高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中采用以鋼材制作為主，并由型鋼和鋼板制成的鋼梁以及鋼柱等構(gòu)件組成，這些構(gòu)件會通過焊縫、鉚釘以及螺栓等方式進(jìn)行固定。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系正是以其強(qiáng)度高、重量輕、可靠性高、易安裝、密封性好等優(yōu)點(diǎn)被現(xiàn)今大型建筑所采用，并取得了較好的效果。我國是在新中國成立之后才開始大規(guī)模的進(jìn)行鋼的冶煉，相比于西方發(fā)達(dá)國家而言有較大的技術(shù)差異，但是我國經(jīng)過長期的實(shí)踐過程之后在鋼的冶煉和安裝方面都取得了非常大的成就，并逐漸接近國際水平。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅建筑數(shù)量的多少往往體現(xiàn)出了一個國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，我國的鋼產(chǎn)量處于世界領(lǐng)先地位，但是鋼材沒有得到較好的利用。使用鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行建筑可以比混凝土建筑結(jié)構(gòu)性能更加好，而且施工周期明顯縮短、建造價格較低。但是我國目前高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的施工過程中存在這較多的問題，以至于存在了較大的安全隱患。尤其是在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)以及抗震性能方面需要進(jìn)行更深入的探討，要使得高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的安全性得到有效的保障。

1 國內(nèi)外高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的研究現(xiàn)狀

1.1 國外高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的研究現(xiàn)狀

國外關(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的研究較早，而且在不斷的發(fā)展過程中已經(jīng)形成了較大的規(guī)模，在一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)建造了較多的鋼結(jié)構(gòu)住宅[1]。高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要包括交錯桁架體系和鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)體系，其中交錯桁架體系的結(jié)構(gòu)是美國學(xué)者在1966年所提出的，并與次年成功的建造了一所鋼結(jié)構(gòu)公寓。1974年又有學(xué)者提出了關(guān)于交錯桁架體系中的抗震性能，然后在1983年進(jìn)行了交錯桁架體系的橫向水平風(fēng)荷載試驗(yàn)，并得出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。直到20世紀(jì)70年代歐洲才進(jìn)行了關(guān)于鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)體系的住宅，并且在1981年進(jìn)行了關(guān)于地震作用下的動力特性分析。

1.2 國內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的研究現(xiàn)狀

我國對于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的研究較晚，我國在2001年才開始進(jìn)行關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)住宅相關(guān)的科研，并與多所高校進(jìn)行合作[2]。我國對于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)較晚，但是所取得的成就較高。目前我國高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的體系主要包括鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系，鋼框架-混凝土筒體結(jié)構(gòu)體系。而且鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中關(guān)于抗震性能的研究也取得了較好的成就，李國強(qiáng)等人將鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中將鋼框架簡化為半剛性框架，從混合結(jié)構(gòu)中的特性以及受力和破壞方面進(jìn)行了全面的分析。

2 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系

目前高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要包括鋼框架結(jié)構(gòu)體系、剛框架-支撐結(jié)構(gòu)體系、鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、剛框架-混凝土核心筒體系以及交錯桁架結(jié)構(gòu)體系，下面將對這五中高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行詳述。

2.1 鋼框架結(jié)構(gòu)體系

鋼框架結(jié)構(gòu)體系是較為常見的，鋼框架結(jié)構(gòu)體系所指的是沿著縱、橫方向的框架來作為承重的主要結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)體系能夠使得建筑物的空間得到最大程度的利用。而且鋼框架結(jié)構(gòu)體系的受力部位非常明確[3]，構(gòu)造也非常簡潔，安裝過程中非常簡單，在鋼材生產(chǎn)過程中能夠進(jìn)行批量化生產(chǎn)。但是鋼框架結(jié)構(gòu)體系的抗震能力較差，對于15層以上的住宅盡量避免使用鋼框架結(jié)構(gòu)。

2.2 鋼框架—支撐結(jié)構(gòu)體系

鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系主要是利用框架結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)，并在住宅中布置相關(guān)數(shù)量的豎向結(jié)構(gòu)來支撐，這就使得鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系能夠承受水平力和側(cè)向力，這種結(jié)構(gòu)相對于鋼框架結(jié)構(gòu)體系而言有著較好的抗震性能，而且在進(jìn)行高層剛結(jié)構(gòu)住宅的建造中所耗用的資金也較少，利于更高層數(shù)的施工[4]。但是鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)體系在施工過程中的施工難度較大，支撐的不合理也會使得建筑的布局存在局限性。

2.3 鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻也可稱為抗風(fēng)墻或者抗震墻，在住宅結(jié)構(gòu)中主要是承受地震作用引起的水平荷載，能夠有效的防治住宅結(jié)構(gòu)受到剪切的破壞。在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中合理的運(yùn)用剪力墻能夠使其更加穩(wěn)固，使得高層鋼結(jié)構(gòu)住宅能夠承受更大的負(fù)荷。鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系中豎向的負(fù)荷是依靠鋼框架承擔(dān)的，而橫向的荷載是鋼框架和剪力墻共同承擔(dān)的。當(dāng)然剪力墻也分為多種形式，有的是鋼板結(jié)構(gòu)的剪力墻、鋼板混凝土組合的墻板或者鋼筋混凝土剪力墻，鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系能夠使得高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)能夠抵御更強(qiáng)的推力，并能夠承受更大的地震中的剪力[5]。這樣就能夠使得高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的高度得到更大的提高，但是在地震發(fā)生時容易使得住宅的局部出現(xiàn)破壞的情況。

