高層建筑的一般知識及結(jié)構(gòu)類型教材匯編

第一章高層建筑的一般知識

第一節(jié)高層建筑的定義

高層建筑與單多層建筑的區(qū)別在于其層數(shù)多、高度大。聯(lián)合國教科文組織

所屬的世界高層建筑委員會曾經(jīng)將9層和9層以上的建筑定義為高層建筑，并

建議按建筑高度將高層建筑分為四類：

第一類:9?16層（最高到50m）；

第二類：17?25層（最高到75m）；

第三類：26?40層（最高到100m）；

第四類：40層以上（高度在100m以上，為超高層建筑）。

盡管如此，一些國家根據(jù)建筑類別、材料品種以及防火要求等因素，對高

層建筑的層數(shù)或高度界線有自己的規(guī)定，表『1所示為國外部分國家對高層建

筑起始高度的規(guī)定情況。

表1-1國外部分國家對高層建筑起始高度的規(guī)定

國名起始高度

前聯(lián)住宅為10層及10層以上，其他建筑為7層及7層以上

美國22?25m,或7層以上

法國住宅為8層及8層以上，或231m

英國24.3m

日本11層，31m

德國222nl（從室地面起）

比利時25m（從室外地面起）

我國對高層建筑的界線規(guī)定如下:

1、我國《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)》第L0.3條規(guī)定高層民用建筑包括:

十層及十層以上的居住建筑（包括首層設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的住宅）；建筑高度

超過24m的公共建筑。

2、《民用建筑設(shè)計(jì)通則》中第1.0.5條規(guī)定民用建筑高度與層數(shù)的劃分：

一、住宅建筑按層數(shù)劃分為：1?3為低層；4?6為多層；7?9為中高層;

1。層以上為圖層。

二、公共建筑及綜合性建筑總高度超過24m者為高層（不包括高度超過

24m單層主體建筑）。

三、建筑物高度超過100m時，不論住宅或公共建筑均為超高層。

3、《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定為十層及十層以上或房屋高度超

過28m的民用建筑結(jié)構(gòu)。

4、《高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定為十層及十層以上或房

屋高度超過28m的高層建筑鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般以十層或房屋高度超過28m為界限。十層及十層以上或房屋

高度超過281n的建筑結(jié)構(gòu)為高層建筑，十層以下除單層以外的其他建筑結(jié)構(gòu)為

多層建筑。超過100m為超高層建筑。

第二節(jié)高層建筑的優(yōu)點(diǎn)

我國高層建筑的自行設(shè)計(jì)和建造，最初只是在、和等少數(shù)幾座大城市開始。

而如今在全國各地，各大、中、小城市及城鎮(zhèn)都建成了或正在建造大量的高層

房屋建筑。目前每年以數(shù)千萬平方米面積的速度在發(fā)展。可以說高層建筑房屋

已在全國普及。與單多層建筑相比，高層建筑具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：

1、占地面積小，節(jié)約建設(shè)用地

隨著生產(chǎn)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的繁榮，城市人口將迅速增加。城市人口的迅速增

長，帶動了住宅、商店、辦公樓、旅店等各種生產(chǎn)性建筑和生活性建筑的飛速

發(fā)展，而城市的圍不可能隨人口發(fā)展速度一樣擴(kuò)大，因此，城市的地價日漸提

高。高層建筑朝高空發(fā)展可以少占用地面面積，因而節(jié)省了城市建設(shè)用地。同

時，高層建筑的容量達(dá)，各種設(shè)施比較完備，便于人們交往。

2、城市道路及各種管線設(shè)施的長度縮短，節(jié)約了城市基礎(chǔ)設(shè)施的總投資

由于建筑物向高空方向發(fā)展，城市的布置可以比較緊湊，圍可以有效控制，

城市道路和給水排水管網(wǎng)、煤氣管道、供電電纜、和有線電視等的線路長度可

以縮短，因而可以節(jié)約大量的城市基礎(chǔ)設(shè)施的總投資。

3、城市的面貌得到改變

建筑是建筑師和各工種設(shè)計(jì)與施工人員勞動的結(jié)晶。歌德說：建筑是凝固

的音樂。一幢好的建筑不單是一幢建筑物，而且是一尊工藝品，給人以美的享

受。高層建筑以其高度和體量給人以宏偉的感覺，加之建筑師巧妙的造型設(shè)計(jì)

和各種裝飾材料的運(yùn)用，使其更為壯觀。高層建筑直插云霄使城市呈現(xiàn)出現(xiàn)代

化風(fēng)貌。由于建造高層建筑需要有較大的投資和需要運(yùn)用較高的科學(xué)技術(shù)手段

以及現(xiàn)代化的設(shè)備，因此它又是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)繁榮和科技進(jìn)步的標(biāo)志。

第三節(jié)高層建筑設(shè)計(jì)中的問題

1、要求外形美觀，平面和空間劃分合理，能與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)

建筑設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)作。它需要遵循一些基本的原則，但是沒有固定的模式

與形式。千篇一律的基座、塔身、尖頂?shù)娜问揭约胺胶凶?、大裙房，只能給

人以單調(diào)乏味的感覺。在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時，應(yīng)力圖使所設(shè)計(jì)的高層建筑做到造

型新穎，外型簡潔，色彩調(diào)和，與周圍的建筑群體和自然環(huán)境協(xié)調(diào)一致，使其

給人以美的享受。

2、對結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性有更高的要求

任何建筑結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性問題都必須得到保證，不允許發(fā)生傾斜、破

壞或倒塌。但是，對于單層或多層建筑而言，由于它所受到的荷載較小，高度

又不大，其安全與穩(wěn)定問題比較容易得到保證。高層建筑的情況則不同。對高

層建筑而言，由于其高度較大，所受豎向何水平荷載都很大，如果設(shè)計(jì)時考慮

不周或處理不當(dāng)，容易使建筑物發(fā)生傾斜、破壞或倒塌。地震對高層建筑的不

利影響更加嚴(yán)重，在地震區(qū)設(shè)計(jì)建造高層建筑時，對結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定性問題

更應(yīng)加以重視。

3、要按防火規(guī)要求進(jìn)行防火設(shè)計(jì)

高層建筑的使用功能復(fù)雜，煤氣、電氣設(shè)備等引發(fā)火災(zāi)的因素很多，各種

易燃的合成材料也很多，加之人員比較集中，管理工作難度較大，稍有不慎便

可能失火，也有極少數(shù)是人為的縱火。

高層建筑一旦失火，煙霧和火勢將沿著樓梯間、電梯間、各種電氣井、管

道井和通風(fēng)管道迅速蔓延到其它各層。人員疏散和滅火工作的困難程度將隨著

房屋高度的增加而加大。歷史上由于高層建筑失火造成生命財(cái)產(chǎn)損失的教訓(xùn)是

屢見不鮮的。對高層旅館失火時死亡人數(shù)和死亡原因的分析和統(tǒng)計(jì)表明，有

50%左右的人是由于失火時濃煙中的一氧化碳中毒或窒息而死。因此，高層建

筑的防火和防煙問題一定要滿足有關(guān)規(guī)定。

4、要設(shè)置電梯

高層建筑中采用樓梯作為人和物上下的主要垂直運(yùn)輸通道是不合適的。高

層建筑中應(yīng)以電梯作為主要的垂直運(yùn)輸工具，樓梯只是輔助性工具。高層建筑

中設(shè)置樓梯的主要目的是：

1）作為下面幾層人員的垂直交通設(shè)施；

2）作為上面相鄰樓層間人員的垂直交通設(shè)施；

3）作為火災(zāi)、停電等緊急情況下的疏散通道。

電梯的設(shè)置應(yīng)以方便、安全和經(jīng)濟(jì)為標(biāo)準(zhǔn)。目前國際上沒有統(tǒng)一的電梯設(shè)

