在不規(guī)則的建筑中采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)單元組成規(guī)則的巨型結(jié)構(gòu)，對抗震有利。（4）巨型結(jié)構(gòu)的次結(jié)構(gòu)只是傳力結(jié)構(gòu)，故次結(jié)構(gòu)的柱子不必連續(xù)，建筑物中可以布置大空間或空中臺地或大門洞。次結(jié)構(gòu)中的柱子僅承受巨型梁間的少數(shù)幾層荷載，截面可以做得很小，給房間布置的靈活性創(chuàng)造了有利條件。（5）施工進(jìn)度快。巨型結(jié)構(gòu)體系可先施工其主結(jié)構(gòu)，待主結(jié)構(gòu)完成后分開各個工作面同時施工次結(jié)構(gòu)，大大縮短了施工周期。（6）具有更大的穩(wěn)定性和更高的效能，可節(jié)省材料，降低造價，使建筑物更加經(jīng)濟(jì)實用。例如香港中國銀行大樓采用巨型桁架體系，節(jié)省鋼材40%左右。

（7）具有良好的建筑適應(yīng)性和潛在的高效結(jié)構(gòu)性能。能滿足綜合功能或一些特殊功能要求，能滿足建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計有機結(jié)合的要求，使其良好的建筑適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性均能得到充分的體現(xiàn)。（8）可清楚地劃分為主、次結(jié)構(gòu)，傳力途徑明確。1.2.2.4.3巨型框架體系

（1）組成與布置

巨型框架,可以說是把一般框架按照一定比例放大而成。與一般框架的桿件為實腹截面不同,巨型框架的梁和柱是格構(gòu)式立體構(gòu)件。（a）中段樓層結(jié)構(gòu)平面（b）底段樓層結(jié)構(gòu)平面（c）結(jié)構(gòu)縱剖面圖1-30巨型框架體系的典型布置

（2）受力特點

主結(jié)構(gòu)（巨型框架）承擔(dān)全部作用于樓房的水平荷載（產(chǎn)生水平剪力和傾覆力矩）和豎向荷載；巨型梁間的次結(jié)構(gòu)（次框架）僅承受巨型梁間的重力荷載，并將其傳給主結(jié)構(gòu)（巨型框架）。

（3）變形特點由于巨型框架具有很大的抗側(cè)移剛度和抗傾覆能力，加之，巨型梁具有很大的抗彎剛度和抗剪剛度，使其側(cè)向位移曲線在巨型梁處，有如加勁的框架-芯筒體系的側(cè)向位移曲線類似的內(nèi)收現(xiàn)象（如1-31圖），因此，其側(cè)向位移較常規(guī)體系大為減小。該體系的側(cè)移曲線，在巨型梁處出現(xiàn)內(nèi)收現(xiàn)象，總體呈剪切型，與加勁的框架-芯筒體系的側(cè)移曲線類似。該體系特別適于超高層或有特殊、復(fù)雜及其綜合功能要求的高層建筑。圖1-31巨型框架體系的側(cè)移

1.2.2.4.4巨型支撐外框筒體系

（1）體系特征框筒體系由于橫梁的柔軟性，使得筒體出現(xiàn)程度不同的剪力滯后效應(yīng)，筒體的空間效能因而受到一定的削弱。為了進(jìn)一步增強筒體結(jié)構(gòu)的剛度，沿“稀疏淺梁型”外框筒的各個面增設(shè)巨型交叉支撐構(gòu)成巨型支撐框筒體系（如圖1-32所示的美國約翰漢考克大廈）。巨型支撐外框筒體系是由建筑周邊的巨型支撐框筒和內(nèi)部的承重框架所組成。巨型支撐框筒的支撐斜桿軸線與水平面的夾角一般取45度左右；相鄰立面上支撐斜桿在框筒轉(zhuǎn)角處與角柱相交于同一點，使整個結(jié)構(gòu)組成空間幾何不變體系，并保證支撐傳力路線連續(xù)性。巨型支撐外框筒體系（簡稱支撐框筒）不再像一般框筒那樣要求密排柱和高截面窗裙梁。圖1-32巨型支撐體系的典型布置

（2）受力狀態(tài)

水平荷載引起的水平剪力和傾覆力矩，全部由巨型支撐外框筒承擔(dān)；豎向荷載則由巨型支撐外框筒和內(nèi)部的承重框架共同承擔(dān)，并按各自的受荷面積比例分擔(dān)。巨型支撐外框筒，在水平荷載作用下發(fā)生整體彎曲時，本來應(yīng)該由框筒各層窗裙梁承擔(dān)的豎向剪力（圖1-33a），絕大部分改由支撐斜桿來承擔(dān)（圖1-33b）。圖1-33水平荷載作用下巨型支撐外框筒受力狀態(tài)(a)框筒的豎向剪力分布；(b)支撐桿件內(nèi)力

