混合结构是我国高层建筑中首选结构体系之一，2004年底中国已建成的150m及以上的高层建筑中，混合结构占22.3％，200m以上的高层建筑混合结构占43.8％，300m以上的高层建筑中混合结构占66.7％，预计混合结构将成为今后高层及超高层结构的首选结构体系。我国设计规范中有关混合结构的设计方法和抗震措施主要根据试验结果、震害及工程经验制定，由于混合结构的震害案例较少，试验研究尤其重要。国内外混合结构研究包括构件和节点的拟静力试验及振动台试验。国内结合实际工程进行了一些整体结构小比例模型振动台试验和拟静力试验，由于试验模型比例较小和加载的局限，试验结果不能全面反映混合结构的抗震性能，还存在地震作用下的破坏模式、结构楼层剪力分配、按标准设计的混合结构的性能、混合结构中的转换层设计、薄弱层弹塑性位移角限值等问题。为此，本文以框架-核心筒混合结构为对象，进行较大比例模型的拟静力试验研究。本文对框架-核心筒混合结构的设计方法进行了综述。针对框架-核心筒混合结构设计，《高规》进行了较为详细的规定，制定了混合结构规则性、适用高度、高宽比、抗震等级等结构设计的整体要求，明确了框架-核心筒结构混合结构构件的设计方法。混合结构计算采用杆系有限单元法，规程对计算中的一些计算参数的取值方法进行了详细的规定。按规范设计要求，本文进行了一个30层的框架-核心筒混合结构的设计。框架采用型钢混凝土柱和钢梁，核心筒采用内置型钢的混凝土剪力墙，要求达到地震设防烈度8度要求。以上述30层框架-核心筒混合结构为原型结构，进行一个1：10的框架—核心筒混合结构模型拟静力试验。模型材料与原型结构基本相同，采用豆石混凝土模拟原型结构混凝土，强度与弹性模量基本保持一致；原型结构型钢在模型中用等强度的Q235薄钢板焊接制成；原结构钢筋用等强度钢丝替代。为使模型与原型结构达到等应变和等应力状态，按相似关系在模型中均匀施加157吨铁块，应力及应变相似关系达到1.0。侧向水平加载取小震下结构层间剪力的分布形态。试验表明：框架—核心筒混合结构最终破坏模式为倾覆破坏，混凝土核心筒根部拉开，框架柱拉断。结构在侧向加载过程中出现裂缝的种类十分丰富。平行加载方向的混凝土核心筒墙肢出现剪弯斜裂缝，并逐渐延伸至受压墙肢，垂直加载方向的墙肢出现受拉水平裂缝；筒体剪力墙连梁出现弯曲裂缝及剪切斜裂缝；型钢混凝土转换梁支座和梁跨中出现弯曲裂缝，支座处有少量斜裂缝出现。下部楼层框架柱柱身出现数道受拉水平裂缝，上部楼层框架柱则出现柱端弯曲裂缝；平行加载方向的框架节点处出现交叉斜裂缝。框架-核心筒混合结构模型表现出良好的抗震承载力。试验中，小震和中震下模型结构基本处于弹性状态，试验最大基底剪力大于罕遇地震下结构弹性基底剪力。框架-核心筒混合结构滞回曲线呈反“S”状，并不饱满，表明结构滞回耗能能力并不强。实则模型阻尼比初始值为3.16％，破坏时为20.81％。试验得到的最大顶点位移角为1／50；层间位移角最大1／48，发生在15-20层，虽然位移角较大，但这些层的结构仅出现轻微裂缝；底部1、2层的破坏严重，裂缝较多且宽，1层最大位移角为1／95，2层最大位移角为1／60。结构底部各层的破坏用层间弹塑性位移角限值较合理，而结构上部楼层用层间弹塑性位移角限值作为楼层破坏的标准不合理。本文探讨了高层混合结构静力弹塑性分析方法，采用SAP2000结构分析软件对试验模型的原型结构进行静力弹塑性分析。框架梁、柱采用集中塑性单元，剪力墙采用等效梁组合模型。水平加载分布与试验相同，采用层剪力分布形态。