的５Ｏ层结构为例，其荷载减轻的估算如下：①总重量减少约 ４００００ｔ。②每根底柱上的竖向荷载可减少５０００—６ ０００ ｋＮ； ③地基上单位面积的负荷可减少２５％以上。④地震作用可减小 ２０％～３０％（综合考虑阻尼比、质点质量、刚度与周期等影 响），地基上负荷可减少约４０％。当地质条件为软土地基或人 工地基时，对降低工程造价的影响更显著。 ３．３钢结构钢材具有高强度、高延性、高韧性 优质结构钢的强屈比均大于１．２。按抗震设计规定弹性计 算阶段的高层结构层间位移限值，对钢筋混凝土结构规定为 ｈ／８００，对钢结构则可放宽到ｈ／３００，二者相差２．６倍。在地震 作用下，由于钢结构具有良好的延性和理想的弹塑性，不仅能 减弱地震作用，而且能适应强震变形。 ３．４缩小结构尺寸，增加使用面积 由于钢材轻质高强，其梁柱截面尺寸相对较小，因而占用 的建筑面积也小。例如，北京长富宫（２５层）建在８度设防 区，采有全钢框体系，其钢箱形柱截面仅为４５０ｍｍ Ｘ４５０ｍｍ （底层板厚７０ ｎ＇ｌｍ）。而同样条件的钢筋混凝土柱至少需边宽为 ８００～９００ ｍｍ的截面。钢材结构使用面积的增加率平均可达 ４％以上，对于一个５０ ０００ ｍ：的高层建筑而言，则相当于增加 ２ ０００ ｍ 以上的使用面积。 ３．５施工速度快、周期短 高层建筑的钢结构构件均在工厂制作加工，实行现场安装， 干作业比重大，基本不受气候的影响。配套的组合楼盖（型） 钢筋混凝土构件等均可同步多工序作业，３０～５０层的高层钢结 构可比同层数的混凝土高层结构减少２０％一３０％的工期。 ３．６便于大柱网、大开间等建筑特殊平面与空间的 布置 钢结构便于大柱网、大开间的建筑布置，有利于转换层、 设备层、共享空间等建筑特殊平面与空间的布置，还便于设备 管线的穿越设置。经验表明，当考虑经济性及构件截面尺寸、 净空尺寸、结构重量、车库停车数等综合因素时，高层建筑钢 结构的合理柱距可设计为８—１０／／／，能更好地满足建筑对大开 间布置的要求，也可满足地下车库柱问可停３辆车的要求，这 是同等条件下混凝土结构难以做到的。此外，集中荷载很大的 转换层或设备层建设均可通过设置钢结构层间桁架来实现，而 这种桁架还可兼作腰带（腰桁架）、帽带（帽桁架），完善与加 强整个结构体系。 ４高层建筑钢结构的荷载 与其他高层结构一样，由于建筑高度显著增加，风荷载或 地震作用等水平荷载成为设计高层建筑钢结构的控制性荷载， 从而对结构材料用量具有极大影响。房屋高度越高，受风及地 风荷载和地震作用虽然都是控制水平荷载，但由于两者性 ３６ 质不同，设计时应特别注意它们的特性与计算要求，以及有关 相互组合的规定、考虑增大系数（转换层等处）的规定等。 风荷载是直接施加于建筑物表面的风压，风荷载值与建 筑物的体形、高度以及地形地貌有关。而地震作用却是地震 时的地面运动迫使上部结构发生振动产生并作用于自身的惯 性力，故其作用力与建筑物的质量、自振特性、场地土条件 等有关。 高层建筑钢结构属于柔性建筑，自振周期较长，易与风荷 载波动中的短周期成分产生共振，因而风荷载对高层建筑有一 定的动力作用。风荷载计算中引入风振系数Ｂ后，仍可按静 载处理简化计算，而地震作用的波动对结构的动力反应影响很 大，必须考虑用动力效应的方法计算。 风荷载作用时间长、频率高，因此，在风荷载作用下，要 求结构处于弹性阶段，不允许出现较大的变形。地震作用发生 的几率很小，持续时间很短，因此，抗震设计允许结构有适当 变形，允许某些结构部位进入塑性状态，从而使周期加长，阻 尼加大，以使吸收能量，达到“小震不损，中震可修，大震不 倒”的设防要求。 对风荷载及地震作用的计算应考虑其工况组合，而抗震承 载力计算应考虑抗震调整系数等特殊规定。 ５高层建筑钢结构的设计 （１）高层建筑钢结构的设计应严格遵循《钢结构设计规 范》 苗层民用建筑钢结构技术规程》等规范、规程的规定与 原则。 （２）结构的抗震设计应进行２个阶段的设计，第一阶段设 计按多遇地震计算地震作用，第二阶段按罕遇地震计算地震作 用，并分别验算其位移限值及层问侧移延性比等限值。 （３）严格控制侧移变形。为了避免Ｐ－△效应过大、围护 结构严重损坏等，结构设计必需满足规定的顶点位移与层间位 移限值要求。