置數(shù)量的計(jì)算方法。一些國家以電梯運(yùn)行的高峰時刻乘客等候電梯時間的平均

值作為衡量電梯設(shè)置數(shù)量是否合適的標(biāo)準(zhǔn)，而且不同國家由于經(jīng)濟(jì)水平的不

同，衡量的標(biāo)準(zhǔn)也不一致。例如，美國認(rèn)為在住宅中等候電梯的時間以不超過

60s較理想，不超過75s時尚可接受，不超過90s時則較差，超過120s時便

不可接受。英國和日本規(guī)定可接受的時間在60s-90s之間。我國目前還沒有對

此作出明確規(guī)定。

5、要按建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)

危害建筑物的雷電是由帶電的云層對地面建筑物放電所引起的。放電時，

電流可達(dá)幾十萬安，電壓可達(dá)幾百萬伏，溫度可達(dá)2萬。C,在幾個微妙的時間，

可以使周圍的空氣通道燒成白熱而猛烈膨脹，并出現(xiàn)耀眼的光亮和巨響，即所

謂的閃電和打雷。

雷電可以直接打擊在建筑物上，稱為直接雷擊。直接雷擊一般發(fā)生在建筑

物頂部的突出部分和高層建筑的側(cè)面，造成建筑物破壞。雷電也可以打擊在架

空線路或金屬管道上，雷電波將沿著這些管線侵入到建筑物部，危及人身和設(shè)

備安全。高層建筑由于高度大，電器設(shè)備種類較多，遭雷擊的可能性較大。有

資料表明，高層建筑中每年每人受雷擊的概率是5.5X107,而在高樓中因火

災(zāi)死亡的概率低于受雷擊死亡的概率。因此，高層建筑的避雷裝置不可忽視。

我國《建筑電氣設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（JGJ16）中，根據(jù)建筑物的重要性將防雷等級

分為三類，對每類防雷等級建筑的防雷要求作了具體規(guī)定。

6、要保證水、電的供應(yīng)

高層建筑使用功能復(fù)雜，人員集中，高度大，對水、電的需求量大。

高層建筑的用水可分為生活用水和消防用水，有時還有生產(chǎn)給水系統(tǒng)。生

活用水包括廚房用水和衛(wèi)生間用水。消防用水包括消火栓氣體消防、自動噴淋

消防、泡沫消防用水。生產(chǎn)用水包括集中空調(diào)冷凝水、鍋爐房用水以及其他生

產(chǎn)工藝所需用水。

高層建筑高度大，對自來水公司的要求較高。有時當(dāng)城市給水管網(wǎng)的供水

壓力不能滿足供水要求時，還需在高層建筑中設(shè)置水泵房進(jìn)行加壓。

高層建筑中除有給水系統(tǒng)以外，還有排水系統(tǒng)。高層建筑污水管線長，有

時不能直接通至房屋底部，因此要注意排水通暢，防止堵塞和臭氣外泄。

高層建筑中給水和排水管道的數(shù)量多、直徑大，進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時要給它們

留出足夠的位置，并且要使檢修方便。

高層建筑的電源分為常用電源和備用電源。常用電源一般都由城市輸電網(wǎng)

供應(yīng)，備用電源可以由城市中或城郊另一供電電源供應(yīng)，也可以是高層建筑中

的自備電源。設(shè)立備用電源的目的，是要保證當(dāng)常用電源斷電時，高層建筑中

的電梯、照明、消防水泵、消防電梯以及其他安全系統(tǒng)能照常運(yùn)行。

7、要求采用現(xiàn)代化的施工機(jī)械設(shè)備和先進(jìn)的施工技術(shù)

高層建筑施工前，施工單位應(yīng)密切配合設(shè)計(jì)單位，結(jié)合施工技術(shù)裝備及施

工工藝對結(jié)構(gòu)方案、構(gòu)造處理等進(jìn)行全面考慮，以保證質(zhì)量、方便施工和有利

于提高綜合效益。

用于施工吊裝和垂直運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械要有足夠的高度和覆蓋面積，以保證施工

的順利進(jìn)行。混凝土宜采用混凝土泵輸送。

在基礎(chǔ)施工過程中，要注意基坑的支護(hù)、地下水位的降低以及基礎(chǔ)工程的

各項(xiàng)質(zhì)量要求。

高層建筑的測量放線應(yīng)保證主軸線放線準(zhǔn)確，樓層標(biāo)高符合設(shè)計(jì)要求，層

間標(biāo)高、垂直度等偏差不超過規(guī)要求。

8、要求的投資較大

高層建筑投資較大的原因有以下幾個方面：

1）體量大、總的建筑面積多；

2）荷載大，要求的結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸較大，材料用量較多；

3）需要設(shè)置電梯以及水加壓、空調(diào)、防火、防雷和供電等設(shè)備；

4）裝修的標(biāo)準(zhǔn)通常都比較高。

一般高層建筑無論從總的投資以及單體造價上都比單層和多層建筑高。有

資料表明，高層建筑的造價比多層建筑的造價一般要增加50%-80%o

高層建筑雖然要求的投資大，造價高，但是在節(jié)約用地以及綜合經(jīng)濟(jì)效益

方面所表現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)效果則是相當(dāng)顯著的。因此，在確定高層建筑繁榮方案時,

應(yīng)該權(quán)衡各方面的因素，合理地選擇建筑物的層數(shù)與高度。

高層建筑的總投資中，土建賽、裝修費(fèi)和設(shè)備費(fèi)之間所占的比例隨建筑的

用途、高度等不同而不同，而且隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提

高，設(shè)備費(fèi)和裝修費(fèi)所占的比例會愈來愈大。我國目前高層綜合性建筑的總費(fèi)

用中，設(shè)備費(fèi)約占40%,裝修費(fèi)約占30%,土建費(fèi)約占30%o有的資料表明，

在美國，土建費(fèi)一般只占高層建筑總費(fèi)用的12215虬

第四節(jié)高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

一、水平荷載成為決定因素

在較低樓房中，往往是以重力荷載為代表的豎向荷載控制著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；在

較高樓房中，盡管豎向荷載仍對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)生著重要影響，水平荷載卻起著決

定性作用。隨著樓房層數(shù)的增多，水平荷載愈益成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。一

方面，因?yàn)闃欠孔灾睾蜆敲媸褂煤奢d在豎向構(gòu)件中所引起的軸力和彎矩的數(shù)

值，僅與樓房高度的一次方成正比，而水平荷載對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩，以及

由此在豎構(gòu)件中所引起的軸力，是與樓房高度的二次方成正比；另一方面，對

某一定高度樓房來說，豎向荷載大體上是定值；而作為水平荷載的風(fēng)荷載和地

震作用，其數(shù)值是隨結(jié)構(gòu)動力特性的不同而有較大幅度的變化。

在高樓結(jié)構(gòu)中，豎向荷載在豎構(gòu)件中引起的軸力N(圖1-1),水平荷載q

對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩M(圖1-1),與房屋高度H存在著如下關(guān)系式。

豎向荷載N=WH

水平均布荷載M=iqH2

水平倒三角形荷載MEqH?

