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

第三部分:

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?！?】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?！?】周堅，高層建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)，機械工業(yè)出版社?！?】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?！?】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)?？梢姼邔咏ㄖ?，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西爾斯斯大廈廈上海金金貿(mào)大大廈美國約約翰漢漢考克克大廈廈美國世世貿(mào)中中心大大廈美國帝帝國大大廈深圳帝帝王大大廈香港中中國銀銀行大大廈香港匯匯豐銀銀行大大廈法蘭克克福商商業(yè)銀銀行中中心新新大樓樓中國超超高層層建筑筑▲上海海金茂茂大廈廈88層，421m（世界界第3）.▲香港中中環(huán)廣廣場78層，374m（世界界第6）.▲香港中中國銀銀行70層，369m（世界界第7）.▲臺灣高高雄銀銀行85層，348m（世界界第8）.▲深圳地地王大大廈81層，325m（世界界第11）.▲廣州中中天廣廣場80層，320m（世界界第12）.▲深圳賽賽格廣廣場65層，300m（世界界第20）.▲香港皇皇后大大道中中心69層，292m（世界界第23）.▲香港ChengKong中心64層，283m（世界界第30）.Ⅳ、《高層民民用建建筑鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)術(shù)規(guī)程程（JGJ99—98）》表1-2日本部部分超超高層層建筑筑構(gòu)想想建筑物名稱設(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高層建建筑鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)設(shè)計特特點（1）水平平荷載載成為為決定定因素素圖1-1荷載內(nèi)內(nèi)力與與側(cè)移移豎向荷荷載作作用下下的最最大軸軸力：：水平均均布荷荷載作作用下下的最最大彎彎矩：：水平倒倒三角角形分分布荷荷載作作用下下的最最大彎彎矩：：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)荷荷載作作用下下的5跨鋼框框架各各分項項用鋼鋼量隨隨房屋屋層數(shù)數(shù)而變變化的的示意意圖，，從中中可見見水平平荷載載的影影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大大于豎豎向荷荷載的的影響響，而而且隨隨著房房屋層層數(shù)的的增加加而急急劇增增加。。（2）結(jié)構(gòu)構(gòu)側(cè)移移可能能成為為控制制指標(biāo)標(biāo)由圖1-1所示的的計算算簡圖圖確定定的結(jié)結(jié)構(gòu)頂頂點側(cè)側(cè)移為為：水平均均布荷荷載作作用時時水平倒倒三角角形分分布荷荷載作作用時時從上式式可以以看出出，結(jié)結(jié)構(gòu)頂頂點側(cè)側(cè)移△與結(jié)構(gòu)構(gòu)總高高度H的四次次方成成正比比。這這說明明，隨隨著房房屋高高度的的增加加，水水平荷荷載下下結(jié)構(gòu)構(gòu)的側(cè)側(cè)向變變形速速率增增大。。因此此，與與較低低房屋屋相比比，結(jié)結(jié)構(gòu)側(cè)側(cè)移已已上升升為高高層建建筑結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計的的關(guān)鍵鍵因素素，可可能成成為結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計的的控制制指標(biāo)標(biāo)。圖1-1荷載內(nèi)內(nèi)力與與側(cè)移移（3）軸向向變形形不容容忽視視1）支座座產(chǎn)生生沉陷陷效應(yīng)應(yīng)圖1-3框架中中連續(xù)續(xù)梁的的彎矩矩分布布2）下料料長度度調(diào)整整框架中中柱的的軸壓壓應(yīng)力力往往往大于于邊柱柱的軸軸壓應(yīng)應(yīng)力，，中柱柱的軸軸向壓壓縮變變形大大于邊邊柱的的軸向向壓縮縮變形形。當(dāng)當(dāng)房屋屋很高高時，，這種種軸向向壓縮縮差異異將會會達(dá)到到較大大的數(shù)數(shù)值，，其后后果相相當(dāng)于于連續(xù)續(xù)梁的的中間間支座座產(chǎn)生生沉陷陷，從從而使使連續(xù)續(xù)梁中中間支支座處處的負(fù)負(fù)彎矩矩值減減小，，跨中中正彎彎矩值值和端端支座座負(fù)彎彎矩值值增大大(a)中柱軸軸向變變形小??；(b)中柱軸軸向變變形大大；考慮梁梁、柱柱節(jié)點點域剪剪切變變形后后，其其梁、、柱彎彎矩均均有所所增加加，側(cè)側(cè)向水水平位位移增增加顯顯著。。與不不考慮慮其剪剪切變變形的的情況況相比比，頂頂層絕絕對側(cè)側(cè)移量量增大大8.8%，若以以層間間側(cè)移移而論論，第第一層層增大大1.2%，第二二層增增大9.7%，頂層層則可可增大大達(dá)25.7%左右。?？梢娨?，在在進(jìn)行行高層層鋼框框架的的內(nèi)力力和側(cè)側(cè)移計計算時時，不不能忽忽視其其梁、、柱節(jié)節(jié)點域域的剪剪切變變形影影響。。（4）梁梁柱節(jié)節(jié)點域域的剪剪切變變形影影響不不能忽忽視1-4節(jié)點域域變形形對框框架側(cè)側(cè)移的的影響響(a)鋼框架架節(jié)點點域的的剪切切變形形；(b)框架側(cè)側(cè)移曲曲線；；(c)層間側(cè)側(cè)移曲曲線（5）結(jié)構(gòu)構(gòu)延性性是重重要設(shè)設(shè)計指指標(biāo)相對于于較低低樓房房而言言，高高層建建筑更更柔一一些，，在地地震作作用下下的變變形更更大一一些。。為了了使結(jié)結(jié)構(gòu)在在進(jìn)入入塑性性變形形階段段后仍仍具有有較強強的變變形能能力，，避免免倒塌塌，除除選用用延性性較好好的材材料外外，特特別需需要在在構(gòu)造造上采采取恰恰當(dāng)?shù)牡拇胧┦?，來來保證證結(jié)構(gòu)構(gòu)具有有足夠夠的延延性。。（6）盡量選用空間構(gòu)構(gòu)件為使高層建筑適應(yīng)應(yīng)各種使用情況的的不同要求，在實實際工作中，盡管管出現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)體體系，然而，組成成這些結(jié)構(gòu)體系的的構(gòu)件可歸納為線線形構(gòu)件、平面構(gòu)構(gòu)件和空間構(gòu)件3類基本形式，如圖圖1-5。1）線形構(gòu)件具有較大長細(xì)比的的細(xì)長構(gòu)件，稱為為線形構(gòu)件或線構(gòu)構(gòu)件。線構(gòu)件是組成框架架-支撐體系、框架-剪力墻體系的基本本構(gòu)件。2）平面構(gòu)件具有較大橫截面寬寬厚比的片狀構(gòu)件件，稱為平面構(gòu)件件或面構(gòu)件。面構(gòu)件是組成框架架-剪力墻體系、框架架-核心筒體系的基本本構(gòu)件。