第十章高層鋼框架設計主要內容第一節高層鋼結構的體系和布置第二節高層鋼結構的荷載及效應組合第三節高層鋼結構的內力與位移分析第四節高層鋼結構的構件及節點設計第一節高層鋼結構的體系和布置一、高層鋼結構的特點1、結構性能的特點（1）自重輕以中等高度的高層結構為例，采用鋼結構承重骨架，可比鋼筋混凝土結構減輕自重1/3以上，因而可顯著減輕結構傳至基礎的豎向荷載與地震作用。（2）抗震性能良好由于鋼材良好的彈塑性性能，可使承重骨架及節點等在地震作用下具有良好的延性及耐震效果。第一節高層鋼結構的體系和布置（3）能更充分地利用建筑空間與同類鋼筋混凝土高層結構相比，由于柱網尺寸可適當加大及承重柱截面尺寸較小，因而可相應增加建筑使用面積2％～4％。此外，由于可采用組合樓蓋并利用鋼梁腹板穿孔設置管線，還可適當降低建筑層高。由于設計柱網尺寸的選擇幅度較大，更有利于滿足建筑功能的空間劃分。（4）建造速度快由于可以在工廠制造構件，并采用高強度螺栓與焊接連接以及組合樓板等配套技術進行現場裝配式施工，與同類鋼筋混凝土高層結構相比，一般可縮短建設用期1/4～1/3。第一節高層鋼結構的體系和布置表10-1鋼與混凝土和組合結構體系的比較指標鋼框支撐體系混凝土剪力墻－框筒體系鋼混組合框筒體系結構鋼材（kg/m2）102.620.0053.75樓板混凝土（m3/m2）0.10.260.1混凝土柱和墻（m3/m2）0.000.150.09鋼筋（kg/m2）2.9351.3119.54模板（m2/m2）1.02.00.50鋼樓板（m2/m2）1.00.001.0防火（m2/m2）0.90.000.6工期（a）121.25墻皮金屬/玻璃混凝土或石混凝土或石第一節高層鋼結構的體系和布置（5）防火性能差不加耐火防護的鋼結構構件，其平均耐火時限約為15min，明顯低于鋼筋混凝土構件。故當有防火要求時，鋼構件表面必須用專門的耐火涂層防護，以滿足《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045－95）的要求。2、結構荷載的特點（1）水平荷載是設計控制荷載。與其他高層結構一樣，由于建筑高度顯著增加，風荷載或地震作用等水平荷載成為設計高層鋼結構的控制性荷載，從而對結構材料用量也有著極大的影響。隨建筑高度增加，結構材料用量增加幅度變化可參見圖10-1。第一節高層鋼結構的體系和布置第一節高層鋼結構的體系和布置（2）風荷載和地震作用雖然都是控制水平荷載，但由于兩者性質不同，設計時應特別注意其各自的特性與計算要求：①風荷載是直接施加于建筑物表面的風壓，其值和建筑物的體型、高度以及地形地貌有關。而地震作用卻是地震時的地面運動迫使上部結構發生振動時產生并作用于自身的慣性力，故其作用力與建筑物的質量、自振特性、場地土條件等有關。第一節高層鋼結構的體系和布置②高層鋼結構屬于柔性建筑，自振周期較長，易與風載波動中的短周期成分產生共振，因而風載對高層建筑有一定的動力作用。但可僅在風載中引入風振系數后，仍按靜載處理來簡化計算。而地震作用的波動對結構的動力反應影響很大，必須按考慮動力效應的方法計算。③風載作用時間長、頻率高，因此，在風載作用下，要求結構處于彈性階段，不允許出現較大的變形。而地震作用發生的幾率很小，持續時間很短。因此，對抗震設計允許結構有較大的變形，允許某些結構部位進入塑性狀態，從而使周期加長，阻尼加大，以吸收能量，達到“小震不壞，大震不倒。”第一節高層鋼結構的體系和布置3、結構設計的特點（1）要求更加注意對變形的控制，結構的側向剛度往往是主要的設計控制指標。除了滿足強度可靠的要求外，還應更加注意按使用（如舒適度）要求的頂點位移限值及按保證圍護結構不致嚴重損壞的層間位移限值；必要時還應考慮結構物在局部變形狀態下的位移限值。第一節高層鋼結構的體系和布置（2）要求采用更加準確與完善的設計方法。由于高層建筑的重要性及力學特征，為了較準確地判明其承載能力及適應變形能力，需采用較完善的設計方法。如其體型較特殊時，需進行風洞試驗以確定其風荷載值。對抗震設防要求較高的高層結構需采用直接動力分析方法進行抗震計算分析，以便從強度、剛度和延性等3個方面來判別高層結構的各部位是否安全。第一節高層鋼結構的體系和布置4、結構體系的特點根據高層結構的荷載特點，其結構體系必須包括兩個抗力系統，即抗重力系統和抗水平側力系統。后者可按結構高度、建筑形式及水平荷載大小等分別選用框架、框架－抗剪結構(支撐、抗剪墻、筒體等)各類結構體系。其中剪力墻或筒體亦可采用鋼筋混凝土結構．其技術經濟效果更為良好。為了可靠地協調結構整體工作，在構造上需設置各樓層的水平剛性樓板（一般為壓型鋼板與現澆混凝土的組合樓板）以及帽帶、腰帶水平桁架。在柱的下段需將其可靠且方便地嵌固于地下室或箱基墻中，通常將地下部分及地上若干層做成型鋼混凝土結構（也稱SRC結構）。第一節高層鋼結構的體系和布置二、高層鋼結構種類高層鋼結構體系主要有框架結構體系、框架一抗剪桁架結構體系、半筒體結構體系、外框筒結構體系、成束筒結構體系和巨型桁架外筒結構體系等。1、框架結構體系框架結構體系是由梁、柱通過節點的剛性構造連接而成的多個平面剛接框架結構組成的建筑結構體系。它包括各層樓蓋平面內的梁格系統和各豎直平面內的粱、柱組成的平面剛接框架體系。結構體系的整體性取決于各柱和梁的剛度、強度以及節點剛接構造的可靠性。層數、層高和柱距是決定結構設計的主要因素。第一節高層鋼結構的體系和布置下圖表示剛接框架體系的幾種平面形式。剛接框架結構體系對于30層左右的樓房是較為合適的。超過30層后，這種體系的剛度不易滿足要求。在風荷載和地震荷載等水平力作用下，暴露明顯的缺陷，常需采用剪力墻或筒體結構來加強剛接框架而另成別的體系。框架結構體系的最大優點是建筑平面布置靈活，能適用于各類性質的建筑；其缺點是側向剛度較差，在大風或中等地震荷載作用下，層間位移較大，會導致非結構部件破壞。我國上海新建的金山港飯店和金沙江大酒店，均采用鋼框架結構體系。第一節高層鋼結構的體系和布置框架結構體系的平面形式（a）雙向十字交叉框架；（b）踏步式平行內柱的平行框架；（c）平行的橫向框架；（d）曲線網格上的橫向框架；（e）圓弧包絡的徑向框架；（f）雙軸平行雙向框架；（g）徑向網格上的橫向框架第一節高層鋼結構的體系和布置剛接框架結構在豎向荷載作用下的承載能力決定于梁、柱的強度和穩定性，在這方面的受力情況與其他結構體系的情況基本相同。水平荷載的作用是剛接框架結構不能用于層數過高的樓房的決定件因素。下圖表示平面框架結構在水平荷載作用下的水平位移，它包括兩部分，一部分是豎向構件（柱）承受軸向壓力或拉力引起的水平位移，另一部分為各層梁、柱在剪力作用下引起的水平位移，后者可能占總水平位移的80％左右。第一節高層鋼結構的體系和布置框架結構的水平位移（a）平面框架在水平荷載作用下的位移（虛線）；（b）豎向構件（柱）承受軸向力引起的位移；（c）各層梁、柱在水平剪力作用下引起的位移第一節高層鋼結構的體系和布置2、框架－剪力墻結構體系高樓建筑結構設計的重要內容之一是控制樓房頂點的側移（水平位移）在一定的限度以內，而剛接框架結構到達一定高度后，難以承受在水平荷載作用下的水平剪力。采用剪力墻來承受水平剪力是行之有效的結構措施。所謂剪力墻，不—定都是指鋼筋混凝土墻體，在鋼結構中也常用鋼支撐（交叉支撐或斜型腹桿)把部分框架組成堅強的豎直桁架以代替笨重的鋼筋混凝土墻體。如圖所示的幾種型式，即能有效地提高結構體系的抗剪剛度而大大減少水平位移。