高层钢结构房屋研讨
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塑性伸长度时才消耗能量。斜杆如果在固定位移幅度的反复荷载作用下，则不 消耗能量，如图21．2．5e；这就是说．一般地斜杆的能量消耗能力小于抗弯框 架。
21．2．4 连接节点 焊接的刚性梁柱连接处的破坏可能是局部高应力导致的屈服或断裂，如
图21.2．6b，也可能发生节点板剪切屈服，如图21．2．6a；梁翼板传来 的压力和拉力形成的局部应力可能带来两类破坏：
〔1)梁受压翼板传来的压力使柱腹板翘曲 (2)梁受拉翼板传来的拉力使柱的翼板与相邻腹板处的焊缝断裂导致柱
计算机和结构计算理论也的飞跃性发展。这些进步使得高层建筑的 结构体系呈现出先进、新型、高效和多样化的局面，同时带来了设计技 术的革新，增加了高层建筑的适用性和使用功能，也降低了建筑的造价。
高层钢结构在国内外的发展
1）国外的发展
➢ 形成期 西方工业革命时期，铁钢开始用于建筑 1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构
在钢结构构件中，其脆性破坏主要是失稳和脆性断裂。 构件截面因宽厚比较大而产生局部压屈，柱和斜撑因长 细比较大而挠屈失稳以及梁、柱构件的侧向扭屈等属于失 稳破坏。 螺栓或铆钉连接的净断面拉坏，焊缝应力集中断裂等为 脆性断裂破坏。
因此，避免钢结构构件的脆性破坏，是搞好钢结构设 计的重要问题。
21．2．1 钢梁
21．2．2 钢柱
1．单调荷载下的性能 宽翼板的柱在固定轴力和单调弯矩作用下的弯矩—曲率关系如图21．2．3，
其中 是轴力为零时的全塑性弯矩， 是轴力为零y 时的屈服曲率。如果不
出现局部压屈，随曲率的增加，弯矩可达到 值并保持不变。
除了弯曲屈服破坏外，细长的柱因压弯和局部压屈可能在平面内失稳。
2．反复荷载下的性能 横向被梁支承的框架柱在固定轴向和反复水平荷载作用下的滞回曲线如图
➢ 发展期 20世纪初，技术进步加速， 电梯技术的完善。
1931年纽约建成381m(102层) 的帝国大厦，钢框架结构， 206Kg/m2, 雄踞世界第一高40 多年。
Empire state building
➢ 繁荣期 1945年二次大战后，高层 在美欧等西方国家快速发 展，其中以美国最具代表 性
对因曲横线向B压,屈lb使r承y 略载大下于降A。的如值果。l在b 达ry到更足大够，的在转达角到之受前弯
承载力 之前横向压屈，如曲线C.。
2．反复荷载下的性能 钢梁在往复荷载作用下的性能与单调荷载作用下基本一致，
其滞回环在小的转角幅度下是稳定的，其反复荷载作用下的转 角能力随 的变化低于单调荷载。循环荷载作用下的滞回曲 线如图21．22所示；
芝加哥Sears大厦，109层 443米，用钢量161Kg/m2， 1974年建成。Sears Tower 成束筒体系。
Sears
2）国内的发展
➢ 解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海 建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。
➢ 中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构， 先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、 天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。
高层钢结构房屋
21.1概述 21．2 钢结构构件的性能 21．3 高层建筑钢结构的结构体系
2.1．1 世界高层建筑钢结构的发展
钢结构是世界早期高层建筑中最先使用的一种结构类型，将其应用到 实际工程中已有几百年历史。19世纪末，西方就开始尝试用钢铁材料制 作的框架承重体系，例如美国在1883年建造的11层的保险公司大楼就是 采用生钢柱和熟铁梁所构成的框架来承担全部荷载，外围砖墙仅是自承 重墙，这栋楼被认为是近代高楼的始祖。
上海中心大厦 大厦的主楼为127层，总高为632米，结构
高度为565.5米，这两个高度均超过了上海环球金 融中心，从而成为“上海第一高”。
“上海中心”建筑外观呈螺旋式上升，建筑 表面的开口由底部旋转贯穿至顶部，从天空向下 俯瞰，“上海中心”非对称的顶部卷折状造型， 将进一步丰富上海的城市天际线。