在巨型支撐外框筒體系中，是靠支撐斜桿的軸向剛度（而不是靠窗裙梁的豎向彎剪剛度）所提供的軸向承載力來抵抗水平剪力和豎向剪力，而且桿件的軸向剛度遠(yuǎn)大于桿件的彎剪剛度，加之支撐又具有幾何不變性，所以水平荷載作用下巨型支撐外框筒的水平和豎向剪切變形均很小，基本上消除了剪力滯后效應(yīng)，從而能更加充分地發(fā)揮抗側(cè)力立體構(gòu)件的空間工作效能。

（3）變形特點在巨型支撐外框筒體系中，是靠支撐斜桿的軸向剛度所提供的軸向承載力來抵抗水平剪力和豎向剪力，加之支撐又具有幾何不變性，因此巨型支撐外框筒體系具有很大的水平和豎向剛度。在水平荷載作用下，整個結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生的側(cè)移中，整體彎曲產(chǎn)生的側(cè)移，約占８０％以上，而結(jié)構(gòu)剪切變形所產(chǎn)生的側(cè)移約占２０％以下。

（1）體系特征巨型支撐筒體系又稱巨型桁架筒體系。該體系是建筑平面周邊的巨型或大型立體支撐、支撐節(jié)間內(nèi)的次（?。┛蚣芗皟?nèi)部的一般框架（或內(nèi)部立體或空間支撐）所組成的結(jié)構(gòu)體系。在巨型立體支撐的每個節(jié)間區(qū)段內(nèi)設(shè)置“次框架”，以承擔(dān)該區(qū)段內(nèi)若干樓層的重力荷載。在樓房內(nèi)部，通常設(shè)置次一級的立體或空間支撐（有時設(shè)置一般鋼框架），用以承擔(dān)各樓層內(nèi)部的重力荷載。1.2.2.4.5巨型支撐筒體系圖1-34巨型支撐筒體系的典型布置

（2）受力狀態(tài)作用于樓房的水平荷載產(chǎn)生的全部水平剪力和傾覆力矩，由建筑平面周邊的巨型或大型立體支撐承擔(dān)，其水平剪力由巨型或大型立體支撐中平行于荷載方向的斜桿承擔(dān)，傾覆力矩則由大型立體支撐中所有立柱承擔(dān)。

重力荷載由次框架、樓房內(nèi)部空間支撐及大型立體支撐中所有立柱共同承擔(dān)，并按荷載從屬面積比例分配。巨型或大型立體支撐中所有立柱均布置在建筑的周邊，可獲得最大的抗傾覆力臂，從而使該體系獲得最大的抗推剛度和抗傾覆能力。由于該體系是通過大型立體支撐中的支撐斜桿的軸向剛度（而不是依靠橫梁的抗彎剪剛度）來傳遞剪力，消除了剪力滯后效應(yīng)。1.2.2.4.6巨型懸掛結(jié)構(gòu)體系

（1）體系特征巨型懸掛結(jié)構(gòu)體系是利用鋼吊桿將大樓的各層樓蓋，分段懸掛在主構(gòu)架各層巨型梁上所形成的結(jié)構(gòu)體系。主構(gòu)架一般采用巨型鋼框架，其立柱可以是類似豎放空腹桁架或立體剛接框架或者支撐筒；其橫梁通常均采用立體鋼桁架。

主構(gòu)架每個區(qū)段內(nèi)的吊桿，通常是采用高強度鋼材制作的鋼桿，或者采用高強度鋼絲束。每個區(qū)段內(nèi)的吊桿一般只吊掛該區(qū)段內(nèi)的樓蓋。懸掛結(jié)構(gòu)體系可以為樓面提供很大的無柱使用空間。位于高烈度地區(qū)的樓房，懸掛結(jié)構(gòu)體系的使用，還可顯著減小結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)。

（2）受力狀態(tài)懸掛結(jié)構(gòu)體系的主構(gòu)架，幾乎承擔(dān)整幢大樓的全部水平荷載和豎向荷載，并將其直接傳至基礎(chǔ)。主構(gòu)架每個區(qū)段內(nèi)的鋼吊桿僅承擔(dān)該區(qū)段各層樓蓋的重力荷載。

為防止主構(gòu)架橫梁撓曲和吊桿伸長造成樓面過度傾斜，可采取橫梁起拱或者對吊桿施加預(yù)應(yīng)力等措施加以解決。（3）變形特點在水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)移曲線呈剪切型，但由于巨型懸掛結(jié)構(gòu)具有很大的抗側(cè)移剛度和抗傾覆能力，加之巨型梁具有巨大的抗彎剛度和抗剪切剛度，使其側(cè)向位移曲線在巨型梁處，有如加勁的框架-芯筒體系的側(cè)向位移曲線類似的內(nèi)收現(xiàn)象（如圖1-35），因此，其側(cè)向位移較常規(guī)體系大為減小。