這種結構型式一般稱之為框架－剪力墻結構體系。第一節高層鋼結構的體系和布置圖10-4框架－剪力墻結構體系（a）實體式剪力墻；（b）、（c）由交叉支撐組成的桁架式剪力墻第一節高層鋼結構的體系和布置剛接框架在水平荷載作用下的自由位移見下圖所示，而剪力墻結構的自由位移見下圖所示，兩者的基點位移畫在同一坐標圖上，并將兩者共同工作時的位移曲線也表示出來則可見下圖。當剛接框架和剪力墻共同工作而成為框架－剪力墻體系時，框架主要作為承受豎向荷載的結構，也承受一部分水平荷載（一般占15％～20％）。大部分水平荷載由剪力墻承受。第一節高層鋼結構的體系和布置圖10-5框架－剪力墻結構體系（a）剛接框架的自由位移；（b）剪力墻結構的自由位移；（c）兩種自由位移的合成；（d）框架－剪力墻體系的共同位移；（e）剛接框架與剪力墻之間的內部作用力分布第一節高層鋼結構的體系和布置除典型的框架－剪力墻體系外，把整個結構體系中的某幾榀框架完全做成剪力墻而具有很大的側向抗剪剛度，其他大部分仍保持剛接框架的形式，兩者雖不在同一豎直平面內，由于各層樓蓋都具有巨大的水平平面剛度（用預制樓板而剛度不足時，可采用一些構造措施），把所有的框架和剪力墻聯結在一起共同抵抗水平荷載。這樣可以多功能地靈活地進行建筑布置，在某些地點設置強大的剪力墻不影響建筑使用，但對增加結構體系的剛度和承載能力卻有顯著的效果。第一節高層鋼結構的體系和布置

框架－剪力墻結構體系用于40層左右的高樓比較合適，高于40層的建筑物在采用這一體系時，應采用一些加強和改進的措施。在樓高度適當位置上加設一道或幾道水平的層桁架（即將上下兩層的樓面大梁用交叉支撐或斜腹桿和柱組成一道水平桁架）。由于層桁架有較大的剛度，當剪力墻產生側移而旋轉時能起阻止和約束作用。樓層頂端設置的水平層桁架第一節高層鋼結構的體系和布置

3、外筒式結構體系當樓房高度超過60層后，水平荷載作用的影響愈來愈嚴重，結構體系必須具有更強有力的承受水平荷載的有效部分。為此，宜把具有很大的平面幾何尺寸的外圈柱網組成能夠承受水平荷載的外筒體。在結構平面上，除了外筒體以外，還有各層梁格和內部承重柱，它們也常以框架的形式出現，但相比之下，它們的側向剛度很差，水平荷載不再由它們來承受。第一節高層鋼結構的體系和布置最簡單的外筒體是采用密排的柱和各層樓蓋處的橫梁（或以窗下墻作為橫梁）剛接而成的密間距矩形網絡，四周成圈，形成一個懸臂筒（豎直方向）以承受水平荷載，豎直荷載則主要由內部柱來承受。這種體系的建筑平面具有很大的多功能靈活性，外圈密排式空腹格網可直接作為安裝玻璃的窗框。這種結構的外筒是由空腹格網組成的框架式結構，故稱框架筒，其合適高度為80層左右。外筒式結構體系第一節高層鋼結構的體系和布置框架筒結構在水平荷載作用下，仍存在一定的缺點，最簡單而有效的方法是把剛性框架結構（外筒）改為桁架式結構，成為桁架式外筒結構。這一改進使外筒式結構體系對很高的建筑物仍然有效（可達100層以上）。美國芝加哥的約翰.漢考克中心的桁架式外筒結構，強大的交叉支撐外露于建筑物的立面上，該樓共100層，總高335m。桁架式外筒結構第一節高層鋼結構的體系和布置4、筒中筒結構體系加強外筒式結構體系的另一方法是在內部設置強勁的剪力墻式的內筒（核心筒），從而發展成筒中筒結構體系。樓蓋結構把外筒和內筒聯合在一起而成一整體，共同承受水平荷載和豎直荷載（常不設其他內柱）。筒中筒結構體系的合適高度也可用到100層左右。第一節高層鋼結構的體系和布置5、筒束結構體系筒式結構的發展，從單筒到筒中筒，又進而把許多個筒體排列成筒束結構體系。筒束結構在承受水平荷載引起的彎矩時，改善了剪力滯后現象引起的外筒式結構中各柱內力分布的不均勻性。美國芝加哥的西爾茲大樓是目前國際上采用筒束結構的典型實例。筒束結構體系的合適高度約為110～120層。如采用桁架式筒束結構體系，有可能把有效高度提高到140層以上。第一節高層鋼結構的體系和布置6、鋼－混凝土組合結構體系高層組合結構體系主要有以下兩種。（1）鋼外框架－鋼筋混凝土核心筒體系

此體系由鋼筋混凝土核心筒承受全部側向荷載，而鋼外框架只承受豎向荷載。因為鋼框架不承受側向荷載，所以既能更好地發揮高強鋼的效應，又能簡化鋼框架梁柱節點的構造，一般只需作簡單的連接即可。此外，鋼梁的跨度大，使建筑有較多的空間和使用面積。它的缺點是：核心筒布置不夠靈活，側向剛度不夠大，而且筒身墻也占據了一定空間。第一節高層鋼結構的體系和布置圖10-11鋼－鋼筋混凝土組合結構1-鋼筋混凝土核心筒；2-鋼外框架第一節高層鋼結構的體系和布置這種結構體系適合于20～40層的高層建筑，它在東歐和西歐采用較多；我國上海新建的靜安希爾頓飯店和瑞金賓館，都是屬于這一類體系。（2）鋼筋混凝土外框筒－鋼內框架體系如圖所示，這種結構體系內鋼筋混疑土框筒承受全部側向荷載，而鋼內框架僅承受豎向荷載，因此能更好地發揮高強鋼的效能，同時梁與柱可采用簡單的連接。此外，混凝土的隔熱性能好，可降低冷熱負荷而節約能源。內框架對電梯間等公用設施的布置也十分靈活，不像混凝土核心筒那樣，在設計中將受到某些條件的限制而較難處理。第一節高層鋼結構的體系和布置圖10-12鋼筋混凝土外筒組合結構1-鋼內框架；2-鋼筋混凝土外筒第一節高層鋼結構的體系和布置此外，這種結構體系的平面形狀可以變化，因為外框筒有較大的抗扭剛度，故對其外形不要求完全對稱，如圖10-13所示。同時，內框架系統因不承受側力，故其平面可以任意布置，這些將是建筑師所歡迎的。鋼筋混凝土外筒組合結構不同平面第一節高層鋼結構的體系和布置這種結構體系適用于50～80層的高層建筑。除上述兩種組合結構體系外，最后在此值得一提的還有日本高層建筑中頗具特色的一種結構體系，它將地面以上1～3層采用勁性鋼筋混凝土梁和柱（即在鋼筋混凝土梁和柱內埋入型鋼）作為過渡段，以增加結構的剛度；3層以上則全是鋼結構，以減輕自重和縮短施工周期。日本東京47層的京王廣場旅館和30層的太平洋東京旅館等均采用這種結構體系。第一節高層鋼結構的體系和布置三、高層鋼結構的布置1、結構平面布置（1）建筑平面及體型宜簡單規則。平面布置應力求使結構的抗側力中心與水平荷載合力中心重合，以減小結構受扭轉的影響。建筑的開間、進深應盡量統一，以減少構件規格，利于制作和安裝。結構平面布置不宜使鋼柱截面尺寸過大，鋼板厚度不宜超過100mm。（2）抗震設計的高層建筑，在結構平面布置上具有下列情況之一者，為平面不規則結構。第一節高層鋼結構的體系和布置①任一層的偏心率大于0.15。②結構平面形狀有凹角，凹角缺少部分在兩個方向的長度，都超過各自方向建筑物尺寸的25％。③樓面不連續或剛度突變，包括開洞面積超過該層總面積的50％。④抗側力構件既不平行于又不對稱于抗側力體系的兩個互相垂直的主軸。（3）高層建筑宜選用風壓較小的平面形狀，并應考慮鄰近高層房屋對該房屋風壓的影響，在體型上應力求避免在風作用下的橫向振動。第一節高層鋼結構的體系和布置（4）建筑物平面宜優先采用方形、圓形、矩形及其他對稱平面。抗震設計的常用建筑平面和尺寸關系見圖所示。筒體結構多采用正方形、圓形、正多邊形，當框筒結構采用矩形平面時，其長寬比不宜大于1.5：1。抗震建筑平面第一節高層鋼結構的體系和布置（5）高層建筑鋼結構不宜設置防震縫。體型復雜的建筑應符合實際結構的計算模型，進行較精確的抗震分析，估計其局部的應力和變形集中及扭轉影響，判明其易損部位，采取措施提高抗震能力。