式中少一建筑每米高度上的豎向荷載；q-水平均布荷載；，一建

筑高度。

圖1-1荷載內(nèi)力和側(cè)移

(a)重力荷載；(b)水平均布荷載

二、軸向變形不容忽視

1、對連續(xù)梁彎矩的影響

采用框架體系和框-墻體系的高樓中，框架的中柱的軸壓應(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,

此種差異軸向變形將會達(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，跨中正彎矩值增大（圖）。

在圖中，a圖表示未考慮各柱差異壓縮時梁的彎矩分布，b圖表示各柱差異壓

縮后梁的實(shí)際彎矩分布。在較低樓房中，因?yàn)橹目偢叨容^小，此種效應(yīng)不顯

著，所以未曾考慮過。

2、對預(yù)制下料長度的影響

在高樓中尤其是特高樓房中，柱的負(fù)載很重，柱的總高度又很大，整根柱

在重力荷載下的軸向變形有時達(dá)到數(shù)百毫米，對建筑物的樓面標(biāo)高產(chǎn)生不可忽

視的影響。因此在預(yù)制構(gòu)件制作時，應(yīng)根據(jù)軸向變形計(jì)算值，對下料長度進(jìn)行

調(diào)整。

美國休斯頓的75層得克薩斯商業(yè)大廈，采用型鋼混混凝土墻和鋼柱組成

的混合結(jié)構(gòu)體系。據(jù)計(jì)算，中心鋼柱由于負(fù)荷面積大，截面尺寸小，重力荷載

下的軸向壓縮變形，要比型鋼混混凝土剪力墻多260mll1,這就要求該鋼柱在下

料時總共要加長260mm,并需逐層加以調(diào)整。

3、對構(gòu)件剪力和位移的影響

樓層平面如圖2-3所示的某17層框-墻體系樓房，在水平荷載作用下，采

用同一個矩陣位移法程序，按考慮與不考慮豎向桿件軸向變形（由傾覆力矩引

起）的兩種方法，分別計(jì)算其剪力和位移。對比計(jì)算結(jié)果表明，與考慮豎桿件

軸向變形的剪力相比較，不考慮豎桿件軸向變形時，各構(gòu)件水平剪力的平均誤

差達(dá)30%以上；結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)側(cè)移減小一半以上，具體數(shù)值分別列于圖2-3和表2-1

中。

三、側(cè)移成為控制指標(biāo)

與較低樓房不同，結(jié)構(gòu)側(cè)移已成為高樓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。隨著樓房高

度的增加，水平荷載下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形迅速增大。從下式中可以看出，結(jié)構(gòu)頂

點(diǎn)側(cè)移△與建筑高度H的四次方成正比。

△="

水平均布荷載八8E/

△=必

水平倒三角形荷載4120E/

為直觀起見，將上式表達(dá)的荷載效應(yīng)與建筑物高度的關(guān)系示于下圖。從圖

中可見，隨著建筑物高度的增大，位移增加最快。

圖1-2結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移與高度的關(guān)系

設(shè)計(jì)高樓結(jié)構(gòu)時，不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，還要求結(jié)構(gòu)具有足夠的

抗推剛度，使結(jié)構(gòu)在水平荷載下產(chǎn)生的側(cè)移被控制在某一限度之。這是因?yàn)楦?/p>

樓的使用功能和安全，與結(jié)構(gòu)側(cè)移的大小密切相關(guān)：

1、結(jié)構(gòu)在陣風(fēng)作用下的振動加速度a超過0.015g時，就會影響樓房使用

人員的正常工作與生活。從關(guān)系式a=A(2nf)又可以看出，當(dāng)高樓在陣風(fēng)作

用下發(fā)生振動的頻率f為一定值時，結(jié)構(gòu)振動加速度a與結(jié)構(gòu)側(cè)移幅值A(chǔ)成正

比，因此側(cè)移幅值的大小成為關(guān)鍵因素。

2、過大的側(cè)向變形會使隔墻、圍護(hù)墻以及它們的高級飾面材料出現(xiàn)裂縫

或損壞，此外，也會使電梯因軌道變形而不能正常運(yùn)行。

3、高樓的重心位置較高，過大的側(cè)向變形使結(jié)構(gòu)因p-△效應(yīng)而產(chǎn)生較大

的附加應(yīng)力，甚至因側(cè)移與應(yīng)力的惡性循環(huán)導(dǎo)致建筑物倒塌。

四、結(jié)構(gòu)延性是重要設(shè)計(jì)指標(biāo)

相對于低層建筑而言，高層建筑結(jié)構(gòu)相對較柔，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(qiáng)的變形能力，避免倒塌，

特別需要在構(gòu)造上采取恰當(dāng)?shù)拇胧?，來保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。這樣可以在

滿足使用條件下能達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求。

結(jié)構(gòu)的延性一般是指結(jié)構(gòu)破壞時的變形與結(jié)構(gòu)屈服時的變形的比值。它反

映了結(jié)構(gòu)塑性變形（非彈性變形）能力的大小。對于地震作用，利用結(jié)構(gòu)的塑

性變形能力來抵抗（吸收）地震作用的能量，就可以降低地震作用在結(jié)構(gòu)上所

產(chǎn)生的效應(yīng)。

五、高層房屋中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與其他專業(yè)設(shè)計(jì)關(guān)系更為密切

由于高層房屋由開始的單一用途的房屋，如住宅、辦公樓旅館等向多種功

能的房屋發(fā)展，甚至有的已成為一個綜合使用系統(tǒng)，例如芝加哥110層的西爾

斯大廈。大廈的電力系統(tǒng)可為15萬人口的城市服務(wù)，空調(diào)設(shè)備可冷卻6千戶

住房，有102部電梯，組成垂直和水平向德三維交通網(wǎng)絡(luò)，這許多電梯相當(dāng)與

一條條有盡端的街道系統(tǒng)?？罩须娞蓍g好似廣場，人們在其中既可以乘直達(dá)的

雙層快速電梯從大樓的這一部分到另一部分，也可乘局部的，低速區(qū)間電梯到

任何別的空中電梯間。大樓還設(shè)置所有必須的服務(wù)行業(yè)和福利設(shè)施，從理論上

講，人們一生可一直生活在大樓里。大樓的附屬設(shè)施能解決如購物、宴會、衛(wèi)

生、教育、安全、運(yùn)輸、停車、公用事業(yè)、垃圾和污水處理等所有問題，它就

相當(dāng)與一個小城市。這樣規(guī)模的大樓成為城市中的城市。設(shè)計(jì)這樣復(fù)雜的綜合

使用體系，結(jié)構(gòu)不僅僅只是與建筑、設(shè)備、水、電等專業(yè)的配合，而是要求同

幾乎所有專業(yè)密切配合、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。設(shè)計(jì)中還需要系統(tǒng)分析社會的、生態(tài)的、

經(jīng)濟(jì)的和政治的錯綜復(fù)雜的關(guān)系。

第二章高層建筑的結(jié)構(gòu)類型

高層建筑結(jié)構(gòu)的類別常采用兩種方法進(jìn)行分類，一種方法是根據(jù)主要結(jié)構(gòu)

所用的材料或不同材料的組合進(jìn)行分類，由此可將結(jié)構(gòu)劃分為各種類型和類

別；另一種是根據(jù)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型及其受力特性進(jìn)行分類，由此可將結(jié)