圖1-35巨型懸掛體系的典型布置主要從以下四個方面考慮：（1）避免地面變形的直接危害：選擇建筑場地時，應(yīng)避開對建筑抗震危險的地段；（2）避免不利地形：不利地形一般指：條狀突出的山嘴，高聳孤立的山丘、非巖質(zhì)的陡坡、河岸和邊坡的邊緣；（3）避開不利場地：避開厚場地覆蓋層這類不利場地；（4）避開不利地基土：不利地基土主要是指：①飽和松散的砂土和粉土（該類土易產(chǎn)生土層液化現(xiàn)象）；②泥炭、淤泥和淤泥質(zhì)土等軟土（該類土在地震時易發(fā)生較大幅度的突然沉陷、常稱之為震陷土）。1.3.1選擇有利的建筑場地1.3高層鋼結(jié)構(gòu)概念設(shè)計1.3.2確定合適的建筑體形

建筑體型與建筑平面形狀、建筑立面形狀和房屋的高度等因素密切相關(guān)。因此，選擇合適的建筑體型可歸結(jié)為選擇合適的建筑平面形狀、建筑立面形狀和房屋的高度。1.3.2.1建筑平面形狀確定建筑平面形狀時，宜從降低風(fēng)荷載和地震作用兩方面考慮。（1）抗風(fēng)設(shè)計

1）宜優(yōu)先選用圓形、橢圓形等流線型平面；

2）應(yīng)盡量選擇方形、圓形、橢圓形、矩形、正多邊形等雙軸對稱的規(guī)則平面；在實際工程中，常采用矩形、方形、甚至三角形等建筑平面，但在其平面的轉(zhuǎn)角處，常采用圓角或平角（切角）的處理方法。這樣處理后，既可減小建筑的風(fēng)載體型系數(shù)，又可降低風(fēng)載作用下框筒或束筒體系角柱的峰值應(yīng)力。德國法蘭克福商業(yè)銀行新大樓就采用了這種處理方式。3）注意建筑平面長寬比的限值對于鋼框筒結(jié)構(gòu)體系，若采用矩形平面鋼框筒，其長邊與短邊的比值不宜大于1.5。主要原因是：框筒由于剪力滯后效應(yīng)嚴(yán)重而不能充分發(fā)揮作為立體構(gòu)件的空間作用，從而降低框筒抵抗側(cè)力的有效性。若該比值大于1.5時，宜采用束筒結(jié)構(gòu)體系。(b)(a)法蘭克福商業(yè)銀行新大樓結(jié)構(gòu)平面(b)框筒剪力滯后效應(yīng)(c)風(fēng)載下框筒柱的軸力分布曲線圖1-36德國法蘭克福商業(yè)銀行平面布置（2）抗震設(shè)計

1）宜優(yōu)先選用簡單規(guī)則平面圖1-37平面尺寸圖示

高鋼規(guī)程（JGJ99-98）規(guī)定，對抗震設(shè)防的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，其常用平面的尺寸關(guān)系應(yīng)符合表3-1和圖3-1的要求，凡符合該要求者，均可視為規(guī)則平面。

2）盡量避免選用不規(guī)則平面比圖1-37中更為復(fù)雜的平面均為不規(guī)則平面。對于圖1-37中的平面形狀，當(dāng)其尺寸關(guān)系不滿足表1-3的限值者，也視為不規(guī)則平面。表1-3圖1-36所是平面尺寸

L，l,l′B′的限值L/BL/Bmaxl/bl′/BmaxB′/Bmax≤5≤4≤1.5≥1≤0.5

1.3.2.2建筑立面形狀（1）抗風(fēng)設(shè)計

1）宜選用上小下大的梯形或三角形簡單規(guī)則的立面

這是因為，作用于房屋的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值是隨離地面的高度而增加的。樓房周邊向內(nèi)傾斜的豎向構(gòu)件軸力的水平分力，可部分抵消各樓層的風(fēng)荷載水平剪力（圖1-38a、b）

。

2）立面可設(shè)大洞或透空層對于位于臺風(fēng)地區(qū)的層數(shù)很多、體量較大的高樓，可結(jié)合建筑布局和功能要求，在樓房的中、上部，設(shè)置貫通房屋的大洞，或每個若干層設(shè)置一個透空層（圖1-38c、d），可顯著減小作用于樓房的風(fēng)荷載。圖1-38高樓的簡單立面形狀（2）抗震設(shè)計

