【文章內(nèi)容簡介】 較為方便，更主要的是使結(jié)構(gòu)傳力特性、結(jié)構(gòu)延性和結(jié)構(gòu)剛度方面起到具有連續(xù)性及緩變的作用。作為與地下室或裙房結(jié)構(gòu)的連接層。工程中層數(shù)不多的地下室或裙房結(jié)構(gòu)常采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)其與高層部分的結(jié)構(gòu)相連而不設(shè)縫時(shí)，如高層部分在地下室或裙房結(jié)構(gòu)高度范圍內(nèi)采用鋼鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，則兩者之間的連接是較為方便的。提高下部幾層的側(cè)向剛度。高層建筑的下部幾層，由于建筑設(shè)計(jì)要設(shè)置門廳、中廳和其他公共的建筑用房，由此導(dǎo)致上下層側(cè)向剛度突變，層間位移也有較多的增大，但如在這些部位采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，則對此將有所改善。提高下部幾層的防火能力。一般高層建筑的下部幾層為公共的建筑用房，地下室又為機(jī)電設(shè)備和車庫等用房，如采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)，則可更好的適應(yīng)這類用房的防火要求。用作鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)的外框架柱或外筒結(jié)構(gòu)的柱子。主要優(yōu)點(diǎn)。，防火、防腐能力高于鋼結(jié)構(gòu)。鋼骨混凝土柱可發(fā)揮混凝土的受壓強(qiáng)度，截面小于鋼筋混凝土柱，用鋼量小于鋼柱，相應(yīng)的可降低造價(jià)。鋼骨混凝土有很好的防火能力，可避免采用昂貴的防火涂料。鋼骨混凝土柱比鋼柱便于建筑裝修。，剛度大于鋼結(jié)構(gòu)。鋼骨混凝土與鋼筋混凝土的阻尼比基本相等，但延性有一定程度的提高，滯回曲線豐滿些。由于鋼骨混凝土柱截面大于鋼柱，相應(yīng)的剛度也大。存在的主要問題已建的高層建筑中，在標(biāo)準(zhǔn)層部位采用鋼管混凝土柱及剪力墻時(shí)，很少采用鋼骨混凝土框架梁及次梁。其原因有三：一是梁柱連接構(gòu)造復(fù)雜；二是未能減小梁的截面高度，從而不能增加建筑樓層的有效凈高；三是影響施工速度。采用鋼管混凝土框架梁時(shí)，該梁的上下層縱向鋼筋要穿越十字形鋼骨柱在兩個方向上的腹板，梁柱節(jié)點(diǎn)處柱箍筋要穿越柱側(cè)24根鋼骨梁的腹板，構(gòu)造很復(fù)雜。尤其是框架梁柱非正交連接時(shí)，不僅十字形鋼骨柱為一異形截面，而且在柱腹板上要留斜向穿筋孔，施工相當(dāng)困難。主次梁連接時(shí)，次梁下筋要與主梁的連接板焊接。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)之所以能快速施工，原因之一在于采用無需支模的壓型鋼板上澆筑混凝土樓板的方法。但是，當(dāng)采用鋼骨混凝土梁時(shí)，就難以采用壓型鋼板的做法，需要對梁自身和混凝土樓板支模施工，而且梁柱節(jié)點(diǎn)處要穿筋，從而減慢了施工速度，甚至與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工速度相近。四、高層建筑鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)主要優(yōu)點(diǎn)鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)由于采用鋼筋混凝土剪力墻或核芯筒作為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，其側(cè)向剛度大于一般鋼結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的水平位移也小，這在一些工程實(shí)例中已得到證實(shí)。如上所述，根據(jù)我國國情，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的直接造價(jià)低于鋼結(jié)構(gòu)。鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)鋼材用量小于鋼結(jié)構(gòu)，又可節(jié)省部分防火涂料費(fèi)用，因此，鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)的造價(jià)基本介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間。鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)，是常將混凝土核芯筒安排先行施工，隨后將筒體施工進(jìn)度也安排快于周邊鋼結(jié)構(gòu)的安裝，同時(shí)在鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)中的梁、柱采用鋼結(jié)構(gòu)，樓板結(jié)構(gòu)采用在壓型鋼板上澆筑混凝土。因此，鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)的施工速度可快于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，施工周期也可縮短些。由于采用鋼柱，相應(yīng)的柱截面小于鋼筋混凝土柱，也由于鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)中鋼柱承擔(dān)較小的水平剪力，其截面甚至可小于鋼結(jié)構(gòu)中的柱子，故與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較，可減小柱子所占用的建筑面積，便于使用。近年來，國內(nèi)部分鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)工程中已采用鋼管混凝土柱，如深圳的地王大廈和賽格廣場大廈，分別采用矩形截面及圓形截面的鋼管混凝土柱。由于采用了這種柱，即提高了柱的承載力，又提高了柱的抗推剛度和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，也有利于提高柱的防火能力。賽格廣場大廈采用圓形截面鋼管混凝土柱后，避免了柱需要采用厚鋼板，圓鋼管最大壁厚為30mm。此外，該工程的四角為非正交的斜交柱網(wǎng)，相應(yīng)地可簡化框架中梁柱連接構(gòu)造，避免箱形截面與非正交梁連接構(gòu)造的復(fù)雜性。存在的主要問題鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)中現(xiàn)在采用的主要結(jié)構(gòu)體系為鋼框架混凝土內(nèi)筒體系，其中鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，鋼框架主要承擔(dān)重力荷載，也承擔(dān)較小的水平剪力。在水平地震作用下，由于鋼框架的抗推剛度遠(yuǎn)小于混凝土內(nèi)筒，鋼框架承擔(dān)的水平剪力除頂部幾層可為樓層剪力的15%～20%，中部及下部約為相應(yīng)樓層剪力的10%～15%。在往復(fù)地震動的持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)，墻體產(chǎn)生裂縫后，內(nèi)筒的抗推剛度大幅度降低，而鋼框架由于彈性極限變形角大于混凝土內(nèi)筒甚多，雖然此時(shí)水平地震作用小于彈性階段，但鋼框架仍有可能要承擔(dān)比彈性階段大得多的水平地震剪力和傾覆力矩。因此，為符合結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求，需要調(diào)整鋼框架部分所承擔(dān)的水平剪力，以提高鋼框架的承載力，并采取措施提高混凝土內(nèi)筒的延性。由于國外工程在地震區(qū)很少采用鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)，相應(yīng)就缺乏這方面的震害資料，國內(nèi)也無這方面的經(jīng)驗(yàn)。為使這類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善些，有必要做一些模型試驗(yàn)，并進(jìn)行彈塑性分析和結(jié)構(gòu)抗震性能的分析研究。鋼框架混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)筒體系中，混凝土內(nèi)筒的施工進(jìn)度常先于鋼框架。