圖1-5抗側(cè)力構(gòu)件的基本本形式(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)件組成的具有有較大橫截面尺寸寸和較小壁厚的組組合構(gòu)件，稱為空空間構(gòu)件或立體構(gòu)構(gòu)件。空間構(gòu)件是框筒體體系、筒中筒體系系、束筒體系、支支撐框筒體系、大大型支撐筒體系及及巨型結(jié)構(gòu)體系中中的基本構(gòu)件。與線構(gòu)件和面構(gòu)件件相比，它具有較較大的抗扭剛度和和極大的抗推剛度度，在水平荷載下下的側(cè)移較小，因因而在高層或超高高層建筑中，宜盡盡量選用空間構(gòu)件件。（7）抗火設(shè)計必不可可少鋼材雖為非燃燒材材料，但它耐熱不不耐火，在火災(zāi)高高溫下，結(jié)構(gòu)鋼的的強度和剛度都將將迅速降低，而火火災(zāi)升溫又十分迅迅速，故無防火保保護(hù)措施的鋼構(gòu)件件在火災(zāi)中很容易易破壞。因此，高高層建筑鋼結(jié)構(gòu)必必須進(jìn)行恰當(dāng)?shù)目箍够鹪O(shè)計，以減少少或避免財產(chǎn)損失失和人員傷亡。（8）防銹處理必須到到位由于鋼材耐腐蝕性性差，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件件易生銹腐蝕，影影響結(jié)構(gòu)使用壽命命，所以高層建筑筑鋼結(jié)構(gòu)中的所有有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)應(yīng)進(jìn)行合理的防銹銹處理，以保證結(jié)結(jié)構(gòu)的長期使用。。（9）避雷系統(tǒng)完整可可靠高層建筑上遭受雷雷擊的機會比一般般建筑要多，一年年中的雷擊次數(shù)與與建筑物的高度有有關(guān)，建筑物越高高，受到的雷擊次次數(shù)越多。在雷擊擊放電時便有可能能引起火災(zāi)或產(chǎn)生生其它電擊、機械械性的事故。因此此，為了保證高層層建筑的防雷安全全，高層建筑要設(shè)設(shè)置可靠的避雷系系統(tǒng)。（10）結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)成成為關(guān)鍵因素低層房屋一般采用用簡單方法計及結(jié)結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)對荷荷載的影響后，設(shè)設(shè)計主要按靜力問問題處理；而由于風(fēng)和地震作作用的隨機性和復(fù)復(fù)雜性，高層建筑筑風(fēng)振和地震響應(yīng)應(yīng)分析,高層建筑風(fēng)振、地地震動響應(yīng)是由結(jié)結(jié)構(gòu)特征、環(huán)境作作用等諸因素綜合合影響決定的，是是結(jié)構(gòu)整體性能的的體現(xiàn)，同時也表表明，要獲得滿意意的結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)應(yīng)特征，必須綜合合考慮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，，因此高層建筑動動力響應(yīng)成為設(shè)計計考慮的關(guān)鍵因素素。（11）減輕結(jié)構(gòu)自重具具有重要意義高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計要求盡可能采用用輕質(zhì)、高強且性性能良好的材料，，一方面減小重力力荷載，進(jìn)一步減減小基礎(chǔ)壓力和造造價；另一方面因因結(jié)構(gòu)所受動力荷荷載大小直接與質(zhì)質(zhì)量有關(guān)，減小質(zhì)質(zhì)量有助于減小結(jié)結(jié)構(gòu)動力荷載。（12）結(jié)構(gòu)體系合理與與否取決于能否有有效提供抗側(cè)能力力在滿足建筑造型和和空間設(shè)計的前提提下，結(jié)構(gòu)體系和和結(jié)構(gòu)方案主要由由如何有效形成抗抗側(cè)力體系確定。。結(jié)構(gòu)體系的經(jīng)濟(jì)濟(jì)性也主要取決于于抗側(cè)力體系的有有效性。正因為如如此，合理確定抗抗側(cè)力結(jié)構(gòu)成為高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計計成敗的關(guān)鍵。高層建筑隨高度不不同而結(jié)構(gòu)體系有有較大變化。圖1-6為常用結(jié)構(gòu)體系適適用最多層數(shù)示意意圖。圖1-6鋼結(jié)構(gòu)高層建筑結(jié)結(jié)構(gòu)體系1.1.3高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的的發(fā)展趨勢隨著城市建設(shè)和社社會發(fā)展，高層建建筑必將會高速發(fā)發(fā)展。在確保高層層建筑具有足夠可可靠度的前提下，，為了進(jìn)一步節(jié)約約材料和降低造價價，結(jié)構(gòu)構(gòu)件和材材料正在不斷更新新，設(shè)計概念也在在不斷發(fā)展。高層層建筑鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)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)銀行行新大樓結(jié)構(gòu)平面面1-10香港中國銀行大樓樓的結(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）巨型框架體系單單元體；（b）懸掛樓蓋系統(tǒng)圖1-12日本“空中城市大大廈-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。在安裝了人工智智能化動力反應(yīng)控控制系統(tǒng)后，其結(jié)結(jié)構(gòu)在地震作用下下的側(cè)移削減40%左右。（8）結(jié)構(gòu)分析設(shè)計高高度集成化近年來，隨著計算算機技術(shù)的飛速發(fā)發(fā)展和結(jié)構(gòu)分析理理論的不斷深入，，為研究和發(fā)展能能夠集穩(wěn)定理論與與塑性理論之大成成的高等分析設(shè)計方法法（AdvancedAnalysisDesignMethod）,提供了現(xiàn)實條件和和理論基礎(chǔ)。該法法主張在充分考慮慮影響結(jié)構(gòu)性能的的各種因素，特別別是非線性因素情情況下，能夠準(zhǔn)確確分析剛性或半剛剛性連接結(jié)構(gòu)中各各構(gòu)件塑性漸變的的全過程，能夠準(zhǔn)準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)構(gòu)及其其組件的破壞模式式與極限荷載，徹徹底免除冗長繁瑣瑣的構(gòu)件驗算過程程，使結(jié)構(gòu)可靠度度更為統(tǒng)一。因此此，代表最新技術(shù)術(shù)的高等分析將成成為二十一世紀(jì)結(jié)結(jié)構(gòu)工程師的基本本設(shè)計工具，基于于可靠性的結(jié)構(gòu)集成設(shè)計（Reliability-basedIntegratedDesign,RID）方法將是高層鋼鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方法發(fā)發(fā)展的必然趨勢。。