1）宜優(yōu)先選用矩形、梯形、三角形等沿高度均勻變化的簡單規(guī)則的立面：避免采用樓層平面尺寸存在劇烈變化的階梯形立面，更不能采用由上而下逐步收進(jìn)的倒梯形建筑。

2）盡量避免選用不規(guī)則立面：當(dāng)階梯形建筑的立面收進(jìn)尺寸比例為B1/B2<0.75或立面外挑尺寸比例為B1/B2>1.1時(字母意義見圖1-39)，均屬于不規(guī)則立面形狀，不宜用于地震區(qū)的高層建筑。當(dāng)無法避免時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的地震反應(yīng)分析，以獲取較確切地地震內(nèi)力與變形，并采取相應(yīng)的抗震措施。圖1-39結(jié)構(gòu)立面收進(jìn)或外挑圖示1.3.2.3房屋高度（1）房屋總高度

高鋼規(guī)程（JGJ99-98）根據(jù)國內(nèi)外的工程經(jīng)驗，對鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的常用體系規(guī)定了高度限值（見表1-4），供工程設(shè)計參考。

鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的適用高度（m）表1-4

結(jié)構(gòu)種類結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)防抗震設(shè)防烈度6、789鋼結(jié)構(gòu)框架1101109070框架支撐（剪力墻板）260220200140各類筒體和巨型框架360300260180有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)鋼框架-混凝土剪力墻22018010070鋼框架-混凝土核心筒22018010070鋼框筒-混凝土核心筒22018015070（2）房屋高寬比房屋高寬比是指房屋總高度與房屋底部順風(fēng)（地震）向?qū)挾鹊谋戎?。它的?shù)值大小直接影響到結(jié)構(gòu)的抗推剛度、風(fēng)振加速度和抗傾覆能力。我國現(xiàn)行高鋼規(guī)程（JGJ99-98）根據(jù)國內(nèi)外的工程經(jīng)驗，對鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的高寬比限值做出規(guī)定，現(xiàn)結(jié)合我國現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計規(guī)范（GB5001—2001）的有關(guān)規(guī)定，將其列于表1-5，供工程設(shè)計參考。

鋼結(jié)構(gòu)和有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的高寬比限值表1-5

結(jié)構(gòu)種類結(jié)構(gòu)體系非抗震設(shè)防抗震設(shè)防烈度6、789鋼結(jié)構(gòu)框架5543框架支撐（剪力墻板）6654各類筒體6.56.565.5有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)鋼框架-混凝土剪力墻5544鋼框架-混凝土核心筒5544鋼框筒-混凝土核心筒6654

1.3.3變形縫的設(shè)置

變形縫分為伸縮縫（溫度縫）、防震縫和沉降縫，應(yīng)按下列原則處理：（1）伸縮縫高鋼規(guī)程（JGJ99-98）規(guī)定：高層建筑鋼結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置伸縮縫。當(dāng)必須設(shè)置時，抗震設(shè)防的結(jié)構(gòu)伸縮縫應(yīng)滿足防震縫的要求。（2）防震縫

高鋼規(guī)程（JGJ99-98）規(guī)定：高層建筑鋼結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置防震縫。其薄弱部位應(yīng)采取措施提高抗震能力。（3）沉降縫為了保證高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的整體性，在其主體結(jié)構(gòu)內(nèi)不應(yīng)設(shè)置沉降縫。當(dāng)主樓與裙房之間必須設(shè)置沉降縫時，其縫寬應(yīng)滿足防震縫的要求，同時，應(yīng)采用粗砂等松散材料將沉降縫地面以下部分填實，以確保主樓基礎(chǔ)四周的可靠側(cè)向約束；當(dāng)不設(shè)沉降縫時，在施工中宜預(yù)留后澆帶。1.3.4選擇有效的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系位于地震區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，其結(jié)構(gòu)體系應(yīng)符合下列基本要求：

（1）具有明確的計算簡圖（2）應(yīng)有合理的傳力途徑從上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)到地基，應(yīng)該具有最短的、直接的傳力路線。結(jié)構(gòu)體系最好能具備多條合理的地震力傳遞途徑。

（3）采用多道抗震防線

1）必要性若采用具有多道抗震防線的雙重或多重抗側(cè)力體系（如圖1-40，框架-支撐體系，框架-剪力墻體系，框架-筒體體系和筒中筒體系等），當(dāng)?shù)谝坏揽拐鸱谰€的抗側(cè)力構(gòu)件破壞后，還有第二道甚至第三道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件來替補，從而大大增強結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。圖1-40具有多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系(a)框架-支撐體系；(b)框架-剪力墻體系；(c)框架-筒體體系；(d)筒中筒體系2）第一道防線的設(shè)置方法