由于支模等原因，現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)墻體在水平方向和豎向的偏移差常大于施工規(guī)范的規(guī)定，而混凝土施工規(guī)范規(guī)定的誤差限值也已大于鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范規(guī)定甚多。當(dāng)鋼梁與混凝土采用預(yù)埋鋼板相連接時(shí)，這些鋼板埋件在平面和豎向標(biāo)高的位置，不僅受混凝土墻體偏移的影響，而且受預(yù)埋件移位的影響，其誤差值遠(yuǎn)大于鋼梁加工尺寸的允許范圍，常需采取難以另人滿意的彌補(bǔ)措施。因此，宜在設(shè)計(jì)上采用適應(yīng)性較好的連接方法。第二章 高層建筑的結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)體系是指結(jié)構(gòu)抵抗外部作用的構(gòu)件組成方式。由前所述，可知在高層建筑中，抵抗水平作用的豎向結(jié)構(gòu)體系（以下簡稱結(jié)構(gòu)體系）成為設(shè)計(jì)的主要矛盾。通過研究分析可知高層建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、抗側(cè)剛度、抗震性能、材料用量及造價(jià)高低與所用的結(jié)構(gòu)體系有著密切的關(guān)系。不同的結(jié)構(gòu)體系，在提供高層建筑的層數(shù)、總高度及空間大小等方面也不相同。所以研究水平作用與結(jié)構(gòu)體系的關(guān)系，選擇經(jīng)濟(jì)而有效的結(jié)構(gòu)體系便成為高層房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有戰(zhàn)略和決定性的地位。在高層房屋建筑不斷發(fā)展過程中，結(jié)構(gòu)體系也經(jīng)歷了一個演變和發(fā)展的過程。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系總是由若干抗側(cè)力結(jié)構(gòu)單體（簡稱結(jié)構(gòu)單體）組合而成的。目前常用的結(jié)構(gòu)單體主要有框架、支撐框架、剪力墻和筒體四種。當(dāng)然結(jié)構(gòu)單體在高層建筑的發(fā)展過程中，隨著結(jié)構(gòu)工程師和科研人員的不斷研究、探索、試驗(yàn)和運(yùn)用，也在不斷地改革和創(chuàng)新，出現(xiàn)一些新穎的形式。目前常用的結(jié)構(gòu)體系一般可以分為如下五類：框架結(jié)構(gòu)體系。它指所有結(jié)構(gòu)單體都是框架。有時(shí)也稱純框架結(jié)構(gòu)體系。剪力墻結(jié)構(gòu)體系。它包括所有結(jié)構(gòu)單體是采用各種剪力墻或壁式框架的結(jié)構(gòu)體系?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)體系。它指在整個結(jié)構(gòu)體系中，部分為框架單體和部分為剪力墻單體（或筒體）組合而成的結(jié)構(gòu)體系。筒體結(jié)構(gòu)體系。它包括單筒體系、筒中筒體系，組合筒體系（或稱多束筒，成束筒）等。其他結(jié)構(gòu)體系。除上述四類結(jié)構(gòu)體系以外的結(jié)構(gòu)體系。如板柱體系，懸掛結(jié)構(gòu)體系，巨型框架體系等。第一節(jié) 結(jié)構(gòu)單體框架—彎曲桿系框架是由橫梁和立柱組成，在多層和高層房屋中，它們形成多層多跨框架?？蚣芸梢允堑瓤绲幕虿坏瓤绲?，層高相等的或不完全相等的。有時(shí)因使用和建筑上的要求會在某些局部缺柱或缺梁。對不缺柱、梁的框架我們稱為規(guī)則框架。其他的稱為不規(guī)則框架。剪力墻—平面構(gòu)件剪力墻是一片巨大的鋼筋混凝土墻體。在高層建筑中，它的高度基本上與整個房屋相同，寬達(dá)十幾米或更大，高達(dá)幾十米甚至幾百米，相對而言，它的厚度則很薄，一般只有幾十厘米。剪力墻的橫截面（即水平截面）一般是狹長的矩形。有時(shí)將縱橫墻相連，則形成工字形、王字形，[形或T形等。按墻面開洞的多少、大小及排列情況，又可分為整體墻、小開口整體墻、雙肢墻、多肢墻、框支墻和開有不規(guī)則大洞口墻。