高楼钢结构体系的抗风抗震性能

1.抗风性能

采用全钢结构的楼房，特别是高宽比值较大的楼房，在强风作用下，其横风向振动加速度往往超出容许限值，使大楼使用者产生风振不适感。为了减小大楼的结构侧移值和风振加速度，不得不加大构件的截面尺寸，以致用钢量超出经济、合理范畴。

在结构中设置钢筋混凝土墙筒或一定数量的剪力墙，就会大幅度地减小风荷载作用下的结构侧移和风振加速度，满足使用要求，并减小结构用钢量。

钢-混凝土混合结构体系是钢构件和钢筋混凝土构件的最优结合，它们不仅是抵抗风荷载的高效抗侧力体系，而且用钢量较少，造价较低，在非地震区的30～80层楼房中得到了广泛地应用，取得了良好的技术经济效果。混合结构的特点详见第1章1.2节。

图5-110是阿曼“都邦人工岛”上的阿拉伯大厦的侧立面和正立面，该大厦高321m，主体结构采用由钢筋混凝土芯筒和外圈钢框架所组成的芯筒-框架结构体系。

图5-110 采用芯筒-框架体系的阿拉伯大厦(www.xing528.com)

a）侧立面 b）正立面

2.抗震性能

位于地震区的超高层建筑，当采用钢筋混凝土结构的芯筒-框架体系或筒中筒体系时，外圈框架柱或框筒柱负担很大重力荷载，由于轴压比的控制，柱的截面尺寸较大，剪跨比值较小，构件延性性能差；遭遇地震时，容易发生剪切或剪压破坏，导致柱的承载力大幅度降低，从而危及结构的安全。采用芯筒-框架体系时，宜采用钢-混凝土混合结构，将外圈框架或框筒改用钢结构，以加大结构的延性，提高结构的抗震可靠度。

采用钢-混凝土混合结构建造高楼，在国外，很少用于高烈度地震区。在美国，根据阿拉斯加地震经验，认为不宜用于地震区，楼房高度更不宜超过150m。日本于1992年建成高度分别为78m和107m的两幢混凝土芯筒-钢框架楼房，然而，以后再建此类结构，需经日本建设大臣批准。

主要问题是，国内外对混合结构的抗震性能缺少全面、系统的研究，对混合结构的延性、耗能以及地震作用下两类构件同步工作程度、破坏机制和倒塌过程，尚未完全了解。今后在高烈度区建造混合结构高楼时，除了对混凝土芯筒在构造方面采取增设型钢暗柱或暗框架等加强措施外，在强度验算方面，还应采用符合两种不同结构类型构件实际受力状态及其变化过程的结构分析方法。