5.2 多层和高层钢结构

多层和高层钢结构需进行合理的结构布置。它应具备明确的计算简图，且有合理的荷载和作用的传递途径。对于有抗震设防要求的建筑，要有多道抗震防线。结构构件和体系要具有良好的变形能力，以及消耗地震能量的能力。对于可能出现的薄弱部位，应采取有效的加强措施。

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合理的结构布置能够保证多高层钢结构的安全，同时也是其经济的前提。多高层钢结构的两个主轴方向动力特性最好相近；建筑平面最好简单且规则，结构平面布置最好对称，水平荷载合力作用线最好接近抗侧力结构的刚度中心；建筑竖向体形最好规则且均匀，结构竖向布置最好让侧向刚度和受剪承载力沿竖向均匀变化；支撑布置在平面上最好均匀且分散，沿竖向最好连续布置；当设置地下室时，支撑最好延伸至基础或在地下室相应位置设置剪力墙。结构设计的基本要求是结构平面和竖向布置具有规则性。当使用功能或建筑方案难以满足结构的规则性要求时，就需要考虑其带来的影响。

多高层钢结构宜选用双重抗侧力结构体系。这种体系是实现多道抗震设防的一种有效方式。

5.2.2 结构计算时应考虑构件的下列变形：

1 梁的弯曲和剪切变形；

2 柱的弯曲、轴向、剪切变形；

3 支撑的轴向变形；

4 剪力墙板和延性墙板的剪切变形；

5 消能梁段的剪切、弯曲和轴向变形；

6 楼板的变形。

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结构计算时，在竖向荷载作用下，结构的内力和变形可采用弹性方法计算；在风荷载作用下，结构的内力和变形可采用弹性方法计算；在多遇地震作用下，结构的内力和变形可采用弹性方法计算。罕遇地震作用下，结构的弹塑性变形可采用弹塑性时程分析法计算；罕遇地震作用下，结构的弹塑性变形可采用静力弹塑性分析法计算。上述分析中，要考虑梁的弯曲变形，也要考虑梁的扭转变形，在必要时还需考虑梁的轴向变形；要考虑柱的弯曲变形、轴向变形、剪切变形和扭转变形；要考虑支撑的弯曲变形、轴向变形和扭转变形；要考虑延性墙板的剪切变形；要考虑消能梁段的剪切变形和弯曲变形。

5.2.3 结构稳定性验算应符合下列规定：

1 二阶效应计算中，重力荷载应取设计值；

高层钢结构的二阶效应系数需满足不大于 0.2 的条件；多层钢结构的二阶效应系数需满足不大于 0.25 的条件。

一阶分析时，框架结构需依据抗侧刚度，以有侧移屈曲或无侧移屈曲的模式来确定框架柱的计算长度系数。

二阶分析时需要考虑假想水平荷载，并且框架柱的计算长度系数要取 1.0 。

假想水平荷载的方向要与风荷载的方向一致，也要与地震作用的方向一致。假想水平荷载的荷载分项系数取 1.0。在风荷载参与组合的工况中，组合系数取 1.0。在地震作用参与组合的工况中，组合系数取 0.5。

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二阶效应系数为 1.0 减去侧力工况下线性弹性分析的侧移与二阶分析侧移的比值。高层结构中，若二阶效应系数大于 0.2，意味着结构抗侧刚度偏小。基于结构设计的安全性底线要求，需要对二阶效应系数进行限值。

二阶分析具备简单性这一特点，然而，只有配合引入假想水平荷载，它才能够被加以应用。

5.2.4 高层钢结构抗震设计应符合下列规定：

控制应对结构的构件和节点部位产生塑性变形的先后次序，并且应使用能力设计法进行补充验算。

钢框架柱以及支撑构件的长细比，还有梁、柱以及支撑的板件宽厚比限值，都应该和不同构件的抗震性能目标相契合。 钢框架柱的长细比应与不同构件的抗震性能目标相适应钢结构整体稳定性验算，支撑构件的长细比也应如此。梁、柱的板件宽厚比限值要与不同构件的抗震性能目标相适应，支撑的板件宽厚比限值同样要适应。

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抗震设计内容较为丰富，而本条只是对其中最为重要的一些方面作出了规定。

为保证结构体系具备良好的变形能力，在抗震设计的结构中引入了能力设计法。这样一来，那些容易引发结构出现脆性破坏的部位能够拥有较高的强度且不会遭到破坏，而塑性变形则会出现在变形能力较好的构件和部位。

框架柱的长细比以及支撑的长细比，这是能够保证结构整体抗震性能的一个构造方面的要求，因此应当对其作出规定。

抗震结构需借助塑性变形来降低输入结构的地震作用。一般来说，钢梁的梁端得形成塑性铰，且宽厚比限值的要求较为严格；而那些满足强柱弱梁要求的框架柱，就可以对要求进行适当放宽。抗震设计时取用的地震作用若越大，那么设防地震作用时所需的塑性变形能力就越小，宽厚比也就可以适当放松；支撑在地震作用下是首先屈曲的构件，它的塑性变形较大，因此要给予更为严格的宽厚比限值。

5.2.5 对于高层钢结构的加强层以及其上、下各一层的竖向构件和连接部位，其抗震构造措施应按照规定的结构抗震等级提高一个级别。并且，加强层的竖向构件以及连接部位，还应当依据计算结果来设计其抗震加强方面的措施。

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因为设置了伸臂桁架，所以同层以及上下层的核心筒与柱的剪力和弯矩都有所增大。这就使得构件的截面设计以及构造方面需要加强。在高烈度设防区，如果在较高或者特别不规则的高层民用建筑中设置了加强层，那么就应该进行性能化设计并且采取相应的措施。在设防地震或者预估的罕遇地震发挥作用时，要对伸臂桁架以及与之相邻的上下各一层的竖向构件提出更高的抗震性能要求（一级除外）。不过，伸臂桁架腹杆的性能要求最好比弦杆低一些。因为伸臂桁架的上下弦同时要承受轴力、弯矩和剪力，这与一般楼层梁的受力状态是不一样的，所以在计算模型中应该按照弹性楼板假定来计算上下弦的轴力。

另外，超高层建筑的加强层及其上下层，楼层地震剪力会出现反向突变。所以，应当建立合理的加强层几何模型，依据计算出的实际结果来进行抗震加强设计。

在正常的使用状况下，多层钢结构需要具备足够的刚度。同时，在相同条件下钢结构整体稳定性验算，高层钢结构也应具有足够的刚度。

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在正常使用的情况下，多层钢结构和高层钢结构需要具备足够的刚度。同时，要具备良好的使用条件，并且要满足舒适度的要求。这样才能避免产生过大的位移，进而影响结构的承载能力、稳定性以及使用要求。