（7）動力反應(yīng)智能化化（6）材料高強輕型化化根據(jù)主要結(jié)構(gòu)所用用材料或不同材料料的組合可將高層層建筑結(jié)構(gòu)分為：：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)、純鋼結(jié)構(gòu)、鋼鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)四四種結(jié)構(gòu)類型。后后三種結(jié)構(gòu)類型可可歸屬于高層建筑筑鋼結(jié)構(gòu)范圍，統(tǒng)統(tǒng)稱高層建筑鋼結(jié)結(jié)構(gòu)。其主要特征征為：（1）純鋼結(jié)構(gòu)這種結(jié)構(gòu)類型的梁梁、柱及支撐（含含等效支撐，如鋼鋼板剪力墻、嵌入入式內(nèi)藏鋼板支撐撐剪力墻和帶豎縫縫的混凝土剪力墻墻）等主要構(gòu)件均均采用鋼材。該類類型主要用于純框架體系或框架架-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)類型的梁梁、柱構(gòu)件采用鋼鋼材，而主要抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件采用鋼筋筋混凝土內(nèi)筒或鋼鋼筋混凝土剪力墻墻。該類型主要用用于框架-內(nèi)筒體系或框架-剪力墻體系。1.2.1高層建筑筑結(jié)構(gòu)類型與特征征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)類型包括括鋼骨（型鋼）混混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管管混凝土結(jié)構(gòu)。該該類結(jié)構(gòu)的柱和主主要抗側(cè)力構(gòu)件（（筒體、剪力墻等等豎向構(gòu)件）常采采用鋼骨混凝土或或鋼管混凝土，而而梁等橫向構(gòu)件仍仍采用鋼材。如深深圳帝王大廈、賽賽格廣場等工程。。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的的主要優(yōu)點是材料料強度高、結(jié)構(gòu)自自重輕，有良好的的延性，抗震性能能好，能滿足建筑筑上大跨度、大空空間以及多用途的的各種要求，同時時施工速度快。即即使在高強混凝土土等新型建筑材料料已出現(xiàn)的今天，，鋼結(jié)構(gòu)仍不失為為高層、超高層建建筑，特別是地震震區(qū)高層建筑的一一種經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)結(jié)構(gòu)類型。隨著經(jīng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)術(shù)的進(jìn)步，高層鋼鋼結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點點將日益顯現(xiàn)，必必將得以大發(fā)展。。1.2.2高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體體系與特性根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的的力學(xué)模型及其受受力特性，可將常常見的高層建筑鋼鋼結(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)構(gòu)體系、筒體結(jié)構(gòu)構(gòu)體系和巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)體系?？蚣荏w系由于結(jié)構(gòu)自身力學(xué)學(xué)特性的局限，對對于３０層以上的的樓房經(jīng)濟(jì)性欠佳佳。雙重抗側(cè)力體系是在框架體系中增增設(shè)支撐或剪力墻墻或核心筒等抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件，其水平平荷載主要由抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)，可可用于30層以上的樓房。當(dāng)當(dāng)房屋層數(shù)更多時時，由于支撐等抗抗側(cè)力構(gòu)件的高寬寬比值超過一定限限度，水平荷載傾傾覆力矩引起的支支撐等抗側(cè)力構(gòu)件件柱的軸壓應(yīng)力很很大，結(jié)構(gòu)側(cè)移也也較大，宜采用加加勁框架-支撐體系，利用外外柱來提高結(jié)構(gòu)體體系的抗傾覆能力力。隨著房屋高度度的增大，水平荷荷載引起的傾覆力力矩，按照房屋高高度二次方的關(guān)系系急劇增大。因此此當(dāng)房屋層數(shù)很多多時，傾覆力矩很很大，此時宜采用用以立體構(gòu)件為主主的結(jié)構(gòu)體系，即即筒體體系或巨型結(jié)結(jié)構(gòu)體系。這種結(jié)構(gòu)體系能能夠較好滿足很高高樓房抗傾覆能力力的要求。1.2.2.1框架結(jié)構(gòu)體系（1）體系特征框架體系是：指沿沿房屋的縱向和橫橫向均采用鋼框架架作為主要承重構(gòu)構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件件所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體體系。其鋼框架是是由水平桿件（鋼鋼梁）和豎向桿件件（鋼柱）正交連連接形成。地震區(qū)區(qū)的高樓采用框架架體系時，框架的的縱、橫梁與柱的的連接一般采用剛剛性連接。在某些些情況下，為加大大結(jié)構(gòu)的延性，或或防止梁與柱連接接焊縫的脆斷，也也可采用半剛性連連接。常用于層層數(shù)不超超過30層的高層層建筑。。圖1-13框架的平平面布置置（2）受力力特性圖1-14水平荷載載下高樓樓結(jié)構(gòu)中中柱的受受力狀態(tài)態(tài)(a)鉸接框架架；(b)剛接框架架高層建筑筑的框架架結(jié)構(gòu)，，在豎向向荷載作作用下，，僅框架架柱的軸軸向壓力力自上而而下逐層層增加（（框架梁梁、柱的的彎矩和和剪力自自上而下下基本無無變化））；在水水平荷載載作用下下，框架架梁、柱柱的彎矩矩、剪力力和軸力力自上而而下均逐逐層增加加，上小小下大，，而且第第二層邊邊跨的框框架梁梁梁端內(nèi)力力常為最最大。鋼框架結(jié)結(jié)構(gòu)除了了具有一一般框架架結(jié)構(gòu)的的性能以以外，還還存在著著一種不不可忽視視的效應(yīng)應(yīng)，即框框架的二二階效應(yīng)應(yīng)。圖1-15框架的幾幾何非線線性效應(yīng)應(yīng)圖（3）變形特特點框架在側(cè)側(cè)力作用用下所產(chǎn)產(chǎn)生側(cè)向向位移Δ（圖1-16a）由兩部部分組成成：傾覆覆力矩使使框架發(fā)發(fā)生整體體彎曲所所產(chǎn)生的的側(cè)移（（圖1-16b）和各層層水平剪剪力使該該層柱、、梁彎曲曲（框架架整體剪剪切）所所產(chǎn)生的的側(cè)移（（圖1-16c）。框架整體體側(cè)移曲曲線呈剪切型，層間側(cè)側(cè)移呈下下大上小小狀。最最大的層層間側(cè)移移常位于于底層或或下部幾幾層。圖1-16水平荷載載下框架架的側(cè)移移及其組組成(a)總變形；；(b)整體彎曲曲變形；；(c)整體剪切切變形在水平荷荷載作用用下，框框架節(jié)點點因腹板板較薄，，節(jié)點域域?qū)a(chǎn)生生較大的的剪切變變形（圖圖1-17），從而而使框架架側(cè)移增增大10%至20%（“高鋼鋼規(guī)程””規(guī)定，，應(yīng)計入入其影響響）；對對內(nèi)力的的影響在在10%以內(nèi)（可可不計其其影響））。