高層建筑鋼結構可不設伸縮縫。當高層部分與裙房間不設沉降縫時，基礎設計應進行基礎整體沉降驗算，并采取必要措施減輕差異沉降造成的影響，在施工中宜預留后澆帶，連接部位還應加強構造和連接。第一節高層鋼結構的體系和布置（6）高層建筑鋼結構的平面布置宜設置中心結構核心，將樓梯、電梯、管道等設置其中。對于抗震設防烈度7度和7度以上地區的建筑，在結構單元的端部角區或凹角部位，不宜設置樓梯、電梯間，必須設置時應采取加強措施。2、結構豎向布置（1）抗震設計的高層建筑，在結構的豎向布置上具有下列情況之一者，為豎向不規則結構。①樓層剛度小于其相鄰上層剛度的70％，且連續三層總的剛度降低超過50％。第一節高層鋼結構的體系和布置②相鄰樓層有效質量之比超過1.5，但輕屋蓋與相鄰樓層的有效質量之比除外。③立面收進部分的尺寸比值為下列情況者：A.第一節高層鋼結構的體系和布置B.當收進位于0.15H范圍內時，④豎向抗側力構件不連續。⑤任一樓層抗側力構件總抗剪承載力，小于其相鄰上層的80％。（2）抗震設計的框架－支撐結構中．支撐宜在豎向連續布置。除底部較高樓層、水平帽狀桁架和帶狀桁架所在樓層及頂部不規則樓層外，支撐的形式和布置在豎向宜一致。第一節高層鋼結構的體系和布置抗震高層建筑底層在布置大空間時，應使核心筒上下連續，根據分析保留必要數量的支撐、剪力墻和柱，避免剛度突變。在設防烈度9度地區不應采用大梁托柱的結構形式。3、結構布置的其他要求（1）高層建筑鋼結構的樓板，必須有足夠的承載力、剛度和整體性。樓板宜采用壓型鋼板現澆鋼筋混凝土樓板。當采用預應力混凝土薄板加混凝土現澆層或一般現澆鋼筋混凝土樓板時，應保證樓板與鋼梁的可靠連接。預制鋼筋混凝土樓板不得在設防烈度9度地區的建筑、高度超過50m的建筑以及轉換層樓蓋中采用。在其余情況采用時，必須保證樓板與鋼梁以及樓板之間的可靠連接，并加鋪鋼筋混凝土現澆層。第一節高層鋼結構的體系和布置（2）對轉換層或設備、管道洞口較多的樓層，應采用現澆多筋混凝土樓板，必要時可設水平剛性支撐。建筑物上部有較大天井時，可在井口的上下兩端樓層用水平桁架將天井開口連接起來，或采取其他有效措施，以增強結構的抗扭剛度。（3）在設防烈度7度及7度以上地區的建筑中，各種幕墻與主體結構的連接，應充分考慮主體結構產生反向位移時幕墻的隨動性，使幕墻不增加主體結構的剛度。（4）暴露在室外的鋼結構構件．應采取隔熱和防火措施，以減少溫度應力的影響。第一節高層鋼結構的體系和布置四、高層鋼結構的材料選用以《高層民用建筑鋼結構技術規程》（JGJ99-98）（以下簡稱《高鋼規程》)和《鋼骨混凝土結構設計規程》(YB9082-97)(以下簡稱《鋼骨規程》)的規定為例來說明高層鋼結構中的材料選用方法。（一）《高鋼規程》對鋼材材質的要求1、鋼號的選用（1）宜用的鋼號Q235等級B、C、D的碳素結構鋼，其質量標準應符合現行國家標準《碳素結構鋼》（GB/T700-88）；第一節高層鋼結構的體系和布置Q345等級B、C、D、E的低合金高強度結構鋼，其質量標準應符合現行國家標準《低合金高強度結構鋼》(GB／T159l-94)。（2）不宜采用的鋼號

Q235的A級鋼不能用于高層建筑鋼結構，因A級鋼不要求任何沖擊試驗值，并只在用戶有要求時才進行冷彎試驗，且不保證焊接要求的含碳量；

Q345的A級鋼不宜用于高層建筑鋼結構，因A級鋼不保證沖擊韌性要求；第一節高層鋼結構的體系和布置

Q390(原15MnV)鋼及橋梁鋼(15MnVq)不宜于高層建筑鋼結構，因15MnV及15MnVq的伸長率為18％，不符合伸長率應大于20％的規定；

16Mnq鋼不能用于高層建筑鋼結構，因其伸長率為19％，且在現行國家標難《低合金高強度結構鋼》(GB／T1591-94)中未列入。第一節高層鋼結構的體系和布置2、主要承重結構鋼材的力學性能保證項目（1）基本保證項目應保證抗拉強度、屈服點、伸長率、冷彎試驗、沖擊韌性等5項力學性能。采用焊接連接的節點，鋼板厚度等于或大于50mm，并承受板厚方向的拉力時，應附加板厚方向斷面收縮率的保證項目，并不得小于現行國家標準《Z向性能鋼板》（GB/T5313-85）中Z15級規定的允許值。（2）抗震結構鋼材的附加規定①強屈比，以便結構在罕遇地震時，結構產生塑性變形后，構件仍具有一定的強度儲備。第一節高層鋼結構的體系和布置②應有明顯的屈服臺階，以使結構在罕遇地震時，具有良好的塑性性能。③伸長率，它反映鋼材能承受殘余變形量的程度及塑性變形的能力。④應有良好的焊接性。焊接性是指能順利進行焊接．不產生因鋼材原因引起的焊接缺陷，焊后保持材料的彈性性能。上述要求，對于符合國家標準的Q235的B、C、D級鋼，以及Q345的B、C、D、E級鋼均能符合要求。第一節高層鋼結構的體系和布置3、鋼材的化學成分保證項目在保證鋼材的力學性能的同時，還應將碳、硫、磷等3項化學成分也作為保證項目，以使有良好的焊接性和使力學性能符合要求。4、外露結構及低溫環境的鋼材外露承重結構鋼材應符合耐大氣腐蝕的要求。低溫環境下的承重結構鋼材應符合避免低溫冷脆的要求，根據計算溫度選用Q235的C、D級鋼和Q345的C、D、E級鋼。第一節高層鋼結構的體系和布置（二）《鋼骨規程》對鋼材材質的要求鋼骨規程對鋼材材質要求基本上同《高鋼規程》的規定，但也有如下的補充規定和有差別的規定：1、采用國外鋼材時，鋼材的化學成分及其含量限值、力學性能、強屈比及焊接性等均應符合我國標準的規定；2、構件上的鋼板厚度等于或大于36mm，并承受沿板厚方向的拉力作用時，附加板厚方向的斷面收縮率要求，其值不得小于Z15級規定的容許值。這一規定與《高鋼規程》的不同處在于后者的板厚下限為50mm，而上海市標準《高層建筑鋼結構設計暫行規定》（DBJ08-32-92）為40mm，三者宜協調一致。第一節高層鋼結構的體系和布置（三）設計時考慮的其他因素高層建筑鋼結構的鋼材選用，除要考慮鋼材材質符合《高鋼規程》及《鋼骨規程》規定的力學性能和化學成分外，還宜考慮下列情況。1、關于高強度鋼材的應用現行的《高鋼規程》推薦采用碳素結構鋼Q235和低合金鋼Q345。Q345鋼與日本廣泛應用的SM490鋼及美國的ASTMA79／50級鋼的屈服強度值基本相同。高層建筑鋼結構中的鋼柱和豎向支撐用鋼量很大，但這些構件受長細比影響，采用更高強度的鋼材經濟效益不明顯。第一節高層鋼結構的體系和布置高層建筑鋼結構的側向剛度較小，但由于各種鋼號的鋼材彈性模量幾乎相等，如采用更高強度的鋼材，有些構件的截面尺寸要減小，使結構的側向剛度也相應減小，而且鋼材的延性也會降低。美國加州規范規定屈服強度超過50ksi（350MPa)的鋼材，要經過充分研究證明其性能符合要求后才能采用。因此，高強度鋼材在抗震高層鋼結構中的應用，應持慎重態度。2、對低溫環境和外露結構要選用適宜的鋼材對于冬季計算溫度低于0℃的情況，應考慮適應負溫的鋼材等級。對外露結構構件宜選用耐候鋼。第一節高層鋼結構的體系和布置3、慎用特厚鋼板對于大于100mm的特厚鋼板，由于國內尚無鋼材材質標準，廠家也未生產，即使采用進口鋼板，也仍需采用嚴格的焊接工藝措施。因此，現階段宜慎用這類特厚鋼板，也可采用調整柱距、結構布置或改變結構體系等方法，以使采用小于100mm的鋼板。4、對鋼梁宜優先采用熱軋H型鋼目前國內已生產較多規格的熱軋H型鋼。在地震區的高層建筑鋼結構，柱子常宜采用箱型截面柱，但鋼梁常采用H型截面和相應的熱軋H型鋼，其質量優于焊接H型鋼，價格也略低些。因此，對占用鋼量比例很大的鋼梁宜優先采用熱軋H型鋼。