構(gòu)劃分為各種結(jié)構(gòu)體系和類別。

第一節(jié)結(jié)構(gòu)類型的分類

一、多高層房屋的各種結(jié)構(gòu)類型

多高層房屋的結(jié)構(gòu)類型主要有：鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，同時采用鋼和

鋼筋混凝土材料的混合結(jié)構(gòu)等三種類型。

1、鋼結(jié)構(gòu)

鋼材具有強(qiáng)度高、自重輕、延性好、抗震性能好、易加工制作和施工速度

快等優(yōu)點(diǎn)。所以高層鋼結(jié)構(gòu)是許多國家廣為采用的高層建筑結(jié)構(gòu)類型。特別是

在一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，大多數(shù)的高層建筑都是采用鋼結(jié)構(gòu)的。

由于鋼結(jié)構(gòu)具有以上優(yōu)良的力學(xué)特性和施工優(yōu)點(diǎn)，所以在高層建筑中，鋼

結(jié)構(gòu)的建造層數(shù)及總高度，均可高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)中對水平位移的限

值條件，鋼結(jié)構(gòu)比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也可寬一些。

在鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑中，為了跟主體結(jié)構(gòu)工業(yè)化施工的高速度同步，以及

適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)在地震作用下產(chǎn)生較大的層間位移，所以圍護(hù)外墻、部隔斷等一

些次要結(jié)構(gòu)應(yīng)具備高度輕質(zhì)化、裝配化，以及要與主體做成可動連接等特點(diǎn)。

但是高層鋼結(jié)構(gòu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比也有其不足之處：其用鋼量大、造

價高、需經(jīng)常維修、耐火性能差。所以在我國，一般僅在層數(shù)較多、高度較大

且抗震要求較高的高層建筑中采用鋼結(jié)構(gòu)。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

鋼筋棉凝土結(jié)構(gòu)具有較高的強(qiáng)度，良好的結(jié)構(gòu)剛度，很好的耐火性和可模

性，且材料來源豐富、用鋼量省、造價低等優(yōu)點(diǎn)。只要經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，可獲得

較好的抗震性能。它所表現(xiàn)出來的重量大、抗裂性能差、施工速度慢和木模耗

用量大等缺點(diǎn)，正在不斷被輕質(zhì)高強(qiáng)混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土及工業(yè)化施工技術(shù)

所克服和改進(jìn)。

在發(fā)展中國家和我國，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑的主要類型。

3、鋼和鋼筋混凝土的混合結(jié)構(gòu)

在當(dāng)前發(fā)展趨勢中，更為合理的是同時采用鋼和混凝土材料的組合結(jié)構(gòu)。

這種結(jié)構(gòu)類型可以使以上兩種材料互相取長補(bǔ)短，取得結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良而又經(jīng)濟(jì)

合理的效果。目前有以下幾種組合方式：

一是用結(jié)構(gòu)型鋼加強(qiáng)鋼筋混凝土構(gòu)件。把型鋼放在構(gòu)件部，外部由鋼筋混

凝土做成，稱之為鋼骨（型鋼）鋼筋混凝土，也稱為勁性鋼筋混凝土。這樣既

充分利用外包混凝土的剛度、耐火性能和耐久性能，又充分利用鋼骨減少構(gòu)件

截面、減輕自重和改善了其抗震性能。現(xiàn)在應(yīng)用較為普遍。

二是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（簡稱CFT結(jié)構(gòu)）是指在鋼管

填充素混凝土所形成的組合結(jié)構(gòu)，由鋼管和混凝土組成。根據(jù)鋼管的截面形式

的不同，主要可以分為圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等。這種結(jié)構(gòu)

具有承載力高、延性好、耗能容量大、鋼板薄、用鋼量少、耐火性能好、施工

簡單等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為普遍的結(jié)構(gòu)類型。

三是部分抗側(cè)力結(jié)構(gòu)用鋼結(jié)構(gòu)，另一部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)

多數(shù)情況下是用鋼筋混凝土做筒或剪力墻，用鋼做框架。

上述結(jié)構(gòu)類型中，除鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)外，其余均可歸屬于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)

圍。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，對上述四種結(jié)構(gòu)類型常結(jié)合工程的具體情況在進(jìn)行組

合，也可在一同工程中對一些主要抗側(cè)力構(gòu)件采用不同的材料，形成派生的多

種結(jié)構(gòu)類型。

注：組合結(jié)構(gòu)與混合結(jié)構(gòu)的區(qū)別

所謂組合結(jié)構(gòu)，其實(shí)更準(zhǔn)確的講應(yīng)該是組合構(gòu)件，就是有多種材料組合在

一起共同承受外力的構(gòu)件。如我們常見的型鋼混凝土梁、柱，鋼-混凝土組合

梁，鋼管混凝土柱等，這些構(gòu)件都是由兩種材料，鋼和混凝土組成的，充分發(fā)

揮了不同材料的長處。所以我們?yōu)槊鞔_區(qū)分，將構(gòu)件層次的組合稱為組合構(gòu)件,

或稱為組合結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格來講，鋼筋混凝土構(gòu)件也是一種組合構(gòu)件，但因其應(yīng)用

的廣泛與成熟，往往被人們排除在組合構(gòu)件之外了。

所謂混合結(jié)構(gòu)，就是由不同材料的構(gòu)件共同組成的結(jié)構(gòu)，如磚與混凝土混

合而成的磚混結(jié)構(gòu)，鋼（或其他組合構(gòu)件）與鋼筋混凝土組成的鋼-混凝土混

合結(jié)構(gòu)。

第二節(jié)確定結(jié)構(gòu)類型的基本要素

高層建筑采用的結(jié)構(gòu)類型可分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混

合結(jié)構(gòu)等類型。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)，正確選用材料，就成為經(jīng)濟(jì)合理地

建造高層建筑的一個重要方面。

在較低的樓房中，水平荷載處于次要地位，結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，主要是以重力荷

載為代表的豎向荷載。由于較低樓房的層數(shù)較少，建筑總重較小，對結(jié)構(gòu)材料

的強(qiáng)度要求不高，因而在結(jié)構(gòu)類型的選擇上比較靈活，制約的條件較少。高樓

結(jié)構(gòu)則不同，層數(shù)多，總重大，每個豎向構(gòu)件所負(fù)擔(dān)的重力荷載很大，而且水

平荷載又在豎構(gòu)件中引起較大的彎矩、水平剪力和傾覆力矩。為使豎向構(gòu)件的

結(jié)構(gòu)面積在使用面積中所占的比例不致過大，要求材料具有較高的抗壓、抗彎

和抗剪強(qiáng)度。對位于地震區(qū)的高樓結(jié)構(gòu)，還要求結(jié)構(gòu)材料具有足夠的延性，這

就使得強(qiáng)度低、延性差的砌體結(jié)構(gòu)，在高樓中的應(yīng)用受到很大的限制。不過，

在砌體配筋，即采用配筋砌體結(jié)構(gòu)，可以提高砌體的抗震能力，擴(kuò)大砌體結(jié)構(gòu)

在高樓中的應(yīng)用圍。層數(shù)較多的高樓，就需要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，層數(shù)更多

的特高樓房則宜采用鋼結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)或型鋼混凝土結(jié)構(gòu)為宜。概