圖1-17節(jié)點域變變形對框框架側(cè)移移的影響響(a)鋼框架節(jié)節(jié)點域的的剪切變變形；(b)框架側(cè)移移曲線；；(c)層間側(cè)移移曲線1.2.2.2雙重抗側(cè)側(cè)力結(jié)構(gòu)構(gòu)體系當(dāng)房屋高高度較大大時，可可以參照照單層工工業(yè)廠房房設(shè)柱間間支掌的的做法，，在框架架的縱、、橫方向向設(shè)置支支撐或剪剪力墻等等抗側(cè)力力構(gòu)件，，這樣就就形成了了框架和和支撐或或剪力墻墻共同抵抵抗側(cè)向向力的作作用，故故稱之為為雙重抗抗側(cè)力體體系。該體系又又可分為為三類：：鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻（現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝凝土剪力力墻、現(xiàn)現(xiàn)澆型鋼鋼混凝土土剪力墻墻、嵌入入式鋼板板剪力墻墻、嵌入入式內(nèi)藏藏鋼板支支撐的預(yù)預(yù)制鋼筋筋混凝土土剪力墻墻和預(yù)制制的帶豎豎縫鋼筋筋混凝土土剪力墻墻）結(jié)構(gòu)構(gòu)體系和和鋼框架-核心筒（鋼筋混混凝土核核心筒或或鋼骨混混凝土核核心筒或或鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)支撐心心筒）結(jié)結(jié)構(gòu)體系系。在鋼框架架-支撐心筒筒體系中中，若設(shè)設(shè)置連接接支撐心心筒與外外框架的的剛性伸伸臂，則則稱之為為加勁框框架-支撐心筒筒體系，，簡稱加加勁框架架-支撐體系系或支撐撐心筒-剛臂體系系。1.2.2.2.1鋼框架-支撐體系系（1）體系特特征在框架體體系中，，沿結(jié)構(gòu)構(gòu)的縱、、橫兩個個方向或或其他主主軸方向向，根據(jù)據(jù)側(cè)力的的大小，，布置一一定數(shù)量量的豎向向支撐，，所形成成的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系稱稱之為框框架-支撐體系系，簡稱稱為框-撐體系（（如圖1-18）?？蚣荏w系系一般用用于40層以下的的樓房較較為經(jīng)濟(jì)濟(jì)?？癸L(fēng)及抗抗震設(shè)防防烈度為為7度以下時時，可采采用中心心支撐；；抗震設(shè)設(shè)防烈度度為8度及以上上時，宜宜采用偏偏心支撐撐。圖1-18高層鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的框框架-支撐體系系(a)結(jié)構(gòu)平面面；(b)結(jié)構(gòu)剖面面（2）變形特特點在框-撐體系中中，在水水平荷載載作用下下，框架架屬剪切切型構(gòu)件件，底部部層間位位移大，，支撐近近似于彎彎曲型豎豎構(gòu)件，，底部層層間位移移小，兩兩者并聯(lián)聯(lián)，其側(cè)側(cè)移曲線線屬彎剪型，呈反S狀。可以以明顯減減小建筑筑物下部部的層間間位移和和頂部的的側(cè)移，，如圖1-19。圖1-19水平荷載載作用下下框-撐體系的的變形特特點(a)框架-支撐并聯(lián)聯(lián)模型；；(b)側(cè)移曲線線（3）受力特特性在水平荷荷載作用用下，在在結(jié)構(gòu)的的底部，，單獨支支撐層間間位移小?。▓D1-20a），單獨獨框架層層間位移移大（圖圖1-20b）；在結(jié)結(jié)構(gòu)的上上部，正正好相反反。兩者者并聯(lián)，，其側(cè)移移應(yīng)協(xié)調(diào)調(diào)一致，，因此，，在支撐撐與框架架之間產(chǎn)產(chǎn)生相互互作用力力，在結(jié)結(jié)構(gòu)的上上部為推推力，在在結(jié)構(gòu)的的下部為為拉力（（圖1-20c）。圖1-20框-撐體系的的受力特特性(a)單獨支撐撐側(cè)向變變形；(b)單獨框架架側(cè)向變變形；(c)框-撐并聯(lián)體體的相互互作用力力1.2.2.2.2鋼框架-剪力墻體體系（1）體系特特征鋼框架-剪力墻體體系是在在鋼框架架的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，沿沿結(jié)構(gòu)的的縱、橫橫兩個方方向或其其他主軸軸方向，，根據(jù)側(cè)側(cè)力的大大小，配配置一定定數(shù)量的的剪力墻墻而形成成。鋼框架-剪力墻體體系的受受力特性性和變形形特點與與鋼框架架-支撐體系系相似。。剪力墻可可分為現(xiàn)現(xiàn)澆和預(yù)預(yù)制兩大大類。預(yù)預(yù)制剪力力墻板通通常嵌入入鋼框架架框格內(nèi)內(nèi)，因此此常被稱稱為嵌入入式墻板板。（2）鋼框架架-嵌入式剪剪力墻板板體系1）體系的的組成鋼框架-嵌入式墻墻板體系系是以鋼鋼框架為為基礎(chǔ)，，根據(jù)側(cè)側(cè)力的大大小，在在結(jié)構(gòu)的的縱、橫橫兩個方方向或其其他主軸軸方向的的鋼框架架梁、柱柱形成的的框格內(nèi)內(nèi)嵌入一一定數(shù)量量的預(yù)制制墻板而而組成的的體系，，如圖1-21。此類類結(jié)構(gòu)構(gòu)體系系適用用于抗抗震設(shè)設(shè)防烈烈度為為8度或9度、總總層數(shù)數(shù)超過過12層的鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)建筑筑。預(yù)制墻墻板有有以下下幾種種類型型：帶帶縱、、橫肋肋的鋼鋼板；；內(nèi)藏藏鋼板板支撐撐的鋼鋼筋混混凝土土墻板板；帶帶豎縫縫的鋼鋼筋混混凝土土墻板板；帶帶水平平縫的的鋼筋筋混凝凝土墻墻板。。為使墻墻板承承受水水平剪剪力而而不承承擔(dān)豎豎向荷荷載，，墻板板四周周于鋼鋼框架架梁、、柱之之間應(yīng)應(yīng)留縫縫隙，，僅有有數(shù)處處與鋼鋼框架架梁、、柱連連接。。1-21鋼框架架-嵌入式式墻板板體系系的結(jié)結(jié)構(gòu)布布置(a)典型層層結(jié)構(gòu)構(gòu)平面面；(b)帶豎縫縫的鋼鋼筋混混凝土土墻板板2）結(jié)構(gòu)構(gòu)受力力特性性整個建建筑的的豎向向荷載載全部部由鋼鋼框架架來承承擔(dān)；；水平平荷載載引起起的水水平剪剪力由由鋼框框架和和墻板板共同同承擔(dān)擔(dān)，并并按兩兩類構(gòu)構(gòu)件的的層間間抗推推剛度度（側(cè)側(cè)向剛剛度））比例例分配配（一一般情情況，，水平平剪力力主要要由墻墻板來來承擔(dān)擔(dān)）；；水平平荷載載引起起的傾傾覆力力矩，，由鋼鋼框架架和鋼鋼框架架-墻板所所形成成的組組合體體來承承擔(dān)。。鋼框架架-嵌入式式墻板板體系系的變變形特特點與與鋼框框架-支撐體體系相相似。。（3）鋼框框架-現(xiàn)澆剪剪力墻墻板體體系1）體系系的組組成鋼框架架-現(xiàn)澆剪剪力墻墻板體體系是是以鋼鋼框架架為基基礎(chǔ)，，在結(jié)結(jié)構(gòu)的的縱、、橫兩兩個方方向或或其他他主軸軸方向向的鋼鋼框架架之間間布置置一定定數(shù)量量的現(xiàn)現(xiàn)澆剪剪力墻墻板而而組成成的結(jié)結(jié)構(gòu)體體系。。工程中中，現(xiàn)現(xiàn)澆剪剪力墻墻板可可以是是鋼筋筋混凝凝土墻墻板或或型鋼鋼混凝凝土（（鋼骨骨混凝凝土））墻板板。鋼框架架-現(xiàn)澆剪剪力墻墻板體體系的的受力力與變變形與與鋼框框架-支撐體體系相相似，，側(cè)移移曲線線屬彎剪型型，呈反反S狀。1.2.2.2.3鋼框架架-核心筒筒體系系（1）體系系特征征鋼框架架-核心筒筒體系系是指指由外外側(cè)鋼鋼框架架與內(nèi)內(nèi)部芯芯筒所所組成成的混混合結(jié)結(jié)構(gòu)體體系。。