近年来，我国北京、上海、深圳等地相继兴建了很多钢结构和钢—混组合结构的高层建筑。随着经济的发展和技术的进步以及我国钢产量的增加，钢结构的高层建筑会越来越多。

钢结构具有施工工期短、自重轻、结构断面小，建筑使用空间大、抗震性能好等优点。特别是在超高层建筑中，它的优点更突出。因此，钢结构会更加广泛地被采用。

1.钢结构与混凝土结构的分析比较

（1）用钢量 根据我国近十几年建造的部分钢筋混凝土结构高层建筑调查，29层以下的用钢量约70kg/m²，30层以上的约90kg/m²。由于建筑的使用性质不同，对荷载层高和柱网、剪力墙的布置要求不同，所以用钢量不同。我们以30层为界，不同层数的用钢量分布如表10-3所示。

表10-3 不同层数钢筋混凝土结构用钢量分布表

一般来讲，钢结构的高层建筑用钢量比较高。然而由于钢材的性能提高，结构体系的改进，建造技术的进步和计算理论的进步，钢结构的用钢量有逐年下降的趋势。美国1931年建成的纽约帝国大厦，用钢量为206kg/m²，而1968年建成的芝加哥汉考克大厦用钢量仅为146kg/m²。这个数字已接近相同高度钢筋混凝土结构的用钢量。

（2）结构面积和结构自重 在高层特别是超高层建筑中，钢筋混凝土柱和剪力墙截面都比较大，占去了较多的使用面积。而钢结构构件的截面则较小，占用的使用面积也相应较少。现以43层的上海希尔顿酒店为例，钢筋混凝土结构竖向构件的结构面积占建筑总面积的9%，而钢结构仅占2.5%。

钢结构具有自重轻的特点。一般钢筋混凝土高层建筑标准层的自重为12～18kN/m²，而钢结建筑仅为8～10kN/m²。减轻30%左右。这对于有地震设防的高层建筑是十分有意义的，而且可以降低基础的费用。

（3）结构的耐震性 由于混凝土的抗拉、抗剪强度比较低，延性比较差，构件开裂破碎后，承载能力下降迅速，用于地震区的高层建筑，其层数不能不受到限制。而型钢则不同，基本上属于各向同性的匀质材料，抗拉、抗压、抗剪强度均很高，延性也好，耐震性能很好，所以钢结构更适用于地震区的高层建筑。钢结构的高层建筑只要设计得当，在层数上没有太多限制，可以按需要建造。

（4）关于工期 钢筋混凝土结构施工工序较多，比较复杂，所以工期较长，而钢结构由于工厂化程度高，所以施工快，一般的高层建筑采用钢结构可缩短工期半年到1年。例如，采用钢筋混凝土结构的北京国际饭店、北京国际大厦、南京金陵饭店和深圳国贸中心，施工周期分别为43个月、36个月、37个月和43个月；而采用钢结构的上海瑞金大厦、北京香格里拉饭店、上海希尔顿酒店和北京长富宫中心，施工周期分别为20个月、24个月、30个月和33个月。美国芝加哥西尔斯大厦，110层（地下3层，地上110层），高442.3m，用钢量为7.6万t，主体结构15个月完工。这充分体现了钢结构的高速度施工水平。也大大地降低了投资。

从以上的分析中我们可以看出，钢结构的采用会越来越广泛。

2.钢结构体系实例

（1）美国芝加哥市西尔斯大厦 该楼于1974年建成，110层，高442.3m，建筑面积近40万m²，是单一功能的办公楼。有3～3.5万人在楼内工作。因大楼高度超过400m，为控制风载下的侧移和振动加速度在允许限值以内，楼房底层平面尺寸定为68.6m×68.6m。高宽比值为6.5。因为底层边长已超出框筒的极限尺寸45m，所以采用成束框筒体系。它的体系为模数化的筒体群，由9个连在一起的筒体组成，每个筒均为22.86m×22.86m的正方形平面。柱距为4.57m。按照各楼层使用面积向上逐渐减少的要求，到第51层减去对角线上的两个子筒，到67层再减去另一对角线上的两个子筒，91层以上再减去三个子筒，保留两个子筒至110层。9个筒分段截去，既满足了使用要求，又减少了风力，还丰富了立面造型。每个筒内不再设内柱，建筑布置非常灵活，租用单位可按照办公要求自行分隔。

它的允许位移为建筑高度的1/500，即90cm，建成后实测位移仅为46cm。(www.daowen.com)

为了进一步减小框筒的剪力滞后效应，于35层、66层和90层三个设备层，沿内外框架设置了桁架，形成三道圈梁，提高了框筒抵抗竖向变形的能力。

梁和柱均采用焊接工字钢。柱子的截面尺寸由底层的1070mm×609mm×102mm（高、宽、翼缘厚），分级变化到顶层的107mm×305mm×19mm；梁的截面尺寸由底层的990mm×406mm×70mm，分级变化到顶层的990mm×254mm×25mm。设计方案的结构总用钢量为7.6万t，单位面积的用钢量仅为161kg/m²，非常省。这说明该结构体系非常合理。

主体结构15个月完工。

西尔斯大厦成束框筒群平面和立面图分别见图10-16a和图10-16b。

图10-16 西尔斯塔楼平立面

a）束筒群平面 b）立面变化

（2）美国芝加哥约翰·汉考克大厦 该大厦于1968年建成，99层，高344m，建筑面积26万m²。它是一幢集商业、办公、公寓和停车的综合性大楼。位于芝加哥的商业和旅馆区中心，占地1.4公顷。是一幢逐渐向上收缩的，平面为矩形的塔楼。底层平面尺寸为79.2m×48.7m，顶层为48.6m×30.4m。

6层以下及44层、45层为商店、游泳池及棒球房等，6～12层为车库，可停1200辆汽车，13～41层办公，46～92层有700个单元公寓，93～97层为餐厅、瞭望观景层及电视台。在楼内的办公人员，住在公寓内，可免上班下班的奔波，这就是理想的城中之“城”了。

公寓要求进深小，商业要求进深大，设计师巧妙地设计成向上逐渐缩小的长方形锥体，把公寓放在46层以上。其斜度是经优化过的较佳值，使商场、办公和公寓都获得比较适宜的进深尺寸。钢柱都向内倾斜了5度。

该建筑的结构体系为支撑框筒体系，即在外框架上设置了大型交叉支撑，形成支撑框筒。各片框架中的斜杆在同一角点上相交，保证从一立面到另一个立面，支撑的传力路线连续，从而更加充分地发挥了立体构件的空间工作效能，见图10-17。

图10-17 汉考克大厦支撑框筒体系立面

锥体有利于抵抗水平力，比矩形柱状体可减少10%～50%的侧移。由于选择了有利的结构形式，它的用钢量非常省，仅为145kg/m²。该建筑为“重技派”的代表作。