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合一、豎向荷載1、高層鋼結構的豎向荷載除按荷載規范有關條文選取外，特殊的使用空間應考慮不同活荷載，如屋頂花園可取為4.0KN/m2。直升飛機平臺活荷載應根據《高層建筑鋼結構設計與施工規程》以及其他有關規定采用。2、高層建筑中，活荷載值與永久荷載值相比是不大的，因此計算時，對樓層和屋面活荷載一般可不作最不利布置工況的選擇，而均采取滿布活荷載的計算圖形，以簡化計算。但活荷載較大時，需將簡化算得的框架梁的跨中彎矩計算值乘以系數1.1～1.2；梁端彎矩乘以系數1.05～1.1予以提高。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合3、當計算側向水平荷載與豎向荷載共同作用下結構產生的內力時，豎向荷載應按《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）的規定折減，但在抗震計算時另行考慮。4、施工中采用附墻塔、爬塔等對結構受力有影響的起重機械或其他施工設備時，在結構設計中應用根據具體情況驗算施工荷載的影響。二、風荷載1.作用在高層建筑任意高度處的風荷載（KN/m2）應按下式計算：第二節高層鋼結構的荷載及效應組合式中—任意高度處的風荷載標準值（KN/m2）；—高層建筑基本風壓（KN/m2）；—風載體型系數；—風壓高度變化系數；—順風向高度z處的風振系數。2、用于高層建筑的基本風壓值應按《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)規定的基本風壓值乘以系數1.1采用。對于特別重要和有特殊要求的高層建筑則乘以系數1.2。

第二節高層鋼結構的荷載及效應組合3、風壓高度變化系數的取值按《建筑結構荷載規范》(GB50009-2001)的規定采用。4、高層建筑風載體型系數可按下列規定采用。①單個高層建筑的風載體型系數可按特殊規定采用。②在城市新建高層建筑(其高度為H)，當鄰近已有—些高層建筑(其高度為)且時，應根據新舊高層建筑距離d的大小，考慮對高層建筑體型系數的增大影響即當時增大系數取1.3；當時增大系數取1.0；d為中間值時，增大系數按線性內插法計算。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合對待別重要或不規則的高層建筑，增大系數宜按建筑群模擬風洞試驗確定。③周圍環境復雜、外形極不規則的高層建筑體型系數，亦應按風洞試驗確定。④進行墻面、墻面構件、玻璃幕墻及其連接的局部驗算時，對負壓區應采用局部體型系數，此時不再采用上述②項的增大系數。5、沿高度為等截面的高層鋼結構，順風向風振系數可按相關規定采用。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合6、當高層建筑頂部有小體型的突出部分(如電梯井伸出屋頂，屋頂瞭望塔建筑等)時，設計應考慮鞭梢效應（在地震作用下，高層建筑或其他建筑物頂部細長突出部分振幅劇烈增大的現象）。一般可根據上部小體型建筑作為獨立體時的自振周期Tu與下部主體建筑的自振周期T1的比例，分別按下列規定處理：①當時，可簡化假定主體建筑為等截面沿高度延伸至小體型建筑的頂部，風振系數仍按《建筑結構荷載規范》GB50009-2001（以下簡稱《荷載規范》）的規定采用。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合②當時，風振系數應按風振理論參考《結構風壓和風振計算》或《工程結構風荷載理論及抗風計算手冊》等計算。鞭梢效應一般與上、下部質量比，自振周期比以及承風面積有關。研究表明在約大于1.5范圍內，盲目增大上部結構剛度反而起著相反效果，這一特點特別應引起注意。另外，盲目減小上部承風面積，在范圍內其作用也不明顯。7、在風荷載作用下圓筒形高層建筑鋼結構有時會發生橫風向的渦流共振現象，為了避免發生橫風向共振，設計圓筒形高層建筑鋼結構時，應滿足下列控制條件：第二節高層鋼結構的荷載及效應組合式中：—高層建筑頂部風速，；—臨界風速；—高層建筑的直徑；—高層建筑的基本周期。當不能滿足這一控制條件時，一般可增加剛度，使自振周期減小來提高臨界風速活進行橫風向渦流脫落共振試驗。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合三、地震作用1、高層建筑鋼結構抗震設計時，第一階段按多遇烈度地震計算地震作用，第二階段按罕遇烈度地震計算地震作用。2、第一階段設計時的地震作用應考慮下列原則：（1）沿結構的兩個主軸方向分別考慮水平地震作用并進行抗震計算，各方向的水平地震作用全部由該方向的抗側力構件承擔。（2）當有斜交抗側力構件時，宜分別考慮各側力構件方向的水平地震作用。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合（3）應考慮結構偏心引起的水平地震作用的扭轉影響。（4）對按8度和8度以上抗震設防的、平面特別不規則的高層建筑鋼結構，宜按雙向水平地震同時作用進行抗震計算。計算時，可在主要方向按所規定地震作用的100％計算，在與其垂直的方向按所規定地震作用30％計算。先各自按彈性振型分解反應譜法進行計算，然后再將兩個方向求得的內力分別疊加：（5）對按9度抗震設防的高層鋼結構以及按8度和9度抗震設防結構中的大跨度和長懸臂構件，應考慮豎向地震作用。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合3、高層建筑鋼結構的設計反應譜用下圖所示地震影響系數曲線表示。值應根據近震、遠震、場地類別及結構自振周期T計算，其下限不應小于值的20％。及場地特征周期，分別按相關規定采用。高層建筑鋼結構的地震影響系數曲線第二節高層鋼結構的荷載及效應組合4、采用底部剪力法計算水平地震作用時，結構總水平地震作用等效底部剪力標準值可按下式確定：在質量沿高度分布基本均勻、剛度沿高度分布基本均勻或向上均勻減小的結構中，各層水平地震作用標準值頂部附加水平地震作用標準值第二節高層鋼結構的荷載及效應組合式中：—結構總水平地震作用等效底部剪力標準值；—相當于結構基本周期的地震影響系數，按上面第3條的規定計算；—結構的等效重力荷載代表值，取（重力荷載代表值按相關規定計算）；、—第i、j層重力荷載代表值；、—第i、j層樓蓋距底部固定端的高度；—第i層的等效地震作用；—第n層（頂層）附加集中力系數，當時，取；第二節高層鋼結構的荷載及效應組合—第n層（頂層）附加水平集中力。采用底部剪力法時，突出屋面的塔屋的地震作用效應宜乘以增大系數3，此增大影響宜向下考慮1～2層，但不再往下傳遞。5、抗震計算中重力荷載代表值為恒載和活載之和，按下列規定取值。（1）恒載：結構和構配件及裝修材料等的自重，取標淮值。（2）雪荷載：取荷載規范標準值的50％。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合（3）樓面活荷載：一般民用建筑取《荷載規范》的標準值再乘以《建筑抗震設計規范》(GJB50011-2001)表4.1.3規定的組合值系數。其他如書庫、檔案庫或類似具有特殊用途的建筑，其荷載可取規定值的80％或按實際情況取值，計算時不再按《荷載規范》的規定折減，且不應考慮屋面活荷載。6、由于非結構構件及計算簡圖與實際情況存在差別，因此，高層鋼結構的設計周期應按主體結構彈性計算周期乘以修正系數后采用，。