內(nèi)部部芯筒筒可以以是鋼鋼筋混混凝土土芯筒筒或鋼鋼骨混混凝土土芯筒筒或鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)支撐撐芯筒筒。鋼框架架與核核心筒筒之間間通過過鋼梁梁連接接。鋼鋼梁與與鋼筋筋混凝凝土核核心筒筒常為為鉸接接連接接，與與鋼骨骨混凝凝土核核心筒筒及鋼鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)支撐撐核心心筒一一般宜宜采用用剛接接，也也可鉸鉸接；；鋼梁梁與鋼鋼框架架的連連接宜宜采用用剛接接，也也可鉸鉸接。。鋼框架架-現(xiàn)澆剪剪力墻墻板體體系的的受力力與變變形與與鋼框框架-支撐體體系相相似，，側(cè)移移曲線線屬彎剪型型，呈反反S狀。圖1-22鋼框架架-芯筒體體系的的構(gòu)成成1.2.2.2.4加勁的的鋼框框架-芯筒體體系（1）體系系特征征加勁的的鋼框框架-芯筒體體系，，是在在鋼框框架-芯筒體體系中中，增增設(shè)連連接芯芯筒與與外圍圍鋼框框架的的大型型桁架架（稱稱為加加勁伸伸臂桁桁架，，簡稱稱剛臂臂）以以及增增設(shè)連連接外外圍鋼鋼框架架的周周邊大大型桁桁架（（稱為為加勁勁周邊邊桁架架簡稱稱外圍圍桁架架）所所組成成的結(jié)結(jié)構(gòu)體體系（（如圖圖1-23）。圖1-23加勁的的鋼框框架-芯筒體體系的的構(gòu)成成這一體體系基基本上上可不不改變變鋼框框架-芯筒體體系的的結(jié)構(gòu)構(gòu)布置置，只只是通通過設(shè)設(shè)置剛剛臂和和外圍圍桁架架，使使外圍圍鋼框框架的的所有有柱均均參與與整體體抗彎彎作用用，從從而提提高了了整個個結(jié)構(gòu)構(gòu)的側(cè)側(cè)向剛剛度，，減少少了內(nèi)內(nèi)筒所所承擔(dān)擔(dān)的傾傾覆力力矩，，也減減小了了結(jié)構(gòu)構(gòu)的水水平側(cè)側(cè)移。。加勁伸伸臂桁桁架和和加勁勁周邊邊桁架架應(yīng)設(shè)設(shè)在同同一樓樓層，，該層層常被被稱為為水平加加強層層，常用用作設(shè)設(shè)備層層或避避難層層，其其設(shè)置置位置置及間間隔的的樓層層數(shù)量量，應(yīng)應(yīng)綜合合考慮慮設(shè)備備層或或避難難層的的設(shè)置置位置置以及及以減減小結(jié)結(jié)構(gòu)位位移和和內(nèi)力力為目目標(biāo)的的優(yōu)化化分析析結(jié)果果而定定。（2）受力力特性性在一般般的鋼鋼框架架-芯筒體體系（（無剛剛臂時時）中中，由由于連連接外外柱與與芯筒筒（支支撐））的鋼鋼梁跨跨度大大，截截面小小，抗抗彎剛剛度很很弱。。當(dāng)整整個體體系受受到水水平荷荷載作作用時時，外柱基基本上上不參參與整整體抗抗彎，芯筒筒幾乎乎承擔(dān)擔(dān)全部部的傾傾覆力力矩。。而在加加勁鋼鋼框架架-芯筒體體系中中，整整個體體系受受到水水平荷荷載作作用時時，由由于加加勁桁桁架的的豎向向抗彎彎及抗抗剪剛剛度均均很大大，芯芯筒（（支撐撐）受受彎時時，各各層水水平桿桿繞水水平軸軸作傾傾斜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，，加勁勁桁架架也隨隨水平平桿一一起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，，迫使外外柱參參與整整體抗抗彎。一側(cè)側(cè)外柱柱受壓，，一側(cè)側(cè)外柱柱受拉，形形成與與傾覆覆力矩矩方向向相反反的力力矩（（如同同剛臂臂處作作用一一反向向彎矩矩），，將抵抵消一一部分分由水水平荷荷載產(chǎn)產(chǎn)生的的傾覆覆力矩矩，從從而減減小了了芯筒筒（支支撐））所受受的傾傾覆力力矩，，如圖圖1-24。圖1-24加勁鋼鋼框架架-芯筒體體系的的受力力狀態(tài)態(tài)(a)無剛臂臂；(b)設(shè)帽剛剛臂；；(c)增設(shè)腰腰剛臂臂由于加加勁桁桁架的的強大大豎向向剛度度和外外柱的的較大大軸向向剛度度，不不僅使使整個個加勁勁鋼框框架-芯筒體體系頂頂面各各點發(fā)發(fā)生同同一轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角而而位于于同一一斜面面上，，而且且使柱柱頂面面轉(zhuǎn)角角減小小，使使該體體系整體彎彎曲所所產(chǎn)生生的側(cè)側(cè)移，，得以以較大大幅度度的減減小（減小小幅度度一般般為20%--30%），如如圖1-25。也使使該體體系可可用于于建造造比一一般的的鋼框框架-芯筒體體系（（無剛剛臂時時）更更大高高度的的高樓樓。（3）體系系變形形特點點圖1-25美國第第一威威斯康康星大大廈(a)典型層層結(jié)構(gòu)構(gòu)平面面；(b)結(jié)構(gòu)體體系的的側(cè)向向變形形；(c)兩種側(cè)側(cè)移曲曲線的的比較較1.2.2.3筒體結(jié)結(jié)構(gòu)體體系筒體結(jié)結(jié)構(gòu)體體系因因其抗抗側(cè)移移構(gòu)件件采用用了立立體構(gòu)構(gòu)件而而使結(jié)結(jié)構(gòu)具具有較較大的的抗側(cè)側(cè)移剛剛度，，有較較強的的抗側(cè)側(cè)力能能力，，能形形成較較大的的使用用空間間，在在超高高層建建筑中中運用用較為為廣泛泛。所所謂筒筒體結(jié)結(jié)構(gòu)體體系，，就是是由若若干片片縱橫橫交接接的“密柱深梁型型”框架或抗剪剪桁架所圍圍成的筒狀狀封閉結(jié)構(gòu)構(gòu)。每一層層的樓面結(jié)結(jié)構(gòu)又加強強了各片框框架或抗剪剪桁架之間間的相互連連接，形成成一個具有有很大空間間整體剛度度的空間筒筒狀封閉構(gòu)構(gòu)架。根據(jù)筒體的的組成、布布置、數(shù)量量的不同，，可將筒體體結(jié)構(gòu)分為為框架筒、、筒中筒、、框筒束等等結(jié)構(gòu)體系系。1.2.2.3.1框架筒體系系（1）體系特特征框筒體系是是由建筑平平面外圍的的框架筒體體和內(nèi)部承承重框架所所組成的結(jié)結(jié)構(gòu)體系(圖1-26)。外圍框架筒筒體的梁與與柱采用剛剛性連接，，以便形成成剛接框架架。內(nèi)部承承重框架的的梁與柱鉸鉸接即可，，僅承受重重力荷載。。由于內(nèi)部部承重框架架僅承受重重力荷載，，所以，其其柱網(wǎng)可以以按照建筑筑平面使用用功能要求求隨意布置置，不要求求規(guī)則、正正交，柱距距也可以加加大，從而而提供較大大的靈活使使用空間。。（2）受力及及變形特點點作用于樓房房的水平荷載所引起的水水平剪力和和傾覆力矩矩，全部由由外圍框筒承承擔(dān)（水平剪力力由平行于于側(cè)力方向向的各片腹腹板框架承承擔(dān)，傾覆覆力矩則由由平行于和和垂直于側(cè)側(cè)力方向的的各片腹板板框架和翼翼緣框架共共同承擔(dān)））；各樓層層的重力荷載，則是按受受荷面積比比例分配給給內(nèi)部承重重框架和外圍圍框筒。框架筒體系系由于存在在框架橫梁梁（窗裙梁梁）的豎向向彎剪變形形，使之產(chǎn)產(chǎn)生剪力滯后效效應(yīng)。圖1-26框架筒體系系的典型平平面剪力滯后效效應(yīng)使得房房屋的角柱柱要承受比比中柱更大大的軸力，，并且結(jié)構(gòu)構(gòu)的側(cè)向撓撓度將呈現(xiàn)現(xiàn)明顯的剪剪切型變形形。剪力滯后效效應(yīng)將削弱弱框筒作為為抗側(cè)力立立體構(gòu)件空空間效能。?？蛲步Y(jié)構(gòu)構(gòu)的剪力滯滯后效應(yīng)越越明顯，則則對筒體效效能的影響響越嚴(yán)重。。1.2.2.3.2筒中筒體系系（1）體系特征征筒中筒結(jié)構(gòu)構(gòu)體系是由由分別設(shè)置置于內(nèi)外的的兩個以上上筒體通過過有效的連連接組成一一個共同工工作的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系，如如圖1-27所示。