括起來，結(jié)構(gòu)材料具有勻質(zhì)、高強(qiáng)、輕量、良延等性質(zhì)，是選定高樓結(jié)構(gòu)類型

的基本要素。

第三節(jié)鋼結(jié)構(gòu)、鋼管腔結(jié)構(gòu)、鋼骨腔結(jié)構(gòu)及鋼-於混合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

我國的高層建筑結(jié)構(gòu)，以前主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這既符合我國國情,

可適應(yīng)使用要求和降低工程造價，也符合規(guī)關(guān)于適用高度的規(guī)定。目前，隨著

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)日益顯露出來，不足之處正

在減退。從用鋼量、面積利用系數(shù)、基礎(chǔ)費(fèi)用、工期等多方面的綜合經(jīng)濟(jì)效益

來看，在高層建筑這一領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的差距正在縮小，即使

在我國當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)條件下，高層建筑鋼結(jié)構(gòu)也存在著較大、較快發(fā)展的

可能。同時對于建于抗震設(shè)防區(qū)的超高層建筑，由于國外對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還較少，因此在考慮結(jié)構(gòu)方案時，主要關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)等方案是符合當(dāng)前技術(shù)條件的，而且這類結(jié)構(gòu)還有其他方面

的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)就高層建中鋼結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)及鋼-混凝

土混合結(jié)構(gòu)等四類結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn)作一初略分析。

一、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)

1、主要優(yōu)點(diǎn)

1.1抗震性能優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

相對于鋼材來說，混凝土的抗拉和抗剪強(qiáng)度均較低，延性也差，混凝土構(gòu)

件開裂后的承載力和變形能力將迅速降低。鋼材基本上屬各向同性的材料，抗

壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度均很高，更重要的是它具有良好的延性。在地震作用下，

鋼結(jié)構(gòu)因有良好的延性，不僅能減弱地震反應(yīng)，而且屬于較理想的彈塑性結(jié)構(gòu),

具有抵抗強(qiáng)烈地震變形的能力。

1.2減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)工程造價

一般鋼筋混凝土框-剪結(jié)構(gòu)和框架-筒體結(jié)構(gòu)的高層建筑，當(dāng)外墻采用玻璃

幕墻或鋁合金幕墻，墻采用輕質(zhì)隔墻時，包括樓面活荷載在的上部建筑結(jié)構(gòu)全

部重力荷載約為15-17KN/m2,其中梁板柱及剪力墻等結(jié)構(gòu)的自重約為10~

22

12KN/mo相同條件下采用鋼結(jié)構(gòu)時，全部重力荷載約為10-12KN/m,其中鋼

結(jié)構(gòu)和混凝土樓板的結(jié)構(gòu)自重約為5-6KN/m2o由上述可知，兩類結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)

自重比例為2：1,全部重力荷載的比例約為1.5：1,這相當(dāng)于75層高的鋼結(jié)

構(gòu)高層建筑上部重力荷載，可等同于50層高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑。荷

載值得很大差異，相應(yīng)的地震作用數(shù)值也大為減小，基礎(chǔ)荷載大為減輕，基礎(chǔ)

技術(shù)處理的難度，以及基礎(chǔ)工程造價等均將受到很大影響。

1.3減少建筑中結(jié)構(gòu)所占的面積

對于30?40層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑建于地震區(qū)時，其柱截面尺

寸常取決于軸壓比限值而達(dá)到1.8mX1.8m-2.0mX2.0m,核芯筒在底部的壁

厚將達(dá)到0.6m?0.8m,以符合結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度和層間位移的要求，這兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)面

積約為建筑樓層面積的7%。如采用鋼結(jié)構(gòu)，柱截面大為減小，核芯筒采用鋼

柱及鋼支撐時，包括它外側(cè)的裝修做法，其厚度仍比筒壁厚度薄很多，相應(yīng)的

結(jié)構(gòu)面積一般約為建筑樓層面積的3%,比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可減少約4%,這對

投資方來說，將產(chǎn)生不小的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4施工周期短

鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)是鋼構(gòu)件在工廠制作，然后在現(xiàn)場安裝。鋼構(gòu)件安裝時,

一般不搭設(shè)大量的腳手架，同時采用壓型鋼板可作為混凝土樓板的永久性模

板，無需另行支設(shè)模板，而且混凝土樓板的施工可與鋼構(gòu)件安裝交叉進(jìn)行。鋼

筋混凝土結(jié)構(gòu)除鋼筋可在車間下料外，大量的支模、鋼筋綁扎和混凝土澆筑等

工作均需在現(xiàn)場進(jìn)行。因此，鋼結(jié)構(gòu)的施工速度常可快于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)約

20%?30%,相應(yīng)的施工周期也縮短，能早日投入使用，使投資方在經(jīng)濟(jì)效益上

獲得早回報。

2、存在的主要問題

2.1鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能差

鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)烈焰下，構(gòu)件溫度迅速上升，鋼材

的屈服強(qiáng)度和彈性模量隨溫度上升而急劇下降。當(dāng)結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到3501及

500℃時，其強(qiáng)度可分別下降30%及50%,至600℃時結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力，

變形迅速增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。因此，相關(guān)規(guī)規(guī)定對鋼結(jié)構(gòu)中的梁、柱、職稱

及作承重用的壓型鋼板等要采用噴涂防火涂料保護(hù)。

2.2造價高。

根據(jù)我國某些高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)分析，對于50層左右的高層建筑鋼

結(jié)構(gòu)，考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益后，采用鋼結(jié)構(gòu)與采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩者的工程

投資基本上持平。層數(shù)再多，鋼結(jié)構(gòu)將顯現(xiàn)出更加經(jīng)濟(jì)。

二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)由于在鋼管填充了混凝土，結(jié)構(gòu)性能有了較大的改善，填

充的混凝土具有改善柱子的強(qiáng)度、剛度以及變形性能的效果，特別是在反復(fù)荷

載作用下能夠改善結(jié)構(gòu)的抗震性能，是一種組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土柱中的鋼管

由于混凝土的約束效應(yīng)能夠抑制鋼管的局部屈曲，以及改善局部屈曲后的性

能。反之，由于鋼管的約束效應(yīng)，能夠提高混凝土的強(qiáng)度，改善延性。由于承

載力高，延性好，鋼管混凝土柱對軸壓比可不做限制，通過控制管混凝土承擔(dān)

系數(shù)限值來保證。

1、主要優(yōu)點(diǎn)

1.1高強(qiáng)混凝土一一可以安全地使用高強(qiáng)混凝土。鋼管的混凝土已成為一

種改性混凝土，由于鋼管的約束，使脆性的高強(qiáng)混凝土變成延性材料，從而可

以安全地用于地震地區(qū)的高層建筑。

1.2截面小一一受壓、受剪承載力高，而且軸壓比不受限制，可以減小柱

的截面尺寸，減少結(jié)構(gòu)占用面積，建筑有效使用面積得以相應(yīng)增大?？蚣苤?/p>

面尺寸的減小，還可以減少短柱的出現(xiàn)。并能減輕建筑自重，降低軟弱地基上

的基礎(chǔ)造價。

L3耗能多一一鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的延性高、耗能容量大，耐震性能好，若

因地震遭到損壞，修復(fù)、加固構(gòu)造也簡單。

L4鋼板薄——高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件鋼板厚度多為60—80mm,需要采用

厚度方向性能優(yōu)良的鋼板，焊接要求也高；若采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，鋼板厚度