用彈性方法計算高層鋼結構周期及振型時，應符合內力和位移的彈性計算的規定。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合7、對于質量及剛度沿高度分布比較均勻的結構，基本周期可用下式作近似計算：式中—結構頂點假想側移（即假想將結構各層的重力荷載作為樓層集中水平力，按彈性靜力方法計算所得的頂點側移值）（m）；—計算周期修正系數，取。上式適用于具有彎曲型、剪切型或彎剪變形的一般結構。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合8、在初步設計時，高層鋼結構的基本周期可按下列經驗公式估算（s）式中n—建筑物層數（不包括地下部分及屋頂塔樓）。9、由于高層建筑功能復雜，體型趨于多樣化。在復雜體型或在不能按平面結構假定進行計算時，其采用空間協同計算(二維)或空間計算(三維)時，此時，應考慮空間振型及其耦聯作用（抗震中，作用在給定側移的某一質點上的彈性回復力不僅取決于該點側移，還取決于其他各質點的位移）。當采用空間協同工作或空間結構計算空間振型時．振型分解反應譜法要求按下式計算j振型i質點的等效水平地震作用力，然后進行地震效應振型組合。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合10、在完全對稱且可不考慮扭轉影響的結構中，振型分解反應譜法僅考慮平動作用下的地震效應組合；11、組合方法如下：（1）采用空間振型時，可取9～15個振型，當基本周期時，振型數應取較大者；在剛度及質量沿高度分布很不均勻的情況下，應取更多的振型（18或更多）。地震效應振型組合采用完全二次方根法。（2）采用平面振型時，至少取3個振型，當基本周期時，在質量及剛度沿高度分布很不均勻時振型數應適當增加。地震效應組合可采用方和平方根方法。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合（3）突出屋面的塔屋應按每個樓層一個質點的方法進行地震作用計算和振型效應組合。當采用3個振型時，所得地震作用效應應乘以增大系數1.5；當采用6個振型時，所得地震作用效應可不再增大。（4）為防止有時在高柔度結構中由于振型數取得不夠，振型分析法所得到的等效地震力過小而不安全，由振型分解反應譜法所得的底部總剪力，不應小于按式計算所得底部剪力的80％。如果小于此值，則按底部剪力調整放大計算內力。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合12、高層建筑中考慮豎向地震作用時，各層的豎向地震效應按各構件承受的重力荷載代表值比例分配，應考慮向上、向下作用產生的不利組合。長懸臂和大跨度結構的豎向地震作用標準值，按8度和9度抗震設防的建筑可分別取該結構、構件重力荷載代表值的10％和20％。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合13.采用時程分析法計算結構的地震反應時，應輸入典型的地震波進行計算，典型地震波應按下列原則選用。（1）至少應采用4條能反映當地場地特性的地震加速度波，其中宜包括一條本地區歷史上發生地震時的實測記錄波。如當地沒有地震記錄，可根據當地場地條件選用合適的其他地區的地震記錄。如沒有合適的地震記錄，可采用根據當地地震危險性分析結果獲得的人工模擬地震波。但4條波不得全部用人工模擬地震波。（2）波的持續時間不宜過短，可取10～20s或更長。第二節高層鋼結構的荷載及效應組合14、輸入地震波的峰值加速度值按表10-2采用。表10-2中給出的第一階段彈性分析及第二階段彈塑性分析兩個水準的加速度峰值，分別相應于小震及罕遇地震下地震波加速度峰值。

在有條件時，所輸入地震波宜按《高層建筑鋼結構設計與施工規程》要求輸入地震波采用加速度標準化處理，在有條件時，也可采用速度標準化處理。表10-2地震加速度峰值（gal）設防烈度789第一階段彈性分析第二階段彈塑性分析3522070400140620第三節高層鋼結構的內力與位移分析一、一般原則及基本假定1、高層鋼結構的內力與位移一般采用彈性方法計算，并考慮各種抗側力結構的協同工作。當有抗震設防要求時，應考慮在罕遇烈度地震作用下結構可能進入彈塑性狀態，此時應采用彈塑性方法計算。2、高層建筑鋼結構通常采用現澆組合樓蓋，一般可假定樓面在自身平面內為絕對剛性。相應地在設計中應采取構造措施（加板梁抗剪件、非剛性樓面加設現澆層等）保證樓面的整體剛度。當樓面整體性較差、樓面有大開孔、樓面外伸段較長或相鄰層剛度有突變時，應采用樓板在自身平面內的實際剛度，或對按剛性樓面所得計算結果進行調整。第三節高層鋼結構的內力與位移分析3、由于樓板與鋼梁連接在一起，進行高層鋼結構彈性分析時，宜考慮現澆鋼筋混凝土樓板與鋼梁的共同工作，此時在設計中應保證樓板與鋼梁間有抗剪件等可靠的連接。當按彈塑性分析時，樓板可能嚴重開裂，故此時不宜考慮樓板與粱的共同工作。在框架彈性分析時，壓型鋼板組合樓蓋組合梁的慣性矩可取為：對樓板的主要支撐梁；對其他情況（為鋼梁慣性矩）。第三節高層鋼結構的內力與位移分析4、高層建筑鋼結構的計算模型．應視具體結構形式和計算內容確定。（1）一般情況下，可采用平面抗側力結構的空間協同計算模型；（2）結構布置規則、質量及剛度沿高度分布均勻、可以忽略扭轉效應的結構，允許采用平面結構的計算模型；（3）結構平面或立面布置不規則、體型復雜、無法劃分成平面抗側力單元的結構以及空間筒體結構等，應采用空間結構計算模型。第三節高層鋼結構的內力與位移分析5、高層鋼結構梁柱構件的長度—般較小，因此，在內力與位移計算中，除考慮梁、柱的彎曲變形和柱的軸向變形外，尚應考慮梁、柱剪切變形。由于梁的軸力很小，一般可不考慮梁的軸向變形。此外，還應考慮梁柱節點域剪切變形對側移的影響。6、高層鋼結構梁、柱節點域剪切變形對結構內力的影響較小，一般在10％以內，因而不需對結構內力進行修正。但此剪切變形對結構水平位移的影響較大，必須考慮其影響。影響程度主要取決于梁的彎曲剛度、節點域的剪切剛度、粱腹板高度以及梁與柱的剛度之比。在設計中，可將梁柱節點域當做一個單獨的剪切單元進行高層鋼結構的結構分析，并用下述方法作近似考慮。第三節高層鋼結構的內力與位移分析7、一般情況下，柱間支撐構件可按兩端鉸接考慮，偏心支撐中的耗能梁段應取為單獨單元。8、對鋼框架－剪力墻體系，現澆豎向連續鋼筋混凝土剪力墻的計算，宜考慮墻的彎曲變形、剪切變形和軸向變形，剪力墻可作為獨立豎向懸臂彎曲構件考慮。當鋼筋混凝土剪力墻具有比較規則的開孔時，可按帶剛域的框架計算；當具有復雜開孔時，宜采用平面有限元法計算。對于嵌入式剪力墻，可按相同水平力作用下產生相同側移的原則，將其折算成等效支撐或等效剪切板考慮。第三節高層鋼結構的內力與位移分析9、除應力蒙皮結構外，結構計算中不考慮非結構構件對結構承載力和剛度的有利作用。10、如有條件時，計算結構內力和位移時可考慮結構與地基的相互作用。11、進行結構內力分析時，應考慮重力荷載引起的豎向構件差異縮短所產生的影響。12、荷載效應和地震作用效應組合的設計值應按下列公式確定：（1）無地震作用時第三節高層鋼結構的內力與位移分析（2）有地震作用的第一階段設計時非地震作用組合式中，考慮高層建筑荷載特點（高層鋼結構主要用于辦公室、公寓、飯店），只列入了永久荷載、樓面使用荷載及雪荷載3項豎向荷載，水平荷裁只有風荷載。