①選擇軸壓應(yīng)力小的構(gòu)件

②選擇受彎構(gòu)件（4）采用立體構(gòu)件（5）力爭實現(xiàn)結(jié)構(gòu)總體屈服機制

結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下發(fā)生的屈服機制，大致可劃歸為兩大基本類型：①樓層屈服機制；②總體屈服機制。

樓層屈服機制，是指構(gòu)件在側(cè)力作用下，豎向桿件先于水平桿件屈服，導(dǎo)致某一樓層或某幾個樓層發(fā)生側(cè)向整體屈服。可能發(fā)生樓層屈服機制的高層結(jié)構(gòu)有：弱柱型框架（圖1-41a、b）；弱剪型支撐（圖1-41c）。圖1-41結(jié)構(gòu)的樓層屈服機制（a,b）弱柱型框架；（c）弱剪型支撐；(d)側(cè)移曲線

總體屈服機制，是指構(gòu)件在側(cè)力作用下，全部水平桿件先于豎向桿件屈服，最后才是豎向桿件底層下端的屈服?？赡馨l(fā)生總體屈服機制的高層結(jié)構(gòu)有：強柱型框架（圖1-42a）；強剪力支撐（圖1-42b、c）。

圖1-42結(jié)構(gòu)的總體屈服機制(a)強柱型框架；(b)、(c)強剪型支撐；(d)側(cè)移曲線

結(jié)論：結(jié)構(gòu)的總體屈服機制是耐震性能最佳的破壞機制，結(jié)構(gòu)發(fā)生總體屈服機制所能耗散的地震能量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樓層屈服機制。所以，進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時，應(yīng)力爭使結(jié)構(gòu)實現(xiàn)總體屈服機制。（6）遵循耐震設(shè)計四準(zhǔn)則

1）強節(jié)弱桿即遵循所謂的強節(jié)點弱桿件設(shè)計準(zhǔn)則。

2）強豎弱平即遵循所謂的強柱弱梁設(shè)計準(zhǔn)則。

3）強剪弱彎在計算和構(gòu)造上采取措施，使構(gòu)件中各桿件截面的抗剪屈服承載力系數(shù)大于抗彎屈服承載力系數(shù)。

4）強壓弱拉對于型鋼混凝土桿件和鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中的鋼筋混凝土桿件，進(jìn)行受彎桿件的截面設(shè)計時，應(yīng)使受拉鋼筋配筋率低于平衡配筋率，確保桿件受彎時，實現(xiàn)受拉鋼筋屈服，不發(fā)生受壓區(qū)混凝土的壓潰破壞。（7）增多結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)為此，確定結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)盡量做到：

1）桿系構(gòu)件中各桿件的連接，均采取剛接；

2）框架與支撐之間、芯筒與外圈框架或框筒之間的連接桿件（贅余桿件）的兩端或一端采取剛接；

3）各層樓蓋的梁和板與抗側(cè)力構(gòu)件之間的連接，在不妨礙各豎構(gòu)件差異縮短（壓縮、溫度變形等）影響的條件下，盡量采取剛接。（8）使結(jié)構(gòu)具有良好的延性提高構(gòu)件延性，實現(xiàn)構(gòu)件剛度、承載力和延性相互匹配的途徑，可以是：采用偏心支撐取代中心支撐，采用帶豎縫墻板取代整體式墻板。構(gòu)件試驗結(jié)果指出：水平荷載作用下，整體式鋼筋混凝土墻板的彈性極限變形角約為0.3×10-3rad；而帶豎縫的鋼筋混凝土墻板，彈性極限變形角則高達(dá)1.3×10-3rad[10].（9）盡量做到豎向等強設(shè)計沿豎向，整個結(jié)構(gòu)體系應(yīng)該做到剛度和承載力的均勻變化，使各樓層的屈服承載力系數(shù)大致相等，避免因剛度或承載力的突變而出現(xiàn)柔樓層或弱樓層，導(dǎo)致在某一個樓層或幾個樓層發(fā)生過大的應(yīng)力集中和塑性變形集中。1.3.5抗側(cè)力構(gòu)件的布置原則1.3.5.1.抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置（1）基本原則鋼結(jié)構(gòu)高層建筑的動力特性取決于各抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置狀況。為使各構(gòu)件受力均勻，獲得抵抗水平荷載的最大承載力，抗側(cè)力構(gòu)件沿建筑平面縱、橫方向的布置應(yīng)盡量做到“分散、均勻、對稱”。（2）平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的判斷及處理方法判斷：考慮抗震設(shè)防的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，在結(jié)構(gòu)平面布置上具有下列情況之一者，則屬于平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)：