多為14-40mm,用以卷制鋼管的鋼板厚度多在25mm以下，加工和焊接均較簡易。

1.5混凝土級差不限一一框架梁與柱的混凝土不必連續(xù)澆灌，兩者混凝土

強(qiáng)度等級的差別也不受限制，柱可以采用更高強(qiáng)度等級的混凝土，而不必相應(yīng)

提高梁的混凝土強(qiáng)度等級。

1.6耐火性好一一混凝土的比熱遠(yuǎn)大于鋼材。火災(zāi)時，管混凝土能夠吸收

較多的熱量，使鋼管表面溫度降低，耐火時間延長，從而節(jié)省防火涂料。

1.7混凝土后期強(qiáng)度高一一鋼管相當(dāng)于管混凝土的永久性模板，可以防止

混凝土中水分的逸散，有利于混凝土后期強(qiáng)度的提高，并減小混凝土的收縮和

徐變。

1.8減小豎構(gòu)件壓縮差一一采用“混凝土芯筒一一鋼框架”混合結(jié)構(gòu)體系

的高樓，由于外圈框架鋼柱截面尺寸小，豎向壓縮變形大，混凝土芯筒與鋼柱

之間較大的壓縮差，給結(jié)構(gòu)帶來不利影響。若采用鋼管混凝土柱取代鋼柱，可

以顯著減小芯筒與框架柱的豎向變形差。

1.9施工方便——鋼管兼有縱向鋼筋和箍筋的功能，管無需設(shè)置鋼筋骨架,

便于混凝土的澆灌，而且有利于采用先進(jìn)的泵灌頂升混凝土工藝。此外，鋼管

可取代模板，簡化施工工序，加快施工進(jìn)度。

1.10逆作業(yè)法施工一一對于多層地下室的深基坑，鋼管混凝土柱還有利

于地下樓層的逆作業(yè)法施工和兼作深基坑的自支護(hù)系統(tǒng)。大樓地上結(jié)構(gòu)和地下

結(jié)構(gòu)可以同時施工，從而使大樓能提前使用，增加經(jīng)濟(jì)效益。

2、與鋼結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)勢

2.1鋼管灌混凝土增加了結(jié)構(gòu)的阻尼及結(jié)構(gòu)的剛度。

2.2可減薄鋼板厚度，截面可以做的比較伸展。鋼板減薄后，可以大大降

低了焊接工作量和制造安裝的難度，材料采購容易，造價低；同時由于鋼管的

重量小，也大大減輕了運(yùn)輸和吊裝的難度。

2.3用鋼量比鋼結(jié)構(gòu)少。由于柱子加入了混凝土，柱子用鋼量一般較鋼結(jié)

構(gòu)要少20-60%。

2.4防火性能比鋼結(jié)構(gòu)好?；馂?zāi)時，由于鋼管比熱較大的混凝土能吸收較

多的熱量，從而使鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限時間延長，為抗火而增加的保護(hù)材料比鋼

柱少。截面越大少的越多，與鋼結(jié)構(gòu)相比，達(dá)到相同耐火極限，矩形鋼管混凝

土構(gòu)件可節(jié)約防火涂料60%以上。

2.5可以增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)域的承載能力與剛度。

3、與型鋼混凝土結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)勢

3.1一般情況下，鋼管混凝土柱中的鋼管用量與型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的型鋼

用量差不多；并且由于矩形鋼管混凝土柱截面是將鋼材放在柱的最外側(cè)，使鋼

材能夠比較容易發(fā)揮其強(qiáng)度，并且不控制軸壓比，所以能夠減小柱的截面。

3.2結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接簡單，節(jié)點(diǎn)處不需要穿鋼筋，便于制造安裝，節(jié)省工期。

3.3省去了綁扎鋼筋、支模、拆模等工序，同時也不必?fù)?dān)心澆混凝土?xí)r發(fā)

生漏漿現(xiàn)象，施工方便，并且施工質(zhì)量比較容易保證。另外，對于地下室結(jié)構(gòu)

還可以采用逆作業(yè)法施工，進(jìn)一步縮短工期。一般來說矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具

有與鋼結(jié)構(gòu)相同的施工速度。

3.4能減輕結(jié)構(gòu)自重，降低基礎(chǔ)工程造價，減小地震作用；柱截面可減小,

從而減少建筑中結(jié)構(gòu)所占的面積。

4、矩形鋼管與圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比的優(yōu)勢

4.1具有較強(qiáng)的抗彎能力；

4.2節(jié)點(diǎn)制作與連接方便；

4.3有利于建筑師的設(shè)計(jì)。

三、鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)

國外高層建筑中，完整地對梁、柱、支撐及剪力墻等均采用鋼骨混凝土的

工程實(shí)例尚屬很少，它主要用于下列情況：

1、作為上部鋼結(jié)構(gòu)向下的過渡層。上部鋼結(jié)構(gòu)通過鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)向下

部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)過渡時，不僅在構(gòu)造上較為方便，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。

2、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，如高層

部分在地下室或裙房結(jié)構(gòu)高度圍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。

3、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，其層高約為上部標(biāo)準(zhǔn)層層高的1.5-2倍,

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。

4、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。

5、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。

1、主要優(yōu)點(diǎn)

1.1可用作良好的結(jié)構(gòu)過渡層。

1.2造價低于鋼結(jié)構(gòu)，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。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。

1.3延性優(yōu)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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。

1.4施工速度可快于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2、存在的主要問題

2.1鋼骨混凝土梁柱的連接構(gòu)造復(fù)雜

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，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，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)2-4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，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，次梁下筋要與主梁

的連接板焊接。

2.2鋼骨混凝土梁影響壓型鋼板的采用

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，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)

1、主要優(yōu)點(diǎn)

1.1側(cè)向剛度大于鋼結(jié)構(gòu)

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)。

1.2結(jié)構(gòu)造價介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間

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)的造價基本介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間。

1.3施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有所加快

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。

1.4結(jié)構(gòu)面積小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

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。

1.5發(fā)揮鋼管混凝土柱的強(qiáng)度和剛度作用

近年來，國部分鋼-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。

2、存在的主要問題

2.1混凝土筒的剛度退化將加大鋼框架的剪力

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-混凝土筒體系，

其中鋼筋混凝土筒為主要抗側(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虬在往復(fù)地震動的持續(xù)作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階

段時，墻體產(chǎn)生裂縫后，筒的抗推剛度大幅度降低，而鋼框架由于彈性極限變

形角大于混凝土筒甚多，雖然此時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筒的延性。

2.2要進(jìn)一步分析研究鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的抗震性能

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。

2.3確定適宜的層間位移限值

2.4混凝土筒的施工誤差遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu)

鋼框架-混凝土結(jié)構(gòu)筒體系中，混凝土筒的施工進(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)的

規(guī)定，而混凝土施工規(guī)規(guī)定的誤差限值也已大于鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)規(guī)定甚多。當(dāng)鋼

梁與混凝土采用預(yù)埋鋼板相連接時，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：

1、框架結(jié)構(gòu)體系。它指所有結(jié)構(gòu)單體都是框架。有時也稱純框架結(jié)構(gòu)體

系。

2、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。

3、框架-剪力墻結(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。

4、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。

5、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

1、框架一彎曲桿系

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。

框架可以是等跨的或不等跨的，層高相等的或不完全相等的。有時因使用和建

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。

2、剪力墻一平面構(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33皿，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)行力和