2.4 鋼框架—混凝土核心筒體系

鋼框架-混凝土核心筒體系主要是鋼筋混凝土的芯筒和鋼框架共同組成的混合結(jié)構(gòu)體系，鋼框架—混凝土核心筒體系與鋼框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系有很多的相似之處，這種結(jié)構(gòu)體系能夠承受較大的荷載。鋼框架—混凝土核心筒體系中核心筒主要是承擔(dān)橫向荷載，并占據(jù)其中90%以上的荷載，而鋼框架主要是承擔(dān)豎向荷載。這種結(jié)構(gòu)體系在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的建設(shè)當(dāng)中運(yùn)用的非常廣泛，而且其施工過程中能夠有效的節(jié)省材料，更大限度的降低了工程造價。但是這種結(jié)構(gòu)體系中鋼框架與核心筒的關(guān)聯(lián)性不夠緊密，即在較大的地震作用下核心筒遭到破壞，那么鋼框架也就無法抵御地震的沖擊。

2.5 交錯桁架結(jié)構(gòu)體系

交錯桁架結(jié)構(gòu)體系主要是由柱子、桁架以及樓面板所構(gòu)成的，通常柱子是固定在建筑的外圍，而桁架則是固定在柱子上，樓面板則是固定在桁架的上弦與下弦中。交錯桁架結(jié)構(gòu)體系對于搞成鋼結(jié)構(gòu)住宅的空間占用較小，其中橫向荷載是由桁架承擔(dān)的，柱子主要是承受軸力[6]。雖然交錯桁架結(jié)構(gòu)體系能夠更大限度的節(jié)省住宅面積，但是其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工難度偏大，不易于在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅中進(jìn)行施工。

3 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系中抗震設(shè)計(jì)的基本方法

高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)容易受到地震的影響，地震發(fā)生時會產(chǎn)生橫向和縱向兩個方向的力。高層住宅在地震發(fā)生時所遭受的破壞也會更大，所以在進(jìn)行高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的建設(shè)中要尤其注意其抗震性能的分析。在進(jìn)行高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的抗震性能分析中要根據(jù)地震的反應(yīng)特點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算，因?yàn)殛P(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的抗震包括建筑場地、結(jié)構(gòu)類型以及高度等多方面的因素的影響。簡化精確的計(jì)算將能夠使得高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的安全性能得到更大限度的保障，下面將詳述抗震設(shè)計(jì)的集中基本方法。

3.1 底部剪力法

這種方法的計(jì)算較為簡單，而且計(jì)算的時間也較短，這種方法通常運(yùn)用在較為規(guī)則的住宅結(jié)構(gòu)在水平方向所受的荷載。這種計(jì)算方法不僅可以得到住宅結(jié)構(gòu)在水平方向的地震作用，而且還能夠得到地震作用在結(jié)構(gòu)高度上的分布。

3.2 反應(yīng)譜法

反應(yīng)譜法的理論基礎(chǔ)主要是利用單質(zhì)點(diǎn)在地震過程中的反應(yīng)來進(jìn)行研究的，然后就可以繪制相關(guān)的地震反應(yīng)譜曲線，反應(yīng)譜曲線描述的是質(zhì)點(diǎn)在地震作用下反應(yīng)和自振周期之間的函數(shù)關(guān)系，利用這種方法能夠分析不同的地震對高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的影響。

3.3 時程分析法

反應(yīng)譜法主要是以地震反應(yīng)譜為依據(jù)，其能夠在很大限度上分析有關(guān)與承載力和變形的結(jié)果，但是其不能夠體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)存在的薄弱位置以及可能發(fā)生的震害，有較大的局限性。但是時程分析法能夠?qū)⒄麄€高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)作為一個振動系統(tǒng)[7]，然后依據(jù)地震加速度與時間之間的變化函數(shù)就能夠較好的分析出各質(zhì)點(diǎn)的地震響應(yīng)，同時時程分析法也能夠分析出對于不規(guī)則住宅的地震反應(yīng)。

4 高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)抗震性能探析

關(guān)于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)抗震性能的探析首先應(yīng)該建立相關(guān)的模型，然后采取相應(yīng)的簡化模型來進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果的分析，其中應(yīng)該包含框架的邊長、壁厚、主梁截面、次梁截面，鋼支撐矩形截面的邊長、壁厚以及厚度等。建立相關(guān)的模型之后就要進(jìn)行模態(tài)分析，模態(tài)分析主要是運(yùn)用于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的線性分析，也可稱之為振型疊加法，這能夠更大限度的縮短高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法，模態(tài)分析所得到的結(jié)果是進(jìn)行動力分析的重要參數(shù)，也是反應(yīng)譜分析以及時程分析的基礎(chǔ)保障。反應(yīng)譜分析中所得到的是地震運(yùn)動的平均值，能夠反映出每個振型位移中的最大值，對于反應(yīng)譜所得到的結(jié)果可以直接用于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中[8]。地震作用的計(jì)算方法有兩種，一種是底部剪力法，而另一種是振型分解法，底部剪力法只考慮了結(jié)構(gòu)的第一振型，但是對于高層鋼結(jié)構(gòu)住宅而言會帶來較大的誤差，所以在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)中應(yīng)該采用振型分解法。

本文主要介紹了高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的幾種不同的結(jié)構(gòu)體系，然后講述了各種結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用范圍，然后主要講述的是高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震性能分析，通過這些講述可以得到在高層鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該綜合考慮其經(jīng)濟(jì)性、施工時間以及施工場地等因素，然后配合相關(guān)的抗震性能分析，最后來選取較好的方案。

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