此外，为考虑舒适度的要求及避免横向风振的发 生，还应验算风荷载作用下的结构顶点加速度与临界风速等。 （４）结构抗震设计对节点抗震承载力验算及构件长细比、 板件宽（高）厚比，焊透要求、支撑要求等抗震结构措施，在 新的“抗震规范”中均有严格的、专门的要求。 （５）高层建筑钢结构的设计计算很复杂，难度很大，要求 采用更加准确与完善的计算方法与手段进行计算，如以风洞试 验确定风荷载体型系数，抗震设计需采用震型分解法、弹塑性 分析法、时程分析法法，以及相应的专用计算机软件等。 （６）对钢材等材料的选用要求更高、更严格。例如对厚 板、Ｈ型板、枪钉、高强度螺栓等的选用，以及对抗撕裂性、 冲击韧性、延性等技术性能的选用，要求设计人员对所用钢材 性能及应用要求有更多的了解。 （７）结构计算应充分考虑风、地震等作用的效应及其动力 影响，必要时可由专业的风洞试验提供风荷载计算参数，或合 震的作用越大。理地选取供时程分析时需输入的典型地震波波型，确定设计项 目的安全等级及抗需设防类别。 （８）抗震设防的高层建筑钢结构，应分别计算出非地震作 和抗风性能良好，且经济合理的结构体系和结构形式。对高烈 度设防的高层建筑钢结构，宜选用钢框一支、钢框一筒或钢筒 中筒等钢结构体系。同时应与建筑师充分沟通，共同商定符合 抗震、抗风原则的结构平面与立面布置。固 用工况组合与地震作用工况组合，对后者的抗震设计应符合表 １的要求。同时高层建筑钢结构的抗震设计必须通过“全国超 限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会”审查。 表１ 不同抗震设防类别高层建筑钢结构的功能与设计要求 参建筑工业出版杜，２００５． 考文献 ［１ｊ沈祖炎．钢结构——钢结构基本原理［Ｍ］．第２版．北京：中国 ■＼、 计要求 使用功能与重要性 类别＼ 地震作用 抗震措施 ［２］陈绍蕃，顾强．钢结构——钢结构基础［Ｍ］．第２版．北京：中 重大建筑工程和地 ①应按高于本地区抗 ①６～８度时，抗震措 震时可能发生严重 震设防的烈度计算， 施应提高１度设防 次生灾害的建筑 其值应按批准的地震 ②９度时，应符合比 甲类 安全性评价结果确定 ９度设防更高的要求 ②地震作用应按专门 研究确定的地震参数 进行计算 地震对使用功能不 地震作用应按符合本 ①６～８度时，抗震措 乙类 能中断或需尽快恢 地区设防烈度的要求 施应提高１度设防 复的建筑 计算 ②９度时，应符合比 ９度设防更高的要求 属于除甲、乙类以 ①地震作用计算应符 抗震措施应按符合本地 外的一般建筑 合本地区设防烈度的 区设防烈度的要求设防 要求 丙类 ②按６度设防并位于 Ｉ～Ⅲ类场地上的丙 类建筑可不计算地震 作用 注：按６度设防的建筑可不进行罕遇地震作用下的结构计算。 （９）高层建筑钢结构的设计应做好前期的方案比选及设计 优化等工作。我们应根据工程的条件与特点，综合考虑建筑的 使用功能、荷载性能、制作安装、材料供应等因素，选择抗震 国建筑工业出版社。２００７． ［３］陈绍蕃．钢结构——钢结构房屋建筑钢结构设计［Ｍ］．第２版． 北京：中国建筑工业出版社，２００７． ［４］沈祖炎．钢结构学［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００５． ［５］朱峰．钢结构制造与安装［Ｍ］．北京：北京理工大学出版社，２００％ ［６］罗永峰．钢结构稳定理论与应用［Ｍ］．北京：人民交通出版社， ２０１０． ［７］陈骥．钢结构稳定理论与设计［Ｍ］．第４版．北京：科学出版社， ２００８． ［８］王秀丽．大跨度空间钢结构分析与概念设计［Ｍ］．北京：机械工 业出版社，２００８． ［９］吴宝瀛．钢结构［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００９． ［１０］刘声扬．钢结构［Ｍ］．第５朊北京：中国建筑工业出版社，２０１ １． ［１１］罗永峰．建筑钢结构施工力学原理［Ｍ ３．北京：中国建筑工业 出版社．２００９． ［１２］官兵．钢结构工程施工细节详解［Ｍ］．北京：机械工业出版社。 ２００９． 【责任编辑：邓进利］ ３７