位移分析時，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)，有時也

稱抗震墻。

3、筒體一立體構(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（柱

距常為1.5m-4.0m）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。

簡體結(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）

6、7度7度8度9度

結(jié)構(gòu)類型

(0.10g)(0.15g)(0.20g)(0.30g)(0.40g)

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300280260240180

撐框架

注：1、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?/p>

屋頂部分）。

2、超過表高度的房屋，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6、7度8度9度

最大高寬比6.56.05.5

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，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

1、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。

2、地震區(qū)的高樓采用框架體系時，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。

3、框架的桿件類型少，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)

1、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。

2、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，梁、柱截面尺寸將大到超出經(jīng)濟(jì)、合理圍。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

1、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。

2、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

1、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。

2、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。

3、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-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-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-筒體系。

框架-支撐體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，形成若干幅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，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，形成若干根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)，在水平荷載作用下，通過剛性樓板或彈性樓板的變形協(xié)調(diào)與剛接框架

共同工作，形成一雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，該體系常稱框架-支撐體系。

框架-筒體系是結(jié)合建筑使用要求形成的，常用于辦公建筑。建筑使用上

筒作為電梯間和樓梯間等公用設(shè)施服務(wù)區(qū)，并在沿筒外側(cè)周邊形成一辦公區(qū)，，

結(jié)構(gòu)上也相應(yīng)地布置一圈外框架。沿筒周邊及電梯井道和樓梯間等長隔墻部位

常可設(shè)置支撐框架，因而形成一帶支撐框架的筒結(jié)構(gòu)，這種筒具有較大的抗側(cè)

剛度。筒與外框架的組合則構(gòu)成框架-筒體系。在這一體系中，筒是主要抗側(cè)

力結(jié)構(gòu)?？蚣?筒體系也是雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系。筒的梁、柱節(jié)點(diǎn)可采

用剛接連接或較接連接，如為剛接并在一些框架柱之間設(shè)置豎向支撐則形成支

撐框架，如為較接則可形成相應(yīng)的支撐排架。

上述兩種體系的豎向支撐設(shè)置位置，常限于建筑立面造型要求，以及下部

幾層的通行要求，未能沿外墻周邊部位設(shè)置，只能在隔墻及簡部位設(shè)置。由于

框架-支撐體系與框架-筒體系得受力特性和變形特征基本相同，故可對這兩種

體系一并分析討論。

上述支撐框架及支撐排架的應(yīng)用有下列特點(diǎn)。

1、支持框架

支撐框架與一般的豎向懸臂桁架在計(jì)算模型及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上有著不同之處。

支撐框架中的框架梁與框架柱仍為剛接連接，而支撐桿的兩端常假定為與

梁柱節(jié)點(diǎn)較接相連，即支撐桿中不產(chǎn)生彎矩和剪力，只產(chǎn)生軸力。因此，

支撐框架既有框架的受力特性和變形特征，又有較接桁架的受力特性和變

形特征。之所以在一些實(shí)際工程中采用支撐框架，其原因一是它有利于增

加結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度。二是梁柱仍采用剛接連接與相鄰的框架梁連接時，在

構(gòu)造上及力的傳遞方面仍可保持連續(xù)性和基本一致性。

2、支撐排架

支撐排架是豎向懸臂桁架，它與一般較接桁架在計(jì)算模型及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造上是

相同的，即梁、柱及支撐等三者均設(shè)定為較接連接，其中橫梁是假定為兩

端較接的簡支梁，柱腳與基礎(chǔ)也是較接相連。

支撐類型

支撐類型的選擇與是否抗震及非抗震建筑有關(guān)，也與建筑的層高、柱距，

以及建筑使用要求，如人行通道、門洞和空調(diào)管道設(shè)置等有關(guān)，因此常需根據(jù)

不同的設(shè)計(jì)條件選擇適宜的支撐類型。

1、中心支撐

中心支撐是常用的支撐類型之一。中心支撐是指斜桿與橫梁及柱匯交于一

點(diǎn)，或兩根斜桿與橫梁匯交于一點(diǎn)，也可與柱子匯交于一點(diǎn)，但匯交時均

無偏心距。根據(jù)斜桿的不同布置形式，可形成十字交叉斜桿、單斜桿、人

字形斜桿或K形斜桿，以及V字形斜桿等斜桿類型。

在風(fēng)荷載作用下各類中心支撐，均具有較大的側(cè)向剛度，對減小結(jié)構(gòu)的水

平位移和改善結(jié)構(gòu)的力分布是有效的。但在水平地震作用下，中心支撐容

易產(chǎn)生側(cè)向屈曲，尤其在往復(fù)的水平地震作用下，會產(chǎn)生下列后果：

(1)支撐斜桿重復(fù)壓曲后，其受壓承載力急劇降低；

(2)支撐的兩側(cè)柱子產(chǎn)生壓縮和拉伸變形時，由于支撐的端節(jié)點(diǎn)實(shí)際構(gòu)

造做法并非較按，引發(fā)支撐產(chǎn)生很大的力及應(yīng)力；

(3)往復(fù)的水平地震作用，斜桿會從受壓的壓曲狀態(tài)變?yōu)槭芾睦鞝?/p>

態(tài)，這將對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊性作用力，使支撐及其節(jié)點(diǎn)和相鄰的構(gòu)件產(chǎn)生很

大的附加應(yīng)力；

(4)往復(fù)的水平地震作用，使同一層支撐框架的斜桿輪流壓曲又不能恢

復(fù)(拉直)、樓層的受剪承載力迅速降低。

對于地震區(qū)的建筑，規(guī)規(guī)定不得采用K形中心支撐，其原因是從上述3、

4兩點(diǎn)因素考慮，K形支撐的斜桿因受壓屈曲或受拉屈服時，將使柱子發(fā)