1）不論平面形狀規(guī)則與否，任一樓層的偏心率（不包括附加偏心距）大于0.15時，或者樓層的最大彈性層間側(cè)移大于該樓層兩端彈性層間側(cè)移平均值的1.2倍（但不應(yīng)超過1.5倍），即（見圖1-43），均屬于“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則”結(jié)構(gòu)。

2）存在樓板尺寸或水平剛度突變或者局部樓板有效寬度小于該層樓板典型寬度的50%（見圖1-44a）或者樓板開洞面積超過該層樓面總面積的30%（見圖1-44b）,或者樓蓋不連續(xù)（有較大的錯層，圖1-44c）。圖1-43結(jié)構(gòu)平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則

圖1-44樓板有突變的建筑

3）結(jié)構(gòu)平面形狀帶有缺口，缺口在兩個方向的凹進(jìn)深度和長度，分別超過樓層平面各該方向總邊長的30%（圖1-45）。

4）具有較大抗推剛度的抗側(cè)力構(gòu)件，既不平行又不對稱于抗側(cè)力體系的兩個相互垂直的主軸。處理方法：在構(gòu)件布置上應(yīng)力求避免出現(xiàn)上述情況。無法避免時，屬于上述1）、4）者應(yīng)計算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響；屬于上述2）者應(yīng)采用相應(yīng)的計算模型，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)的作用效應(yīng)計算，合理確定薄弱部位以及復(fù)雜傳力途徑中各構(gòu)件的內(nèi)力，并采取針對性的構(gòu)造措施；屬于上述3）者應(yīng)采用相應(yīng)的構(gòu)造措施。

圖1-45帶有缺口等形式的不規(guī)則建筑平面（3）抗側(cè)力構(gòu)件的選用與布置

1）支撐和墻板在高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中，可根據(jù)具體情況選用中心支撐、偏心支撐、內(nèi)藏鋼板支撐的混凝土墻板、帶豎縫或帶水平縫的鋼筋混凝土墻板、鋼板剪力墻等作為主要抗側(cè)力構(gòu)件，以提高結(jié)構(gòu)的抗推剛度。

2）剛性伸臂

①對于框架-芯筒體系、筒中筒體系，以及沿樓面核心區(qū)周邊布置豎向支撐或抗剪墻板的框-撐體系和框-墻體系，宜在頂層及每隔若干層沿縱、橫方向設(shè)置剛性伸臂（如圖1-46）。使外柱參與結(jié)構(gòu)整體抗彎，減輕外框筒的剪力滯后效應(yīng)，以增加整個結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)力的剛度和承載力。

圖1-46美國紐約的４２層ＥＴＷ大樓(a)豎向支撐與伸臂桁架；(b)周邊桁架

②剛性伸臂由立體桁架所構(gòu)成，為充分發(fā)揮其剛性伸臂的作用，沿房屋縱向和橫向布置的桁架，均應(yīng)貫穿房屋全寬。

③為避免給樓面使用帶來不便，并盡可能增大剛性伸臂的有效高度，剛性伸臂一般均安置在設(shè)備層。在頂層布置的剛性伸臂，一般稱為帽桁架；布置在中間樓層的剛性伸臂，一般稱為腰桁架。

④在剛性伸臂布置處，沿房屋周邊應(yīng)設(shè)置帶狀桁架（外圍加勁桁架），如圖1-46，以便外柱能充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體抗彎作用。

3）中庭水平桁架在多功能的高層建筑中，在上部樓層中往往要求設(shè)置旅館或公寓。此類建筑用作公共活動的下部樓層，平面尺寸較大；而用作旅館或公寓的上部樓層，房間進(jìn)深較小。因而，在上部樓層需要布置內(nèi)天井或中庭。為了增加整個結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，減小上部樓層的變形，應(yīng)在中庭的上下兩端樓層（有時也在中間的個別樓層）處布置水平桁架。1.3.5.2抗側(cè)力構(gòu)件的豎向布置（1）基本原則對于地震區(qū)的高層建筑，抗側(cè)力構(gòu)件沿高度方向的布置，應(yīng)符合下列原則：