圖1-27筒中筒結(jié)構(gòu)構(gòu)體系的典典型平面(a)二重筒體系系；(b)三重筒體系系由于筒中筒筒結(jié)構(gòu)體系系的內(nèi)外筒體共共同承受側(cè)側(cè)向力，所以結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗側(cè)移移剛度很大大，能承受受很大的側(cè)側(cè)向力。（2）受力特特性筒中筒體系系的內(nèi)筒，，平面尺寸寸比外筒小小，可顯著著減小剪力力滯后效應(yīng)應(yīng)，結(jié)構(gòu)側(cè)側(cè)移中剪切切變形與彎彎曲變形的的比例，內(nèi)內(nèi)框筒比外外框筒要小小，內(nèi)框筒筒更接近于于彎曲型抗抗側(cè)力構(gòu)件件；其外框框筒，平面面尺寸比內(nèi)內(nèi)筒大，剪剪力滯后效效應(yīng)嚴(yán)重，，結(jié)構(gòu)側(cè)移移中剪切變變形所占比比例較大，，因而外框框筒屬于彎彎剪型抗側(cè)側(cè)力構(gòu)件。。內(nèi)、外框框筒通過各各層樓蓋的的聯(lián)系，將將共同承擔(dān)擔(dān)作用于整整個結(jié)構(gòu)的的水平剪力力和傾覆力力矩。（3）變形特點點由于筒中筒筒體系的外框筒屬于于彎剪型抗抗側(cè)力構(gòu)件件，而內(nèi)框筒更接接近于彎曲曲型抗側(cè)力力構(gòu)件，內(nèi)、外框框筒通過各各層樓蓋協(xié)協(xié)同工作，，側(cè)移趨于于一致，其其側(cè)移曲線線形狀與雙雙重抗側(cè)力力體系相似似。由于筒筒中筒體系系的彎曲型型構(gòu)件與剪剪彎型構(gòu)件件側(cè)向變形形的相互協(xié)協(xié)調(diào)，對于于減小結(jié)構(gòu)構(gòu)頂點位移移和結(jié)構(gòu)下下半部的最最大層間側(cè)側(cè)移角都是是有利的。。1.2.2.3.3框筒束體系（1）體系特征框筒束體系是由兩兩個以上的框筒并并列組合在一起形形成的框筒束及其其內(nèi)部的承重框架架共同組成的結(jié)構(gòu)構(gòu)體系（圖1-28），或者以一個平平面尺寸較大的框框筒為基礎(chǔ)，然后后根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要要求，在其內(nèi)部縱縱向或橫向，或者者縱、橫兩個方向向，增設(shè)一榀以上上的腹板框架所構(gòu)構(gòu)成（圖1-29a）。增設(shè)的內(nèi)部腹腹板框架，可以是是密柱深梁型框架架或帶支撐（含等等效支撐，如嵌入入式墻板）的稀柱柱淺梁型框架。圖1-28框筒束結(jié)構(gòu)體系工工程實例(a)梯形平面框束筒；；(b)梭形平面框束筒；；(c)雙矩形平面框束筒筒（2）受力特點①①水平荷荷載下的框筒束，，水平剪力由平行行于剪力方向的各各榀內(nèi)、外腹板框框架承擔(dān)，傾覆力力矩則由平行于和和垂直于側(cè)力方向向的各榀腹板框架架和翼緣框架共同同承擔(dān)。②內(nèi)、外外翼緣框架中的各各柱,基本上僅承受軸向向力；內(nèi)、外腹板板框架中的各柱，，除軸向力外，還還承受沿框架所在在平面的水平剪力力及由此引起的彎彎矩。③框筒束各各框筒單元內(nèi)部的的框架柱，僅承擔(dān)擔(dān)其荷載從屬面積積范圍內(nèi)的豎向荷荷載。④框筒束各各柱的軸力分布，，比較接近于實腹腹筒的分布，其軸軸力與該柱到中和和軸的距離大致成成正比，這說明框框筒束的剪力滯后后效應(yīng)甚弱（圖1-29）。圖1-29美國希爾斯大廈的的束筒體系（a）結(jié)構(gòu)平面(b)風(fēng)載下框筒柱的軸軸力分布曲線1.2.2.4巨型結(jié)構(gòu)體系隨著城市建設(shè)的發(fā)發(fā)展，人們對建筑筑外形、建筑功能能、建筑空間和建建筑環(huán)境提出了更更多的要求。高樓樓平面正在向大尺尺寸發(fā)展，為了模模擬自然，改善內(nèi)內(nèi)部辦公條件，有有效地利用較大內(nèi)內(nèi)部空間，需要在在建筑內(nèi)部每隔若若干樓層設(shè)置一個個庭園。這樣的建建筑布置使以往的的結(jié)構(gòu)體系不再適適用，需要采用能能夠提供特大空間間的巨型結(jié)構(gòu)體系系。巨型結(jié)構(gòu)體系具有有良好的建筑適應(yīng)應(yīng)性和潛在的高效效結(jié)構(gòu)性能，正越越來越引起國際建建筑業(yè)的關(guān)注。巨巨型結(jié)構(gòu)在國外特特別是亞洲發(fā)達(dá)地地區(qū)，近些年來發(fā)發(fā)展迅速。這些巨巨型建筑物已成為為該國國家經(jīng)濟(jì)繁繁榮、科技進(jìn)步的的標(biāo)志。如日本NEC辦公大樓、日本東東京市政廳大廈、、日本神戶TC大廈、美國芝加哥哥的約翰?漢考克大廈、美國國依儂中心大廈、、休斯頓西南銀行行、新加坡IBM大廈、巴黎GrandApsiu高層綜合樓和德國國法蘭克福商業(yè)銀銀行中心新大樓等等。1.2.2.4.1巨型結(jié)構(gòu)的概念與與分類（1）概念巨型結(jié)構(gòu)的概念產(chǎn)產(chǎn)生于60年代末，由梁式轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)發(fā)展而而形成。巨型結(jié)構(gòu)構(gòu)體系又稱超級結(jié)結(jié)構(gòu)體系，它是由由不同于常規(guī)梁柱柱概念的大型構(gòu)件件——巨型梁和巨型柱所所組成的主結(jié)構(gòu)與與常規(guī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件組組成的次結(jié)構(gòu)共同同工作的一種高層層建筑結(jié)構(gòu)體系。。（2）分類巨型結(jié)構(gòu)從材料上上可分為巨型鋼結(jié)構(gòu)、巨型鋼骨鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)（SRC）、巨型鋼-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混混合以及巨型鋼筋筋混凝土結(jié)構(gòu)；按其主要受力和和組成，體系可分分為：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)的特點及及應(yīng)用巨型結(jié)構(gòu)具有一系系列不同于普通結(jié)結(jié)構(gòu)的特點：（1）結(jié)構(gòu)整體剛度大大。由矩形截面梁梁的截面剛度EI=E×bh3/12中可知，截面剛度度與截面高度的三三次方成正比。由由于巨型構(gòu)件截面面尺寸比常規(guī)構(gòu)件件大得多，因此其其剛度必然比普通通結(jié)構(gòu)剛度大很多多。（2）側(cè)向剛度大，且且沿高度分布均勻勻，傳力途徑明確確，是一種理想的的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系系。（3）體系靈活多樣，，有利于抗震。巨巨型結(jié)構(gòu)可以有各各種不同的變化和和組合，主結(jié)構(gòu)和和次結(jié)構(gòu)可以采用用不同的材料和體體系。巨型結(jié)構(gòu)是是一種大體系，可可以在不規(guī)則的建建筑中采取適當(dāng)?shù)牡慕Y(jié)構(gòu)單元組成規(guī)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)結(jié)構(gòu)只是傳力結(jié)構(gòu)構(gòu)，故次結(jié)構(gòu)的柱柱子不必連續(xù)，建建筑物中可以布置置大空間或空中臺臺地或大門洞。