如果建筑物上還有其他活荷載，可參照荷載規范要求進行組合。第三節高層鋼結構的內力與位移分析13、表10-3給出了高層鋼結構的各種可能的荷載效應組合情況，在高度很大的高層鋼結構中，只有豎向荷載的組合不可能成為最不利組合，因此未包括無風荷載的組合情況。第一階段抗震設計進行構件承載力驗算時，應由表10-3中選擇出可能出現的組合情況及相應的荷載和作用分項系數，分別進行內力設計值組合，取各構件的最不利組合進行截面設計。14、第一階段抗震設計進行高層鋼結構位移計算時，應取與內力組合相同的情況進行組合；但各荷載和作用的分項系數均取1.0，取結構最不利位移標準進行位移限值驗算。第三節高層鋼結構的內力與位移分析15、第二階段采用時程分析進行抗震驗算時，不考慮風荷載，豎向荷載取重力荷載代表值。同時考慮的荷載和作用均取標準值。此時，因為結構處于彈塑性階段，疊加原理已不適用，故應將考慮的荷載和作用事先施加到結構模型上，再進行時程分析。第三節高層鋼結構的內力與位移分析二、內力與位移的計算方法1、一般規定（1）高層建筑鋼結構由于其功能復雜、體型多樣，且高度較大，桿件較多，受力也比較復雜，因此，在進行結構的靜、動力分析時，一般都應借助于電子計算機來完成。目前，冶金工業部建筑研究總院、建設部建筑科學研究院等單位已編制了符合國內現行規范要求的專用計算軟件，并開始應用于工程設計。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（2）結構布置不規則、體型復雜以及空間作用明顯的結構，宜采用空間分析方法。梁柱構件按空間桿件考慮，每端有6個自由度；剪力墻按薄壁空間桿件考慮，每端有7個自由度。空間分析按如下步驟進行：①形成梁、柱、墻的單元剛度矩陣；②進行坐標變換，用整體坐標位移代換局部坐標位移；③引入樓板剛性條件，用樓層的公共位移代換桿端相應位移；④求解方程，得桿端位移，從而計算桿件內力。這種方法國內也有計算機軟件可以采用。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（3）結構分析中一些技術問題按以下原則處理。①形狀復雜的剪力墻可采用平面有限元法進行應力計算，所采用的平面單元應具有較高的精度，例如采用完全二次式位移函數的單元。②沿豎向基本均勻的結構，可采用有限條法進行內力與位移分析。有限條的類型可根據結構類型決定。③有必要并有條件時，可以將更復雜的高層建筑結構劃分為各種單元的組合，采用更詳細的計算機程序進行三維空間分析。第三節高層鋼結構的內力與位移分析④在計算機彈性分析程序編制中宜采用子結構方法以節省內存。首先消去子結構中的內部自由度后再形成總剛度矩陣，然后解方程，求得總體未知量再代回求出其他位移和相應的內力。2、高層建筑鋼結構的近似分析法在實際工程中，對于高度小于60m的建筑或在方案設計階段預估截面時，為了迅速有效地評價結構體系的性能及確定結構與構件的主要尺寸指標，也可以采用—些簡化的計算模型進行分析計算。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（1）框架結構的簡化計算①純框架結構在豎向荷載作用下框架內力可采用分層法進行簡化計算。此時框架梁與上、下層柱組成基本計算單元，不考慮橫梁的側移，豎向荷載產生的梁固端彎矩只在本單元內進行彎矩分配，單元之間不傳遞。計算所得的梁彎矩作為最終彎矩，柱端彎矩取相鄰單元對應柱端彎矩（即上、下兩層計算所得彎矩）之和。柱中軸力可通過粱端剪力和逐層疊加柱內的豎向荷載而求出。第三節高層鋼結構的內力與位移分析②在水平荷載作用下框架的內力相位移可采用D值法進行簡化計算。層數少于20層，斜撐或剪力墻較少的帶斜撐或帶嵌入剪力墻的鋼框架結構，也可作為剪切型體系近似采用D值法計算。③節點半剛性對結構內力與位移—般應作修正。在鋼框架設計中，通常假定梁柱節點完全剛接或完全鉸接。但研究表明，一般構造的剛節點或鉸節點，其彎矩和相對轉角的關系既非完全剛接，也非完全鉸接，這種剛接節點的半剛性特征將明顯影響到結構分析的結果。研究同時表明，當滿足下述條件時，可以忽略節點半剛性的影響。第三節高層鋼結構的內力與位移分析A.對于滿焊節點，其性能基本上符合節點剛性的假定，可不考慮節點半剛性對內力和位移的影響。B.當結構中梁的線剛度和節點初始剛度之比平均值時，可不考慮節點半剛性對結構水平位移的影響。時（n為結構層數），可不考慮節點半剛性對結構內力的影響。當不滿足上述條件時，須按下述情況將按節點剛性假定所得的結果作適當修正；修正前后所得值的變化范圍一般約5％。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（2）框架－抗剪結構體系空間分析的近似方法平面布置規則的框架－抗剪結構體系（框－支體系和框－剪體系），在水平荷載作用下，可以簡化為平面抗側力體系進行分析，其基本方法如下：①將高層建筑鋼結構沿兩個主軸劃分為若干平面抗側力結構。每一個方向上作用的水平荷載由該方向上的平面抗側力結構承受，垂直于荷載方向的抗側力結構不參加工作，并由同一樓層上水平位移相等的條件進行水平力分配。如抗側力結構與主軸方向斜交，可由轉軸公式計算該抗側力結構在兩個主軸方向上的作用。第三節高層鋼結構的內力與位移分析②將所有豎向支撐(或剪力墻)并聯為總支撐(或總剪力墻)，所有框架也并聯為總框架，總框架和總支撐(或總剪力墻)之間用一剛性水平鉸接連桿串聯起來，形成最終計算模型以后進行協同工作分析。③總支撐可當做一個彎曲桿，其等效彎曲剛度④總剪力墻的等效抗彎剛度可由下式計算第三節高層鋼結構的內力與位移分析⑤框架與抗剪結構體系協同工作的計算，宜采用矩陣位移法等用電子計算機求解的精確計算力法。國內已有許多這種方法的計算機軟件，設計人員可根據情況選用。⑥對規則但有偏心的結構作近似分析時，可先按無偏心結構進行分析，然后將內力乘以如下修正系數：當扭矩對計算構件的內力起有利作用時，應忽略扭矩的作用。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（3）高層鋼框架的底部剪力法用底部剪力法估算高層鋼框架結構的構件截面時，水平地震作用下傾覆力矩引起的柱軸力，對體型較規則的丙類建筑可考慮折減。折減系數k的取值，根據所考慮截面的位置。對體型不規則或體型規則但基本周期的結構，傾覆力矩不折減。（4）筒體結構的近似計算法①筒體結構的計算方法應反映其空間工作特點，并考慮所有抗側力構件的共同工作。平面為矩形或其他規則的筒體結構可采用等效角柱法、展開平面框架法、等效截面法等方法，轉化為平面框架進行近似計算。第三節高層鋼結構的內力與位移分析②展開平面框架法。如果框筒結構是雙軸對稱的，則可以取1/4結構來分析。與側向力作用方向垂直的框架稱為翼緣框架，而與側向力作用方向平行的框架稱為腹板框架。由于側向力主要由腹板框架承受，腹板框架又通過豎向剪力將荷載傳遞到翼緣框架上，因此，可以設想將這1／4的空間框架展開成一個平面框架，腹板框架與翼緣框架之間通過能傳遞豎向剪力的虛擬構件來連接。虛擬構件只能傳遞剪力而不能傳遞彎矩和軸力，即虛擬構件的剪切剛度無限大而彎曲和軸向剛度為零。在展開的等效平面框架的邊界上，則代之以相應的約束條件。第三節高層鋼結構的內力與位移分析由于角柱分別為翼緣框架和腹板框架所共有，計算時，將角柱分為兩個，計算角柱的軸向剛度時，所用截面面積取為實際角柱截面積的一半；在計算彎曲剛度時，慣性矩可取角柱各自方向上的慣性矩。