1）各抗側(cè)力構(gòu)件所負(fù)擔(dān)的樓層質(zhì)量沿高度方向無劇烈變化；

2）沿高度方向，各側(cè)力構(gòu)件（如支撐、剪力墻）宜連續(xù)布置；

3）由上而下，各抗側(cè)力構(gòu)件的抗推剛度和承載力逐漸加大，并與各構(gòu)件所負(fù)擔(dān)的水平剪力、彎矩和軸力成比例地增大。

4）除底部樓層和外伸剛臂所在樓層外，支撐的形式和布置在豎向宜一致。（2）設(shè)置型鋼混凝土結(jié)構(gòu)過渡層

將與剛性地下室相銜接的底層或底部兩、三層改用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)（SRC），在地下室與上部鋼結(jié)構(gòu)之間形成一個具有較大抗推剛度的過渡層，以減緩樓層剛度的變化幅度，縮小相對柔弱樓層塑性變形集中效應(yīng),改善整個結(jié)構(gòu)的耐震性能，提高結(jié)構(gòu)的抗震可靠度。1.3.6豎向承重構(gòu)件的布置（1）柱網(wǎng)形式柱網(wǎng)形式和柱距是根據(jù)建筑使用要求而定。高樓的豎向承重構(gòu)件大致可分為如下三種布置方式：

1）方形柱網(wǎng)以沿建筑縱、橫兩個主軸方向的柱距相等的方式布置柱子所形成的柱網(wǎng)，為方形柱網(wǎng)（如圖1-47a）。該柱網(wǎng)多用于層數(shù)較少、樓層面積較大的樓房。

2）矩形柱網(wǎng)為了擴(kuò)大建筑的內(nèi)部使用空間，可將承重較輕的次梁的跨度加大的方式布置柱子所形成的柱網(wǎng)，為矩形柱網(wǎng)（如圖1-47b）。

3）周邊密柱型柱網(wǎng)層數(shù)很多的塔樓，內(nèi)部采用框架或芯筒，外圍則采用密柱、深梁型的鋼框筒（框筒的柱距多為3m左右，樓蓋承重鋼梁沿徑向布置）所形成的柱網(wǎng)，為周邊密柱型柱網(wǎng)（如圖1-47c）。圖1-47高層建筑平面的柱網(wǎng)布置(a)方形柱網(wǎng)；(b)矩形柱網(wǎng)；(c)周邊密柱型柱網(wǎng)（2）柱網(wǎng)尺寸柱網(wǎng)尺寸一般是根據(jù)荷載大小、鋼梁經(jīng)濟(jì)跨度及結(jié)構(gòu)受力特點等因數(shù)確定。

1）框架梁，一般采用工字形截面；受力很大時，采用箱形截面。大跨度梁及抽柱樓層的轉(zhuǎn)換層梁，可采用桁架式鋼梁。

2）就工字形梁而言，主梁的經(jīng)濟(jì)跨度為2—12m；次梁的經(jīng)濟(jì)跨度為8—15m。

3）對于建筑外圈的鋼框筒，為了不使剪力滯后效應(yīng)過大而影響框筒空間工作性能的充分發(fā)揮，柱距多為3—4.5m。（3）鋼柱截面形式高層建筑需要承擔(dān)風(fēng)荷載、地震作用產(chǎn)生的側(cè)力，框架住在承受豎向重力荷載的同時，還要承受單項或雙向彎矩。因此，確定鋼柱的截面形式時，應(yīng)根據(jù)它是作為承受側(cè)力的主框架住，還是僅承受重力荷載的次框架柱而定。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)鋼柱常用的截面形式有：H形截面、方管截面、圓管截面和十字形截面，如圖1-48所示。圖1-48鋼柱的常用截面形式(a)H形截面；(b)方管截面；(c)圓管截面；(d)輕型十字形截面；(e)重型十字形截面

H形截面又分軋制寬翼緣H型鋼和焊接H型鋼兩種，軋制寬翼緣H型鋼是高層建筑鋼框架柱最常用的截面形式。方（矩）管截面也有軋制方（矩）形鋼管和焊接方（矩）形鋼管兩種截面，在工程中，常用焊接方（矩）形鋼管。圓管截面同樣可分軋制圓形鋼管和焊接圓形鋼管兩種截面，在工程中，常用鋼板卷制焊接而成的焊接圓形鋼管。十字形截面都是焊接組合而成，圖1-48d多用于僅承受較小重力荷載的次框架中的軸向受壓柱，特別適用于隔墻交叉點出的柱（與隔墻連接方便，而且不外露）；圖1-48e多用于型鋼混凝土結(jié)構(gòu)柱，以及由底部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向上部鋼柱轉(zhuǎn)換時的過渡層柱。（1）避開地震動卓越周期應(yīng)綜合考慮場地周期與建筑物周期的關(guān)系,使建筑周期與地震動卓越周期錯開較大距離。（2）加大結(jié)構(gòu)阻尼由于結(jié)構(gòu)阻尼可以削減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的峰值，所以，從削減地震反應(yīng)這一角度出發(fā)，應(yīng)設(shè)法加大高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比。常采用下列方法：

1）增設(shè)粘彈性阻尼器等附加阻尼裝置；

2）在鋼框架或鋼框筒中嵌入鋼筋混凝土墻板，鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的彈性阻尼比分別為2%和5%；