次次結(jié)構(gòu)中的柱子僅僅承受巨型梁間的的少數(shù)幾層荷載，，截面可以做得很很小，給房間布置置的靈活性創(chuàng)造了了有利條件。（5）施工進(jìn)度快。巨巨型結(jié)構(gòu)體系可先先施工其主結(jié)構(gòu)，，待主結(jié)構(gòu)完成后后分開各個工作面面同時施工次結(jié)構(gòu)構(gòu)，大大縮短了施施工周期。（6）具有更大的穩(wěn)定定性和更高的效能能，可節(jié)省材料，，降低造價，使建建筑物更加經(jīng)濟(jì)實實用。例如香港中中國銀行大樓采用用巨型桁架體系，，節(jié)省鋼材40%左右。（7）具有良好的建筑筑適應(yīng)性和潛在的的高效結(jié)構(gòu)性能。。能滿足綜合功能能或一些特殊功能能要求，能滿足建建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計有機結(jié)合的要要求，使其良好的的建筑適應(yīng)性和經(jīng)經(jīng)濟(jì)性均能得到充充分的體現(xiàn)。（8）可清楚地劃分為為主、次結(jié)構(gòu)，傳傳力途徑明確。1.2.2.4.3巨型框架體系（1）組成與布置巨型框架,可以說是把一般框框架按照一定比例例放大而成。與一一般框架的桿件為為實腹截面不同,巨型框架的梁和柱柱是格構(gòu)式立體構(gòu)構(gòu)件。（a）中段樓層結(jié)構(gòu)平平面（（b）底段樓層結(jié)構(gòu)平平面（c）結(jié)構(gòu)縱剖面圖1-30巨型框架體系的典典型布置（2）受力特點主結(jié)構(gòu)（巨型框架架）承擔(dān)全部作用于樓房的的水平荷載（產(chǎn)生水平剪力和和傾覆力矩）和豎向荷載；巨型梁間的次結(jié)構(gòu)（次框架）僅承受受巨型梁間的重力荷荷載，并將其傳給主結(jié)結(jié)構(gòu)（巨型框架））。（3）變形特點由于巨型框架具有有很大的抗側(cè)移剛剛度和抗傾覆能力力，加之，巨型梁梁具有很大的抗彎彎剛度和抗剪剛度度，使其側(cè)向位移移曲線在巨型梁處處，有如加勁的框框架-芯筒體系的側(cè)向位位移曲線類似的內(nèi)內(nèi)收現(xiàn)象（如1-31圖），因此，其側(cè)側(cè)向位移較常規(guī)體體系大為減小。該體系的側(cè)移曲線線，在巨型梁處出出現(xiàn)內(nèi)收現(xiàn)象，總總體呈剪切型，與加勁的框架-芯筒體系的側(cè)移曲曲線類似。該體系系特別適于超高層層或有特殊、復(fù)雜雜及其綜合功能要要求的高層建筑。。圖1-31巨型框架體系的側(cè)側(cè)移1.2.2.4.4巨型支撐外框筒體體系（1）體系特征框筒體系由于橫梁梁的柔軟性，使得得筒體出現(xiàn)程度不不同的剪力滯后效效應(yīng)，筒體的空間間效能因而受到一一定的削弱。為了了進(jìn)一步增強筒體體結(jié)構(gòu)的剛度，沿沿“稀疏淺梁型””外框筒的各個面面增設(shè)巨型交叉支支撐構(gòu)成巨型支撐撐框筒體系（如圖圖1-32所示的美國約翰漢漢考克大廈）。巨型支撐外框筒體體系是由建筑周邊的巨型支支撐框筒和內(nèi)部的的承重框架所組成成。巨型支撐框筒的支支撐斜桿軸線與水水平面的夾角一般般取45度左右；相鄰立面面上支撐斜桿在框框筒轉(zhuǎn)角處與角柱柱相交于同一點，，使整個結(jié)構(gòu)組成成空間幾何不變體體系，并保證支撐撐傳力路線連續(xù)性性。巨型支撐外框筒體體系（簡稱支撐框框筒）不再像一般般框筒那樣要求密密排柱和高截面窗窗裙梁。圖1-32巨型支撐體系的典典型布置（2）受力狀態(tài)水平荷載引起的水平剪力和和傾覆力矩，全部部由巨型支撐外框筒承承擔(dān)；豎向荷載則由巨型支撐外框筒和和內(nèi)部的承重框架架共同承擔(dān)，并按各各自的受荷面積比比例分擔(dān)。巨型支撐外框筒，，在水平荷載作用用下發(fā)生整體彎曲曲時，本來應(yīng)該由由框筒各層窗裙梁梁承擔(dān)的豎向剪力力（圖1-33a），絕大部分改由由支撐斜桿來承擔(dān)擔(dān)（圖1-33b）。圖1-33水平荷載作用下巨巨型支撐外框筒受受力狀態(tài)(a)框筒的豎向剪力分分布；(b)支撐桿件內(nèi)力在巨型支撐外框筒筒體系中，是靠支支撐斜桿的軸向剛剛度（而不是靠窗窗裙梁的豎向彎剪剪剛度）所提供的的軸向承載力來抵抵抗水平剪力和豎豎向剪力，而且桿桿件的軸向剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于桿件的彎剪剪剛度，加之支撐又具具有幾何不變性，，所以水平荷載作作用下巨型支撐外外框筒的水平和豎豎向剪切變形均很很小，基本上消除了剪力力滯后效應(yīng)，從而能更加充分分地發(fā)揮抗側(cè)力立立體構(gòu)件的空間工工作效能。（3）變形特點在巨型支撐外框筒筒體系中，是靠支支撐斜桿的軸向剛剛度所提供的軸向向承載力來抵抗水水平剪力和豎向剪剪力，加之支撐又又具有幾何不變性性，因此巨型支撐撐外框筒體系具有有很大的水平和豎豎向剛度。在水平平荷載作用下，整整個結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生生的側(cè)移中，整體彎曲產(chǎn)生的側(cè)側(cè)移，約占８０％％以上，而結(jié)構(gòu)剪剪切變形所產(chǎn)生的的側(cè)移約占２０％％以下。（1）體系特征巨型支撐筒體系又又稱巨型桁架筒體體系。該體系是建建筑平面周邊的巨巨型或大型立體支支撐、支撐節(jié)間內(nèi)內(nèi)的次（小）框架架及內(nèi)部的一般框框架（或內(nèi)部立體體或空間支撐）所所組成的結(jié)構(gòu)體系系。在巨型立體支撐的的每個節(jié)間區(qū)段內(nèi)內(nèi)設(shè)置“次框架””，以承擔(dān)該區(qū)段段內(nèi)若干樓層的重重力荷載。在樓房內(nèi)部，通常常設(shè)置次一級的立立體或空間支撐（（有時設(shè)置一般鋼鋼框架），用以承承擔(dān)各樓層內(nèi)部的的重力荷載。1.2.2.4.5巨型支撐筒體系系圖1-34巨型支撐筒體系系的典型布置（2）受力狀態(tài)作用于樓房的水平荷載產(chǎn)生的全部水平平剪力和傾覆力力矩，由建筑平平面周邊的巨型或大型立體體支撐承擔(dān)，其水平剪力由由巨型或大型立立體支撐中平行行于荷載方向的的斜桿承擔(dān)，傾傾覆力矩則由大大型立體支撐中中所有立柱承擔(dān)擔(dān)。重力荷載由次框框架、樓房內(nèi)部部空間支撐及大大型立體支撐中中所有立柱共同同承擔(dān)，并按荷載從屬屬面積比例分配配。巨型或大型立體體支撐中所有立立柱均布置在建建筑的周邊，可可獲得最大的抗抗傾覆力臂，從從而使該體系獲獲得最大的抗推推剛度和抗傾覆覆能力。由于該體系是通通過大型立體支支撐中的支撐斜斜桿的軸向剛度度（而不是依靠靠橫梁的抗彎剪剪剛度）來傳遞遞剪力，消除了剪力滯后后效應(yīng)。1.2.2.4.6巨型懸掛結(jié)構(gòu)體體系（1）體系特征巨型懸掛結(jié)構(gòu)體體系是利用鋼吊桿將大樓的的各層樓蓋，分分段懸掛在主構(gòu)構(gòu)架各層巨型梁梁上所形成的結(jié)結(jié)構(gòu)體系。主構(gòu)架一般采用用巨型鋼框架，，其立柱可以是是類似豎放空腹腹桁架或立體剛剛接框架或者支支撐筒；其橫梁梁通常均采用立立體鋼桁架。主構(gòu)架每個區(qū)段段內(nèi)的吊桿，通通常是采用高強強度鋼材制作的的鋼桿，或者采采用高強度鋼絲絲束。每個區(qū)段段內(nèi)的吊桿一般般只吊掛該區(qū)段段內(nèi)的樓蓋。懸掛結(jié)構(gòu)體系可可以為樓面提供供很大的無柱使使用空間。