1．单调荷载下的性能 H形截面梁在均布弯矩作用下的弯矩-转角关系、依
赖于横向无支长度 lb 对绕截面弱轴的回转半径 Hale Waihona Puke Baidu比，示于图21．2．1对曲线A， lb ry 小，受弯承载
力保持在 M P 时有大的转角，M P值为：
M P Z p Fy
式中， Z p 是塑性的截面模量， Fy 是钢材屈服强度 。
21．2，4所示。
21图．221．．23．支5给撑出构了件斜杆在反复荷载下的滞回性能，其中P和 分别是斜杆内
的轴向力和相应的伸长度，H和 分别是斜杆承受的水平荷载和框架的水平位 移。由于每根斜杆只承受拉力，如图21．2．5b、c，斜杆承担的总水平荷载是 各杆力的水平分量之和，如图21．2．5d。d中的滞回环表示斜杆只在发展新的
“上海中心”总投入将达148亿元，2014年竣 工交付使用。项目的开发建设和运营由上海中心 大厦建设发展有限公司负责。
国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详细信息
1）高钢的优缺点
优点 承载能力高，自重轻，与钢筋混凝土结构相比要轻 30％-50％，结构所占面积和空间小，另外钢结构断 面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8 ％左右，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短， 钢材可回收，对环境污染小。 缺点
钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。
2）高层钢结构的适用范围
➢ 公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。 ➢ 特别适用于40层以上的超高层建筑，烈度为8度及以
上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。 ➢ 近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式
喜人。
21．2 钢结构构件的性能
钢是具有较好的延性材料。但是由钢材制造成的钢结构 构件，在竖向和水平荷载作用下并不一定总是延性破坏。
•国内目前最高的为上海环球金融中心
主楼建筑面积：25.3万m2。 总用钢量：65000t。 建筑规模：主体建筑物高492米,
地上101层，地下3层。 结构形式为同时采用三种体系：
a、巨型柱、巨型斜撑和带状 桁架组成的巨型结构； b、钢筋混凝土的核心筒； c、构成核心筒和巨型柱之间 相互作用的伸臂桁架。 投资单位：日本森海外株式会社 日本森大楼公司主导兴建 2008年8月竣工
21．2．4 连接节点 焊接的刚性梁柱连接处的破坏可能是局部高应力导致的屈服或断裂，如
图21.2．6b，也可能发生节点板剪切屈服，如图21．2．6a；梁翼板传来 的压力和拉力形成的局部应力可能带来两类破坏：
〔1)梁受压翼板传来的压力使柱腹板翘曲 (2)梁受拉翼板传来的拉力使柱的翼板与相邻腹板处的焊缝断裂导致柱
计算机和结构计算理论也的飞跃性发展。这些进步使得高层建筑的 结构体系呈现出先进、新型、高效和多样化的局面，同时带来了设计技 术的革新，增加了高层建筑的适用性和使用功能，也降低了建筑的造价。
高层钢结构在国内外的发展
1）国外的发展
➢ 形成期 西方工业革命时期，铁钢开始用于建筑 1872年法国巴黎Menier巧克力厂采用了钢框架结构
在钢结构构件中，其脆性破坏主要是失稳和脆性断裂。 构件截面因宽厚比较大而产生局部压屈，柱和斜撑因长 细比较大而挠屈失稳以及梁、柱构件的侧向扭屈等属于失 稳破坏。 螺栓或铆钉连接的净断面拉坏，焊缝应力集中断裂等为 脆性断裂破坏。
因此，避免钢结构构件的脆性破坏，是搞好钢结构设 计的重要问题。
21．2．1 钢梁
21．2．2 钢柱
1．单调荷载下的性能 宽翼板的柱在固定轴力和单调弯矩作用下的弯矩—曲率关系如图21．2．3，
其中 是轴力为零时的全塑性弯矩， 是轴力为零y 时的屈服曲率。如果不
出现局部压屈，随曲率的增加，弯矩可达到 值并保持不变。
除了弯曲屈服破坏外，细长的柱因压弯和局部压屈可能在平面内失稳。