它們的受力特點(diǎn)、計(jì)算模型及計(jì)算方法也各不相同。對整體墻，在垂直荷載作用下，剪力墻是一個受壓薄壁柱，在水平力作用下，它則是一個底部固定、頂端自由的豎向懸臂梁。剪力墻的承載能力大，且側(cè)移量小，其側(cè)移曲線一般呈彎曲型，即層間相對位移δi＜δi+1，與框架相比，其抗側(cè)剛度很大，一般稱其為剛性結(jié)構(gòu)。剪力墻在荷載作用下將承受軸力、彎矩和剪力，并將引起變形。由于剪力墻及其連梁的截面高度較大，所以其剪切變形的影響顯著，所以對它進(jìn)行內(nèi)力和位移分析時(shí)，應(yīng)考慮其軸向變形和剪切變形的影響。這里需要指出：作為薄壁柱和懸臂梁作用的剪力墻，各層樓蓋對它的橫向支撐是必不可少的，否則剪力墻將失穩(wěn)。剪力墻自重大，自振周期短，因而在地震作用下會產(chǎn)生較大的內(nèi)力。但由于其抗側(cè)剛度大，截面大的有效工作高度大，所以可以具有較大的承載力，產(chǎn)生的位側(cè)移量也小。國內(nèi)外震害調(diào)查資料表明剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力較強(qiáng)，有時(shí)也稱抗震墻。筒體—立體構(gòu)件筒體主要有兩種形式：一種為實(shí)腹筒。它是利用電梯間、設(shè)備管井等處，四周設(shè)置剪力墻圍成的筒體。另一種是空腹筒，也稱框筒。它是由密排柱（）和高跨比很大的窗裙梁組成的密柱深梁框架，圍成的多孔筒體。除此以外，少數(shù)桁架筒，即筒體四周是由桁架圍成。筒體結(jié)構(gòu)是一種空間受力體系。筒體可以看成固定于基礎(chǔ)上的箱形薄壁懸臂梁。在水平力作用下，不但平行于水平力作用方向的墻體或框架（稱腹板墻或腹板框架）起作用，而且垂直于水平力作用方向上的墻體或框架（稱翼緣墻或翼緣框架）也共同受力。所以它比單片剪力墻或框架具有更大的承載力和抗側(cè)剛度，同時(shí)還具有很好的抗扭剛度。但值得指出的是箱形薄壁梁與普通箱形梁的受力特點(diǎn)是不同的。在彎矩和剪力的共同作用下，普通箱形梁的截面變形仍保持平面。所以其截面的應(yīng)力為直線分布。而箱形薄壁梁的截面變形卻已不能保持平截面變形，其截面的應(yīng)力為曲線分布。這種應(yīng)力分布不再保持直線規(guī)律的現(xiàn)象稱為剪力滯后。剪力滯后現(xiàn)象愈嚴(yán)重，則參與受力的翼緣墻中部受壓區(qū)（或翼緣框架中部受壓的柱子）受力也越少，即空間受力特性就弱。所以剪力滯后對筒體受力是不利的。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量減少筒體的剪力滯后現(xiàn)象。影響筒體剪力滯后的因素很多，主要有筒體的截面形狀，矩形截面的長寬比，筒體的高寬比，筒體的柱距及梁柱剛度比等。第二節(jié) 鋼結(jié)構(gòu)的各類結(jié)構(gòu)體系一、非抗震設(shè)防和抗震設(shè)防烈度為6度至9度的高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)體系適用的最大高度應(yīng)符合下表的規(guī)定。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)適用的最大高度（m）結(jié)構(gòu)類型7度（）7度（）8度9度（）（）（）框架11090907050框架中心支撐220200180150120框架偏心支撐（延性墻板）240220200180160筒體（框筒、筒中筒、桁架筒、束筒）和巨型框架、屈曲約束支撐框架300280260240180注：房屋高度指室外地面到主要屋面板板頂?shù)母叨龋ú话ň植客怀鑫蓓敳糠郑?。超過表內(nèi)高度的房屋，應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證，采取有效的加強(qiáng)措施。二、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的高寬比不宜大于下表的規(guī)定。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)適用的最大高寬比烈度7度8度9度最大高寬比注：計(jì)算高寬比的高度從室外地面算起。房屋高寬比是指房屋總高度與房屋底部順風(fēng)（地震）向的寬度的比值。它的數(shù)值的大小直接影響大結(jié)構(gòu)的抗推剛度、風(fēng)振加速度和抗傾覆能力。