3)在框架-支撐體系中可采用連接節(jié)點摩擦耗能或構(gòu)件非彈性性能的特殊連接裝置；

4）在巨型結(jié)構(gòu)體系中，可采用懸掛次體系等特殊處理方式。（3）提高結(jié)構(gòu)延性選用延性比較大的材料，可以減小作用于結(jié)構(gòu)上的等效地震力。（4）采用有效的隔震方法傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，是利用結(jié)構(gòu)的強度和變形能力來抵御所受到的地震力和耗散地震能力，這是直接對抗地震的被動防震方法。近期得到較快發(fā)展的結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計，是利用隔震裝置來控制和阻隔地震對結(jié)構(gòu)的作用，從而大幅度地減小結(jié)構(gòu)所受到的地震力，并使地震力大致定量在某一水平上。隔震設(shè)計避開了地震對結(jié)構(gòu)的直接沖擊，是一種以柔克剛的主動防震方法。1.3.7削減結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的措施1.3.8樓蓋結(jié)構(gòu)的選型與布置

1.3.8.1鋼-混凝土組合樓蓋的類型及其組成在高層鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑中，常采用鋼-混凝土組合樓蓋。該樓蓋按樓板型式可分為如下四種類型：（1）現(xiàn)澆鋼筋混凝土板組合樓蓋這類組合樓蓋是在鋼梁上現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板而形成。在高層鋼結(jié)構(gòu)工程中，現(xiàn)已很少采用該類組合樓蓋。（2）預(yù)制鋼筋混凝土板組合樓蓋該組合樓蓋是將預(yù)制鋼筋混凝土樓板，支承于已焊有栓釘連接件的鋼梁上，然后用細(xì)石混凝土澆灌槽口（在有栓釘處混凝土板邊緣所留）和板縫而形成。由于該類組合樓蓋整體剛度較差，因此，在高層鋼結(jié)構(gòu)中不宜采用。（3）預(yù)應(yīng)力疊合板組合樓蓋這種組合樓蓋是先將預(yù)制的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土薄板（厚度不小于40mm）鋪在鋼梁上，然后在其上現(xiàn)澆混凝土覆蓋層（此時的預(yù)制混凝土板作為模板使用），待覆蓋層混凝土凝固后與預(yù)制的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板及鋼梁共同形成組合樓蓋。當(dāng)能保證樓板與鋼梁有可靠連接時，方可考慮該類組合樓蓋用于高層鋼結(jié)構(gòu)之中。（4）壓型鋼板-混凝土板組合樓蓋該類組合樓蓋是利用成型的壓型鋼板鋪設(shè)在鋼梁上，通過抗剪連接件與鋼梁上翼緣焊牢，然后在壓型鋼板上現(xiàn)澆混凝土（或輕質(zhì)混凝土）構(gòu)成。

該組合樓蓋不僅具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能與合理的施工工序，而且綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，優(yōu)于其它組合樓蓋，是較理想的組合樓蓋體系。因此，該類組合樓蓋在高層鋼結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用最廣，是高層鋼結(jié)構(gòu)樓蓋的主要結(jié)構(gòu)形式。1.3.8.2鋼梁的布置（1）鋼梁布置原則

1）鋼梁應(yīng)成為結(jié)構(gòu)體系中各抗側(cè)力構(gòu)件的連接構(gòu)件，以便更充分地發(fā)揮結(jié)構(gòu)體系的整體空間作用。所以，每根鋼柱在縱、橫方向均應(yīng)有鋼梁與之可靠連接，以減小柱的計算長度，保證柱的側(cè)向穩(wěn)定。例如，在筒中筒體系中，內(nèi)框筒的每根鋼柱均應(yīng)有鋼梁與外框筒鋼柱相連接。

2）將較多的樓蓋自重直接傳遞至抵抗傾覆力矩而需較大豎向荷載作為平衡重的豎桿件。一般而言，主梁應(yīng)與豎桿件直接相連。主梁的布置，應(yīng)使結(jié)構(gòu)體系中的外柱承擔(dān)盡可能多的樓蓋重力荷載，在框筒體系中，框筒角柱出現(xiàn)高峰軸向拉應(yīng)力，需要利用較大的豎向荷載來平衡，所以，應(yīng)在樓層平面四角，沿對角線方向布置斜主梁，承托沿縱橫方向布置的次梁（圖1-49）。圖1-49筒中筒體系的樓面鋼梁

3）鋼梁的間距應(yīng)與所采用樓板類型的經(jīng)濟(jì)跨度相協(xié)調(diào)。在鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中應(yīng)用較多的壓型鋼板混凝土樓板，其經(jīng)濟(jì)跨