內力計算完成后，將翼緣框架和腹板框架角柱的軸力相疊加，作為原角柱的軸力。根據計算模型，即可按平面框架用矩陣位移法計算框筒在側向力作用下的側移和內力。第三節高層鋼結構的內力與位移分析③等效截面法。對于框架筒體系，在側向力作用下，由于剪力滯后效應，使得與側向力作用方向垂直的翼緣框架中部的柱子軸向應力減少，因此，可假設這部分框架對結構抗側力影響不大，此時，可將外框筒簡化為平行于荷載方向的兩個等效槽形截面構件，其翼緣有效寬度b按下列二者的最小值采用：這樣，可將此雙槽形截面作為懸臂構件來抵抗側向力的作用。等效槽形截面中的密排柱產牛軸向力，連接密排柱的橫梁則產生剪力，柱內軸力和梁內剪力可通過懸臂梁的計算方法分別求得。第三節高層鋼結構的內力與位移分析梁的剪力求出后，假定梁的反彎點在梁凈跨度的中點上，則可求得梁端處的彎矩。④框筒結構(無論是平面或空間框架)簡化計算的另一種方法是按位移等效的原則將實際的桿系折合為等效的連續體，然后用計算連續體的有效方法——有限元法、有限條法或其他方法進行計算。⑤筒體－框架結構可作為框架－剪力墻結構近似計算，內筒體作為剪力墻考慮，外框架只考慮平行于外荷載方向的框架。第三節高層鋼結構的內力與位移分析3、地震作用下內力及位移的計算（1）高層鋼結構在地震作用下的內力及位移計算，除符合本節規定外，應按《建筑抗震設計規范》及以上第二節中的有關條文進行。（2）高層鋼結構的抗震設計應采用兩階段設計法。第一階段進行多遇地震作用下的彈性分析，驗算構件的承載力和穩定以及結構的層間位移；第二階段進行罕遇地震作用下的彈塑性分析，驗算結構的層間彈塑性位移和層間位移延性比。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（3）高層建筑鋼結構的第一階段抗震設計可分別采用下列方法：①高度不超過60m且平面和豎向布置較規則的結構以及預估截面時，可采用底部剪力法。②高度超過60m的建筑，應采用振型分解反應譜法。③豎向特別不規則的建筑，宜采用時程分析法作補充計算。設計時，應取按該法求得的層剪力分布和按振型分解反應譜法求得的層剪力分布之外包線，作為計算采用的層剪力分布。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（4）在第一階段抗震設計中，確定框架－支撐(剪力墻)結構體系中總框架承擔的地震剪力時，應考慮支撐(剪力墻)剛度退化的影響，總框架任—層所承擔的地震剪力，不得小于結構底部總剪力的25％。（5）在結構平面的兩個主軸方向分別計算水平地震效應時，角柱和兩個方向的支撐或剪力墻所共有的柱構件，其水平地震作用效應應在上條的規定調整的基礎上提高30％。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（6）高層建筑鋼結構應按下列規定驗算傾覆力矩對地基的作用：①核算在多遇地震作用下整體基礎(箱形或筏式基礎)對地基的作用時，可用底部剪力法求作用于地基的傾覆力矩，考慮折減系數0.8；②計算傾覆力矩對地基的作用時，不考慮基礎側面回填土的約束作用。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（7）高層鋼結構的第二階段抗震設計，應采用時程分析法。采用時程分析法時，時間步長不宜超過輸入地震波卓越周期的1/10，也不宜大于0.02s。必要時，可以按步長減半計算后結構反應無明顯變化的原則確定。第二階段設計時，鋼結構阻尼比可取0.05。（8）在第二階段設計中進行結構的彈塑性地震反應分析時，可采用桿系模型．也可采用剪切型層間模型，或剪－彎協同工作層間模型。恢復力模型一般可參考已有資料確定，對新型、特殊的桿件和結構，則宜進行恢復力特性的試驗。第三節高層鋼結構的內力與位移分析鋼柱及梁的恢復力模型可采用二折線型，其滯回模型可不考慮剛度退化。鋼支撐和耗能連梁等構件的恢復力模型，則應按桿件特性確定。鋼筋混凝土剪力墻、剪力墻板和核心筒，則應選用考慮鋼筋混凝土結構特點的二折線或三折線模型，并考慮剛度退化。（9）采用層間模型進行高層鋼結構的彈塑性地震反應分析時，應綜合有關構件的彎曲、軸向、剪切變形的等效剪切剛度，恢復力模型的骨架線可近似地用靜力彈塑性法計算。此時作用于結構的水平荷載沿結構高度的分布，應與水平地震力沿高度的分布一致或接近，并應同時作用重力荷載。計算中材料的屈服強度和極限強度按標準值采用。骨架線可簡化為二折線或三折線，但盡量與計算所得的骨架線接近。第三節高層鋼結構的內力與位移分析（10）進行高層建筑鋼結構的彈塑性時程反應分析時，應考慮效應對側移的影響。（11）高層建筑鋼結構在罕遇地震作用下的抗震設計，各層的抗剪承載力均應滿足式中—結構在罕遇地震作用下由時程分析求得層剪力；—結構的層極限剪力標準值，取下列兩種情況下結構層剪力的最小值：結構整體或某層（頂層屋蓋除外）中出現足夠多的塑性鉸并形成倒塌機構時；結構層間位移達到層高1/70時。第三節高層鋼結構的內力與位移分析三、整體穩定的驗算1.高層鋼結構同時符合以下兩個條件時，可不進行結構的整體穩定驗算（1）結構各樓層的柱子平均長細比和平均軸壓比滿足下式（2）結構按一階線性彈性計算所得的各樓層層間相對位移值應滿足下式要求第三節高層鋼結構的內力與位移分析2.整體穩定的驗算方法（1）對于有支撐且的結構，可按有效長度法驗算。柱的計算長度系數可按無側移柱的計算長度系數采用。支撐體系可以是鋼支撐、剪力墻和核心筒體等。（2）對于無支撐的結構和的有支撐結構，應按能反映效應的二階分析方法驗算結構的整體穩定。第三節高層鋼結構的內力與位移分析四、位移限制和舒適感驗算1、位移限值（1）高層建筑鋼結構不考慮地震作用時，結構在風荷載作用下的頂點質心位置的側移不宜超過建筑高度的1/500，質心層間側移不宜超過樓層高度的1/400。結構平面端部構件最大側移不得超過質心側移的1.2倍；（2）在常遇地震烈度作用下，高層鋼結構的層間側移標準值不應超過層高的1/250。以鋼筋混凝土結構為主要抗側力構件的高層鋼－混凝土混合結構的側移限值，應按鋼筋混凝土高層建筑的設計規定采用。第三節高層鋼結構的內力與位移分析結構平面端部構件最大側移不得超過質心側移1.5倍。（3）罕遇地震作用下，高層鋼結構的最大層間側移不得超過該層層高的1/70；結構層間側移延件比不應超過表10-4規定的限值。2、舒適感驗算高層建筑鋼結構在水平脈動風作用下，其水平運動加速度應滿足居住者舒適感的要求。即在風荷載作用下的順風向與橫風向頂點最大加速度應不大于下列加速度限值：公寓建筑0.20m/s2公共建筑0.30m/s2第四節高層鋼結構的構件及節點設計一、梁1、梁的抗彎強度應按下式計算：非抗震設計抗震設計—截面塑性發展系數，非抗震設計按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）的規定采用，抗震設計取；第四節高層鋼結構的構件及節點設計2、除設置剛性鋪板情況外，應按下式計算梁的穩定性：非抗震設計抗震設計—整體穩定系數，按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）的規定采用，當梁在端部僅以腹板與柱（或主梁）相連時，（或當時的）應乘以降低系數0.85；第四節高層鋼結構的構件及節點設計3、當梁上設有符合《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第4.2.1條規定的整體剛性鋪板時，可不計算整體穩定性。