2．反复荷载下的性能 横向被梁支承的框架柱在固定轴向和反复水平荷载作用下的滞回曲线如图
➢ 发展期 20世纪初，技术进步加速， 电梯技术的完善。
1931年纽约建成381m(102层) 的帝国大厦，钢框架结构， 206Kg/m2, 雄踞世界第一高40 多年。
Empire state building
➢ 繁荣期 1945年二次大战后，高层 在美欧等西方国家快速发 展，其中以美国最具代表 性
对因曲横线向B压,屈lb使r承y 略载大下于降A。的如值果。l在b 达ry到更足大够，的在转达角到之受前弯
承载力 之前横向压屈，如曲线C.。
2．反复荷载下的性能 钢梁在往复荷载作用下的性能与单调荷载作用下基本一致，
其滞回环在小的转角幅度下是稳定的，其反复荷载作用下的转 角能力随 的变化低于单调荷载。循环荷载作用下的滞回曲 线如图21．22所示；
芝加哥Sears大厦，109层 443米，用钢量161Kg/m2， 1974年建成。Sears Tower 成束筒体系。
Sears
2）国内的发展
➢ 解放前高层钢结构建筑甚少，最高的是1934年在上海 建成的上海国际饭店，22层，高82.5米。
➢ 中国大陆自20世纪80年代中期起步修建高层钢结构， 先后在上海、北京、深圳、广州、大连、厦门、沈阳、 天津等地建造了数10幢高层钢结构建筑。
高层钢结构房屋
21.1概述 21．2 钢结构构件的性能 21．3 高层建筑钢结构的结构体系
2.1．1 世界高层建筑钢结构的发展
钢结构是世界早期高层建筑中最先使用的一种结构类型，将其应用到 实际工程中已有几百年历史。19世纪末，西方就开始尝试用钢铁材料制 作的框架承重体系，例如美国在1883年建造的11层的保险公司大楼就是 采用生钢柱和熟铁梁所构成的框架来承担全部荷载，外围砖墙仅是自承 重墙，这栋楼被认为是近代高楼的始祖。
上海中心大厦 大厦的主楼为127层，总高为632米，结构
高度为565.5米，这两个高度均超过了上海环球金 融中心，从而成为“上海第一高”。
“上海中心”建筑外观呈螺旋式上升，建筑 表面的开口由底部旋转贯穿至顶部，从天空向下 俯瞰，“上海中心”非对称的顶部卷折状造型， 将进一步丰富上海的城市天际线。
1．单调荷载下的性能 H形截面梁在均布弯矩作用下的弯矩-转角关系、依
赖于横向无支长度 lb 对绕截面弱轴的回转半径 Hale Waihona Puke Baidu比，示于图21．2．1对曲线A， lb ry 小，受弯承载
力保持在 M P 时有大的转角，M P值为：
M P Z p Fy
式中， Z p 是塑性的截面模量， Fy 是钢材屈服强度 。
21．2，4所示。
21图．221．．23．支5给撑出构了件斜杆在反复荷载下的滞回性能，其中P和 分别是斜杆内
的轴向力和相应的伸长度，H和 分别是斜杆承受的水平荷载和框架的水平位 移。由于每根斜杆只承受拉力，如图21．2．5b、c，斜杆承担的总水平荷载是 各杆力的水平分量之和，如图21．2．5d。d中的滞回环表示斜杆只在发展新的
“上海中心”总投入将达148亿元，2014年竣 工交付使用。项目的开发建设和运营由上海中心 大厦建设发展有限公司负责。
国内在建或已建完的其他著名高层钢结构详细信息
1）高钢的优缺点
优点 承载能力高，自重轻，与钢筋混凝土结构相比要轻 30％-50％，结构所占面积和空间小，另外钢结构断 面小，与钢筋混凝土结构相比可增加建筑有效面积8 ％左右，抗震性能好，工厂化程度高，建设周期短， 钢材可回收，对环境污染小。 缺点
钢材的抗火性能差，用钢量稍大，造价偏高。
2）高层钢结构的适用范围
➢ 公共建筑，商业建筑，多层工业建筑，住宅等。 ➢ 特别适用于40层以上的超高层建筑，烈度为8度及以
上地震区的高层建筑和软弱地基上的高层建筑。 ➢ 近年来多层和小高层住宅也已开始采用钢结构，形式
喜人。
21．2 钢结构构件的性能
钢是具有较好的延性材料。但是由钢材制造成的钢结构 构件，在竖向和水平荷载作用下并不一定总是延性破坏。
•国内目前最高的为上海环球金融中心
主楼建筑面积：25.3万m2。 总用钢量：65000t。 建筑规模：主体建筑物高492米,
地上101层，地下3层。 结构形式为同时采用三种体系：
a、巨型柱、巨型斜撑和带状 桁架组成的巨型结构； b、钢筋混凝土的核心筒； c、构成核心筒和巨型柱之间 相互作用的伸臂桁架。 投资单位：日本森海外株式会社 日本森大楼公司主导兴建 2008年8月竣工