位于于高烈度地區(qū)的的樓房，懸掛結(jié)結(jié)構(gòu)體系的使用用，還可顯著減減小結(jié)構(gòu)地震作作用效應(yīng)。（2）受力狀態(tài)懸掛結(jié)構(gòu)體系的的主構(gòu)架，幾乎承擔(dān)整幢幢大樓的全部水平荷載和和豎向荷載，并將其直接傳傳至基礎(chǔ)。主構(gòu)架每個區(qū)段段內(nèi)的鋼吊桿僅承擔(dān)該區(qū)段各層樓蓋的重力力荷載。為防止主構(gòu)架橫橫梁撓曲和吊桿桿伸長造成樓面面過度傾斜，可可采取橫梁起拱拱或者對吊桿施施加預(yù)應(yīng)力等措措施加以解決。。（3）變形特點在水平荷載作用用下，結(jié)構(gòu)的側(cè)側(cè)移曲線呈剪切型，但由于巨型懸懸掛結(jié)構(gòu)具有很很大的抗側(cè)移剛剛度和抗傾覆能能力，加之巨型型梁具有巨大的的抗彎剛度和抗抗剪切剛度，使使其側(cè)向位移曲曲線在巨型梁處處，有如加勁的的框架-芯筒體系的側(cè)向向位移曲線類似似的內(nèi)收現(xiàn)象（（如圖1-35），因此，其側(cè)側(cè)向位移較常規(guī)規(guī)體系大為減小小。圖1-35巨型懸掛體系的的典型布置主要從以下四個方面面考慮：（1）避免地面變形的的直接危害：選擇建筑場地時時，應(yīng)避開對建建筑抗震危險的的地段；（2）避免不利地形：：不利地形一般指指：條狀突出的的山嘴，高聳孤孤立的山丘、非非巖質(zhì)的陡坡、、河岸和邊坡的的邊緣；（3）避開不利場地：：避開厚場地覆蓋蓋層這類不利場場地；（4）避開不利地基土土：不利地基土主要要是指：①飽和松散的砂砂土和粉土（該該類土易產(chǎn)生土土層液化現(xiàn)象））；②泥炭、淤泥和和淤泥質(zhì)土等軟軟土（該類土在在地震時易發(fā)生生較大幅度的突然沉陷、、常稱之為震陷陷土）。1.3.1選擇有有利的建筑場地地1.3高層鋼結(jié)構(gòu)概念念設(shè)計1.3.2確定合適的建筑筑體形建筑體型與建筑筑平面形狀、建建筑立面形狀和和房屋的高度等等因素密切相關(guān)關(guān)。因此，選擇擇合適的建筑體體型可歸結(jié)為選選擇合適的建筑筑平面形狀、建建筑立面形狀和和房屋的高度。。1.3.2.1建筑平面形狀確定建筑平面形形狀時，宜從降降低風(fēng)荷載和地震作用兩方面考慮。（1）抗風(fēng)設(shè)計1）宜優(yōu)先選用圓圓形、橢圓形等等流線型平面；2）應(yīng)盡量選擇方方形、圓形、橢橢圓形、矩形、、正多邊形等雙軸對稱的規(guī)則平面；在在實際工程中，，常采用矩形、、方形、甚至三三角形等建筑平平面，但在其平平面的轉(zhuǎn)角處，，常采用圓角或平角（切角）的處理理方法。這樣處處理后，既可減減小建筑的風(fēng)載載體型系數(shù)，又又可降低風(fēng)載作作用下框筒或束束筒體系角柱的的峰值應(yīng)力。德國法蘭克福商商業(yè)銀行新大樓樓就采用了這種種處理方式。。3）注意建筑平面面長寬比的限值值對于鋼框筒結(jié)構(gòu)構(gòu)體系，若采用用矩形平面鋼框框筒，其長邊與短邊的比比值不宜大于1.5。主要原因是：：框筒由于剪力力滯后效應(yīng)嚴(yán)重重而不能充分發(fā)發(fā)揮作為立體構(gòu)構(gòu)件的空間作用用，從而降低框框筒抵抗側(cè)力的的有效性。若該比值大于1.5時，宜采用束筒筒結(jié)構(gòu)體系。(b)(a)法蘭克福商業(yè)銀銀行新大樓結(jié)構(gòu)構(gòu)平面(b)框筒剪力滯后效效應(yīng)(c)風(fēng)載下框筒柱的的軸力分布曲線線圖1-36德國法蘭克福商商業(yè)銀行平面布布置（2）抗震設(shè)計1）宜優(yōu)先選用簡單規(guī)則平平面圖1-37平面尺寸圖示高鋼規(guī)程（JGJ99-98）規(guī)定，對抗震震設(shè)防的高層建建筑鋼結(jié)構(gòu)，其其常用平面的尺尺寸關(guān)系應(yīng)符合合表3-1和圖3-1的要求，凡符合合該要求者，均均可視為規(guī)則平平面。2）盡量避免選用不規(guī)則則平面比圖1-37中更為復(fù)雜的平平面均為不規(guī)則則平面。對于圖圖1-37中的平面形狀，，當(dāng)其尺寸關(guān)系系不滿足表1-3的限值者，也視視為不規(guī)則平面面。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≤0.51.3.2.2建筑立面形狀（1）抗風(fēng)設(shè)計1）宜選用上小下大的梯形形或三角形簡單規(guī)則的立面面這是因為，作用用于房屋的風(fēng)荷荷載標(biāo)準(zhǔn)值是隨隨離地面的高度度而增加的。樓樓房周邊向內(nèi)傾傾斜的豎向構(gòu)件件軸力的水平分分力，可部分抵抵消各樓層的風(fēng)風(fēng)荷載水平剪力力（圖1-38a、b）。2）立面可設(shè)大洞洞或透空層對于位于臺風(fēng)地地區(qū)的層數(shù)很多多、體量較大的高樓樓，可結(jié)合建筑筑布局和功能要求，在在樓房的中、上上部，設(shè)置貫通房屋的的大洞，或每個個若干層設(shè)置一個透空層層（圖1-38c、d），可顯著減小作用用于樓房的風(fēng)荷荷載。圖1-38高樓的簡單立面面形狀（2）抗震設(shè)計1）宜優(yōu)先選用矩矩形、梯形、三三角形等沿高度度均勻變化的簡簡單規(guī)則的立面面：避免采用樓層平平面尺寸存在劇劇烈變化的階梯梯形立面，更不不能采用由上而而下逐步收進(jìn)的的倒梯形建筑。。2）盡量避免選用用不規(guī)則立面：當(dāng)階梯形建筑的的立面收進(jìn)尺寸寸比例為B1/B2<0.75或立面外挑尺寸寸比例為B1/B2>1.1時(字母意義見圖1-39)，均屬于不規(guī)則則立面形狀，不不宜用于地震區(qū)區(qū)的高層建筑。。當(dāng)無法避免時時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行精細(xì)的地震震反應(yīng)分析，以以獲取較確切地地地震內(nèi)力與變變形，并采取相相應(yīng)的抗震措施施。圖1-39結(jié)構(gòu)立面收進(jìn)或或外挑圖示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)外的的工程經(jīng)驗，對對鋼結(jié)構(gòu)和有混混凝土剪力墻的的鋼結(jié)構(gòu)高層建建筑的常用體系系規(guī)定了高度限限值（見表1-4），供工程設(shè)計計參考。鋼結(jié)構(gòu)和有混凝凝土剪力墻的鋼鋼結(jié)構(gòu)高層建筑筑的適用高度（（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指房屋總高度與與房屋底部順風(fēng)風(fēng)（地震）向?qū)拰挾鹊谋戎怠Ｋ臄?shù)值大小直直接影響到結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗推剛度、、風(fēng)振加速度和和抗傾覆能力。。我國現(xiàn)行高鋼規(guī)規(guī)程（JGJ99-98）根據(jù)國內(nèi)外的的工程經(jīng)驗，對對鋼結(jié)構(gòu)和有混混凝土剪力墻的的鋼結(jié)構(gòu)高層建建筑的高寬比限限值做出規(guī)定，，現(xiàn)結(jié)合我國現(xiàn)現(xiàn)行建筑抗震設(shè)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)計參參考。鋼結(jié)構(gòu)和有混凝凝土剪力墻的鋼鋼結(jié)構(gòu)高層建筑筑的高寬比限值值表表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