4、梁設有側向支撐體系并符合《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第4.2.1條規定的限值時，一般可不計算整體穩定。但處于地震設防烈度7度及以上地區的高層建筑，梁在支撐連接點間的長細比應滿足《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第9.3.2條的要求。在罕遇地震作用下可能出現塑性鉸區，梁上下翼緣均應有支撐點。第四節高層鋼結構的構件及節點設計5、梁的板件寬厚比在一般情況下應符合《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第四章的有關規定，但處于地震設防烈度大于、等于7度地區的抗側力框架的梁可能出現塑性鉸的區段，以及非地震區和設防烈度為6度的地區，當側力框架的梁中可能出現塑性鉸時，板件寬厚比不應超過規定的限值。6、在進行多遇地震作用下的構件承載力計算時，托柱梁的內力應乘以不小于1.5的增大系數。第四節高層鋼結構的構件及節點設計二、軸心受壓柱1、軸心受壓穩定性按下列公式計算非抗震設計抗震設計—軸心受壓穩定系數，當柱的板件厚度不超過40mm時按規范《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）采用，板件厚度超過40mm者，按下條采用。第四節高層鋼結構的構件及節點設計2、軸心受壓柱板件厚度超過40mm者，穩定系數按相應的類別取值。3、軸心受壓柱的板件寬厚比應符合規范《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第五章第四節的規定。4、軸心受壓柱的長細比不宜大于120。三、框架柱1、與梁剛性連接并參與承受水平荷載作用的框架柱，依本章算得的內力按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）第五章有關規定及本節的各項規定計算其強度和穩定性。第四節高層鋼結構的構件及節點設計2、框架柱的計算長度視其荷載組合和結構組成的具體情況按下列規定計算。（1）當計算框架柱在重力荷載作用下的穩定性時，純框架體系柱的計算長度按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）附表D-2(有側移)的系數確定；有支撐和(或)剪力墻的體系，符合的條件時（為—階線性彈性計算所得的層間位移，h為樓層層高)，框架柱的計算長度按《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）附表D-1（無側移)的系數確定。第四節高層鋼結構的構件及節點設計上述計算長度系數也可用下列近似公式計算：有側移時無側移時在上面兩式中，、分別為交于柱上端、下端橫梁柱線剛度之和的比值。第四節高層鋼結構的構件及節點設計（2）當框架或框筒體系和兩端鉸接柱共同使用時，框架（筒）柱的計算長度系數應按第一各公式算得的值乘以下列放大系數：式中—計算層框架（筒）柱所承軸力之和；—計算層鉸接柱所承軸力之和。框架筒圖第四節高層鋼結構的構件及節點設計（3）當計算在重力和風力或常遇烈度地震力組合作用下的穩定時，有支撐和（或）剪力墻的體系在層間位移不超過層高的1/25(包括必要時計入效應)，柱的計算長度系數可取。如純框架體系層間位移小于0.001h(h為層間高度)，也可考慮按式無側移時公式確定值。3、抗震設計的框架柱在框架的任一節點處，柱截面的塑性抵抗矩和梁截面塑性抵抗矩應滿足下列關系：當上式不能滿足時，該處框架柱的軸力不得超過，其中，為柱截面的凈面積，為柱材料的屈服強度。第四節高層鋼結構的構件及節點設計4、處于抗震設防烈度度地區的框架柱板件寬厚比，應不超過表10-5所列限值。設防烈度7度8、9度所用鋼材Q23516MnQ23516MnH型柱翼緣懸伸部分119108H型柱腹板43374337箱形柱壁板37303327表10-5框架柱板件寬厚比注：表列數值適用于的Q235，當材料為其他鋼的牌號時，應乘以。第四節高層鋼結構的構件及節點設計非地震區及設防烈度為6度的地震區，柱板件寬厚比按鋼結構設計規范的規定采用。5、柱梁連接處應設置與和梁上下翼緣相銜接的加勁肋。處于地震設防烈度7度及以上地區的H形截面柱和箱形截面柱的腹板在和梁相連的范圍，其厚度應滿足下列要求：式中—柱在連接區的腹板厚度，不包括焊于其上的補強板厚度（如補強板和腹板用塞焊緊密連接，則可以包括在內）；、—分別為梁腹板高度和柱腹板高度。第四節高層鋼結構的構件及節點設計6、設防烈度度的地震區，柱長細比不宜超過60～80，非地震區和設防烈度為6度的地區，柱長細比不宜超過120。7、在進行多遇地震作用下的構件承載力計算時，承載抗震墻的框架柱內力應乘以不小于1.5的增大系數。四、中心支撐1、中心支撐構件可用單斜桿、十字交叉斜桿、人字形或V形斜桿體系。當采用只能受拉的單斜桿體系時，應同時設置不同傾斜方向的兩組，且每層中不同方向斜桿的截面積在水平方向的投影面積相差不應超過10％。第四節高層鋼結構的構件及節點設計單斜桿中心支撐布置2、非抗震設計的中心支撐，當采用交叉斜桿或兩組不同方向的單斜桿體系時，可近似為拉桿設計，也可按既能抗拉又能抗壓設計，這兩種情況的支撐斜桿長細比分別不超過300利150。第四節高層鋼結構的構件及節點設計3、設防烈度度的地震區，支撐斜桿一邊簡支一邊自由板件的寬厚比應不超過，兩邊簡支板件的寬厚比應不超過。支撐斜桿宜采用雙軸對稱截面，當采用單軸對稱截面時，宜防止出現繞截面對稱軸屈曲。4、支撐斜桿所受的內力，應按本章第二節的有關要求通過計算確定。計算中應計及施工過程逐層加載，各受力構件的變形對支撐內力的影響。第四節高層鋼結構的構件及節點設計5、在初步設計階段，支撐斜桿所受的內力可按下述近似方法確定。（1）重力和水平力(風荷載或常遇地震)作用下，支撐除作為豎向桁架的斜桿承受水平荷載引起的剪力外，還應承受水平位移和重力荷載產生的附加彎曲效應。樓層附加剪力按下式計算：式中—計算樓層的高度；—計算樓層以上的全部重力荷載；第四節高層鋼結構的構件及節點設計—計算樓層的層間位移。人字形和V形支撐尚應考慮支撐跨梁所傳下的樓面荷載的作用。（2）對于十字交叉支撐，人字形和V形支撐的斜桿，除按（1）條計算外，尚應計入柱在重力荷載作用下的壓縮變形在斜桿中引起的附加壓應力。對十字交叉支撐的斜桿第四節高層鋼結構的構件及節點設計對于人字形和V形支撐的斜桿為了減少斜桿的附加壓應力，應在大部分永久荷載加上后，再固定斜撐端部的連接。有條件時，還可考慮對斜撐施加預拉力以抵消附加應力的不利影響。6、在計算中心支撐斜桿內力時，地震力應乘以增大系數，單斜桿支撐和交叉支撐乘1.3，人字支撐和V形支撐乘1.5。第四節高層鋼結構的構件及節點設計7、在多遇烈度地震作用效應組合下，支撐斜桿的抗壓驗算按下式進行：8、與支撐一起組成支撐系統的橫梁和柱及其連接應具有承受支撐斜桿傳來的內力的能力。與人字形和V形支撐相交的橫梁，在柱間的支撐連接處應保持連續。在確定人字形支撐體系中的橫梁截面時，不考慮重力荷載作用下支撐的支點作用。9、設防烈度大于等于7度的地區，當支撐為填板式雙肢組合構件時，肢件的長細比，不應大于構件最大長細比的一半，且不大于40。第四節高層鋼結構的構件及節點設計10、對于8度和8度以上地震區，可以采用帶有消能裝置的中