如果房屋的高寬比值較大，結(jié)構(gòu)就柔，風(fēng)或地震作用下的側(cè)移就大，陣風(fēng)引起的振動加速度就大、結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力就低。所以，進(jìn)行高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震設(shè)計(jì)時(shí)，房屋的高寬比應(yīng)該得到控制。一、框架體系1．結(jié)構(gòu)特征（一）結(jié)構(gòu)體系的組成框架體系，是指沿房屋的縱向和橫向，均采用框架作為承重和抵抗側(cè)力的主要構(gòu)件，所形成的結(jié)構(gòu)體系。地震區(qū)的高樓采用框架體系時(shí)，縱、橫向框架梁與柱的連接，一般均采用剛性連接。某些情況下，為加大結(jié)構(gòu)的延性，或防止柱在連接焊縫處脆斷，也有采取半剛接連接構(gòu)造?？蚣艿臈U件類型少，構(gòu)造簡單，施工周期短，對于層數(shù)不太多的樓房，框架體系是一種應(yīng)用較多的結(jié)構(gòu)體系，需作抗震設(shè)防的樓房，采用框架結(jié)構(gòu)體系，房屋的最大高度不應(yīng)超過結(jié)構(gòu)最大適用高度要求。（二）變形性質(zhì)水平荷載下框架的側(cè)移△之中，由梁、柱軸向變形所引起的側(cè)移分量△b所占比例較小，由梁、柱彎曲和剪切變形所引起的側(cè)移分量△s所占比例較大。所以、高層框架仍屬于彎曲桿系。但是，就框架在水平荷載作用下總體變形所產(chǎn)生的側(cè)移曲線形狀而言，框架屬剪切型抗側(cè)力構(gòu)件。彎曲桿系不是很有效的抗側(cè)力構(gòu)件，當(dāng)房屋層數(shù)較多、水平荷載較大時(shí)，梁、柱截面尺寸將大到超出經(jīng)濟(jì)、合理范圍。因此，鋼框架體系一般僅適用于30層以下的高樓結(jié)構(gòu)。（三）節(jié)點(diǎn)域變形水平荷載作用下，框架因節(jié)點(diǎn)腹板較薄，節(jié)點(diǎn)域?qū)a(chǎn)生較大剪切變形，從而使框架側(cè)移增大。根據(jù)相關(guān)工程設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果對比，不考慮節(jié)點(diǎn)域變形，計(jì)算誤差達(dá)15%左右。（四）底部塑性變形集中建筑震害和分析結(jié)果指出：強(qiáng)烈地震作用下，高層建筑中的相對柔弱樓層，其層間側(cè)移將因在該樓層發(fā)生的塑性變形集中效應(yīng)而成倍增大。鋼框架自身的各樓層抗推剛度（側(cè)向剛度）大體上是均勻變化的，然而，相對于地下室或基礎(chǔ)的巨大抗推剛度，框架底層的剛度顯得很弱，從地下結(jié)構(gòu)到底層框架，形成一個剛度突變。位于地震區(qū)的采用鋼框架結(jié)構(gòu)體系的高樓，為緩解結(jié)構(gòu)底部的剛度突變，以緩解強(qiáng)烈地震時(shí)框架底層的塑性變形集中效應(yīng)，底層或底部兩層宜設(shè)計(jì)成型鋼混凝土結(jié)構(gòu)過渡層。2．受力狀態(tài)3．變形性質(zhì)二、框架支撐體系及框架內(nèi)筒體系一、結(jié)構(gòu)體系的組成為建造比鋼框架結(jié)構(gòu)更高的高層建筑，以及提高抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載能力和側(cè)向剛度，又為避免過多地加大梁柱截面及相應(yīng)的用鋼量，框架支撐體系及框架內(nèi)筒體系是很有效和經(jīng)濟(jì)的常用抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系。它的作用基本上類似鋼筋混凝土高層建筑中的框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架內(nèi)筒體系?？蚣苤误w系是由框架體系演變來的，即在框架體系中對部分框架柱之間設(shè)置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐框架；或在框排架體系中，即外圈為剛接框架，內(nèi)部位僅承擔(dān)豎向荷載的排架式結(jié)構(gòu)中對部分排架柱之間設(shè)置豎向支撐，形成若干榀帶豎向支撐的支撐排架。上述設(shè)置支撐框架或支撐排架的結(jié)構(gòu)，在水