生屈曲甚至嚴(yán)重?fù)p壞。

采用單斜桿支撐且只能受拉不能受壓時，規(guī)規(guī)定應(yīng)成對地設(shè)置對稱的單斜

桿，以使在往復(fù)的水平地震作用下，可由對應(yīng)方向的斜桿承擔(dān)軸向拉力，

避免剪力受彎傳遞路線受到中斷而破壞。

設(shè)置單斜桿的支持框架，其受力特性基本上屬靜定的桁架結(jié)構(gòu)，即使對單

斜桿按受壓桿設(shè)計(jì)，水平地震作用下也難以避免因屈曲而喪失承載力。相

比之下如果采用屬于超靜定桁架結(jié)構(gòu)的十字交叉斜桿，由于贅余桿可能首

先破壞，相應(yīng)地結(jié)構(gòu)的抗震能力將受到削弱，但水平剪力仍可由后備斜桿

繼續(xù)向下傳遞，不致遭受嚴(yán)重破壞而倒塌。

2、偏心支撐

(1)偏心支持框架的類型和耗能梁段的構(gòu)成

在支撐框架中對支撐斜桿與梁進(jìn)行偏心連接的設(shè)計(jì)意圖，是要構(gòu)成耗能梁

段。因此，偏心支撐框架中每一根支撐斜桿兩端，至少有一端與梁相交(不

在柱節(jié)點(diǎn)處)，另一端可在梁與柱交點(diǎn)處進(jìn)行連接，或偏離另一根支撐斜

桿一段長度與梁連接，并在支撐斜桿桿端與柱子之間構(gòu)成一耗能梁段，或

在兩根支撐斜桿的桿端之間構(gòu)成一耗能梁段。如圖所示各種偏心支撐框架

的類型和耗能梁段的構(gòu)成。

除圖中，耗能梁端是位于兩根支撐斜桿上端的端點(diǎn)之間，其余的圖形，支

撐斜桿桿端與柱子之間均有一根長度較短的耗能梁段，相應(yīng)地這些梁段容

易產(chǎn)生剪切屈服。

支撐斜桿宜采用焊接H型鋼或軋制H型鋼。對偏心支撐框架作力分析時，

支撐斜桿可假定為兩端較接的圖形，但在構(gòu)造上則應(yīng)形成剛接與耗能梁端

及柱子相連。

(2)采用偏心支撐和構(gòu)成耗能梁段的目的

中心支撐在水平地震作用下的主要缺點(diǎn)，是在重復(fù)屈曲后承載力急劇下

降，這在強(qiáng)余震下對結(jié)構(gòu)是很不利的。采用偏心支撐的主要目的時改變支

撐斜桿與梁(耗能梁段)的先后屈服順序，即在罕遇地震時，一方面通過

耗能梁段的非彈性變形進(jìn)行耗能，另一方面使耗能梁段的剪切屈服在先

(同跨的其余梁段未屈服)，從而保護(hù)支撐斜桿不屈服或屈服在后。

(3)實(shí)現(xiàn)耗能梁段保護(hù)支撐不屈曲的思路

實(shí)現(xiàn)耗能梁段保護(hù)支撐不屈曲的要求，可從兩方面調(diào)整這兩種構(gòu)件的承載

力。一是為實(shí)現(xiàn)耗能梁段先剪切屈服，要適當(dāng)控制梁段的長度，且使耗能

梁段的受彎承載力略大于受剪承載力，即設(shè)計(jì)成剪切屈服型，而且由腹板

承擔(dān)剪力，其設(shè)計(jì)剪力不超過受剪承載力的80%,使其在多遇地震下保持

彈性狀態(tài)；另一方面是提高支撐斜桿的受壓承載力，使其至少應(yīng)為耗能梁

段達(dá)到屈服強(qiáng)度時相應(yīng)支撐軸力的1.6倍。此外，為使塑性較出現(xiàn)在框架

梁上而不是在柱上，可將柱的設(shè)計(jì)力適當(dāng)增大，這是因?yàn)閺?qiáng)柱弱梁的設(shè)計(jì)

原則同樣適用于偏心支撐框架，而且對應(yīng)耗能梁段的承載力，也應(yīng)增大柱

子的力設(shè)計(jì)值。

3、跨層支撐

跨層支撐是指支撐的上下端跨越兩個以上的樓層高度的支撐，相應(yīng)地支撐

斜桿與兩個以上樓層框架梁相交?？鐚又沃饕糜谥噍^大，也為避免

斜桿與框架梁之間的夾角太小的情況。這類支撐由于柱距較大，故可增大

支撐的側(cè)向剛度。這類支撐由于跨越兩個以上的樓層高度，當(dāng)與中間框架

梁相交時，可以使框架梁貫通，將支持斜桿分成若干段與框架梁連接；也

可使支撐斜桿貫通，將框架梁分段與斜桿連接。

4、關(guān)于上下樓層段采用不同支撐類型

在一個工程中自上而下宜選用一種支撐類型，以使支撐框架的側(cè)向剛度和力分

布不出現(xiàn)突變。但由于建筑布置的變化、層高的加大或結(jié)構(gòu)類型及結(jié)構(gòu)體系的

改變，需變換上下樓層段的支撐類型時，宜采取適當(dāng)措施以適應(yīng)這一變換。

（1）上部為偏心支撐下部為中心支撐

在高層建筑的底部幾層，常是層高較高的廳堂等公用建筑部位，當(dāng)上部采用人

字形等偏心支撐時，如底部幾層再繼續(xù)采用這類支撐，由于斜桿與橫梁間的夾

角過大等原因，需要改用十字交叉斜桿等類型的中心支撐，而形成上下樓層段

采用不同類型的支撐。由于中心支撐的抗震性能不如偏心支撐，故規(guī)對此作了

有條件應(yīng)用的規(guī)定，即規(guī)定首層的彈性承載力為其余各層承載力的1.5倍時，

才可以在首層采用中心支撐。這一規(guī)定的目的是增大首層支撐的承載力，減少

支撐屈曲的可能性。

（2）上部為鋼支撐、地下室部分為混凝土剪力墻

規(guī)規(guī)定框架-支撐體系中，豎向連續(xù)布置的豎向支撐，應(yīng)以剪力墻形式延伸至

基礎(chǔ)。但在構(gòu)造做法上宜在混凝土墻適當(dāng)布置暗藏的鋼支撐，以使上部鋼支撐

與剪力墻交接節(jié)點(diǎn)形成應(yīng)力過度，避免應(yīng)力集中和應(yīng)力突變。

框架-支撐體系的變形特征

水平荷載作用下單幅豎向懸臂桁架的變形曲線是由兩部分組成的，一部分

是弦桿（柱）拉伸和壓縮變形形成的彎曲變形，另一部分是腹桿拉伸和壓縮變

形形成的剪切變形，由于后者的數(shù)值較小，故桁架的變形以彎曲變形為主。對

于支撐框架，其剪切變形的成分將增大，但仍屬以彎曲變形為主的結(jié)構(gòu)。

在水平荷載作用下，支撐框架與框架共同工作時，由于框架剪切變形的成

分更大一些，故框架-支撐體系得變形曲線常屬于彎剪型的。

對支撐框架的側(cè)向剛度的要求

框架-支撐體系是雙重抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系，具有良好的抗震特性和較大的側(cè)

向剛度，這類體系的建筑適用高度約為框架體系的兩倍。在罕遇地震作用下，

支撐框架是這一體系中的第一道抗震防線；為避免支撐框架與框架同時遭受嚴(yán)

重破壞，宜對相對于第二道防線框架的支撐框架要求有足夠大的側(cè)向剛度。對

此，參考鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)體系中對剪力墻的剛度要求，即剪力墻所承擔(dān)的

傾覆力矩要大于50%,相應(yīng)地也宜要求支撐框架所承擔(dān)的傾覆力矩大于50%,

以此衡量對支撐框架的側(cè)向剛度要求。

1、中心支撐

（1）中心支撐（軸交支撐）的特征是：支撐的每個節(jié)點(diǎn)處，各桿件的軸

心線交匯于一點(diǎn)，中心支撐框架宜采用X形支撐、人字形支撐或單斜桿支撐，

不宜采用K形支撐；支撐桿件的軸線應(yīng)交匯于梁、柱桿件軸線的交點(diǎn)，確有困

難時，偏離中心的距離不應(yīng)超過支撐桿件寬度，并應(yīng)計(jì)入由此產(chǎn)生的附加彎矩。

（2）X形、人字形等中心支撐，具有很大的抗推剛度和水平承載力，用

于高樓抗風(fēng)是十分有效的。此外，用于抵抗7度以下地震也是可行的。

（3）往復(fù)荷載作用下大變形試驗(yàn)情況表明：支撐斜桿反復(fù)受壓、受拉時,

其受壓剛度和承載力將進(jìn)一步降低；下降的幅度與往復(fù)荷載循環(huán)次數(shù)成正比；

斜桿從壓曲狀態(tài)驟然拉直時的繃