计算获得的顶点位移-基底剪力的骨架曲线与试验骨架曲线在破坏前十分吻合；相应各阶段的结构变形基本一致；小震、中震、大震和最后破坏时的塑性铰分布也与试验结果大致相同。静力弹塑性分析中阻尼的计算方法十分重要，本文根据理想弹塑性滞回曲线计算混合结构进入弹塑性后的附加阻尼方法，并与试验实测滞回曲线计算得到的附加阻尼进行了对比，得出混合结构的附加阻尼比可采用理想弹塑性滞回曲线计算，附加阻尼修正系数应取0.3。根据模拟屈服的双线性方法计算混合结构的延性系数时，取初始刚度与结构骨架线的初始刚度相等，计算得框架-核心筒混合结构的延性系数为3.54。从型钢混凝土框架-核心筒框架模型拟静力试验看，混合结构的延性并不好，因此单靠结构延性未必能达到大震不倒的目标，而基于性能的抗震设计方法是解决这一问题的较好方法。根据“超限审查”的实践经验，高层混合结构可按中震不屈服或中震弹性的性能水准进行抗震设计，本文从地震作用计算的基本原理出发，用大震下结构弹性地震作用除以混合结构延性系数作为结构承载力设计时的地震作用，这个地震作用界于中震弹性地震作用和小震地震作用之间，能够确保结构“大震”不倒的目标。地震作用放大后，结构抗震承载力提高，内力不必再调整，但为了保证结构具有更好的延性，可保留规范中构件构造配筋率、配箍率、轴压比等提高延性的构造措施。本文对几种性能设计方法进行了对比，得出结论：中震弹性设计内力最大，其次是中震不屈服和本文用大震除以延性系数的方法，最后是小震设计方法。但小震设计时，结构内力调整系数值复杂，例如特一级和一级抗震等级下的柱剪力调整后超过中震弹性下的柱剪力，使结构抗震性能不易把握。在框架-核心筒混合结构的楼层的剪力分配中，框架沿高度分配到剪力逐渐增加，底层框架承担的剪力占楼层剪力的比重最小，结构上部楼层框架承担的剪力与本楼层剪力之比大于20％，所以框架承担剪力调整用本楼层剪力的20％是不够合理的。弹塑性阶段，各层框架承担的剪力趋于相同。高层结构存在倾覆破坏的可能，框架承担的倾覆弯矩与混凝土筒体承担的覆弯矩在底部相当，而结构上部楼层的楼层倾覆弯矩，侧框架承担的较多，由此可见，在高层结构倾覆破坏时，框架不仅仅是二道防线的作用，框架与筒体作用相同。剪力墙承担的剪力在剪力墙进入弹塑性状态后会发生重分布，受拉肢剪力墙承担的剪力逐渐减少，受压肢剪力墙逐渐增加，当剪力墙出现小偏拉时，可能会丧失抗剪承载力，这一点在剪力墙抗震设计时应引起重视。转换梁承担了上部框架柱下传的集中力，规范规定上部框架柱作用在转换梁上的集中力在设计中应予以放大，因此转换梁要有足够的承载能力，保证转换梁在大震下仍然处于弹性状态或具有足够的延性，才能保证整体结构的大震下的延性。本次试验中采用的型钢转换梁具备这样的条件，计算分析表明，大震下型钢转换梁基本处于弹性状态，也有很高的抗剪强度，试验和计算均未出现剪切破坏。通过型钢混凝土框架-核心筒混合结构试验的研究和模型结构的计算分析，对型钢混凝土框架-核心筒混合结构的设计，提出一些建议供设计人员参考。1．型钢混凝土框架-核心筒结构具用较强的承载能力，结构延性一般，设计时应适当提高竖向抗侧力构件的承载能力。2．型钢混凝土框架-核心筒结构抗倾覆设计至关重要，结构竖向构件由于地震产生的轴向力应进行调整。3．框架-核心筒混合结构性能设计的方法可采用中震弹性、中震不屈服和中震竖向构件不屈服的设计方法。本文提出了基于大震不倒的设计方法，以弹性大震除以结构延性系数得到的地震作用作为结构设计的地震作用，保留强柱弱梁、强剪弱弯的内力调整。4．规范关于结构层间弹塑性位移角限值只对结构底部区域的楼层适用，具体可以以加强部位(或转换层+2层)为界。结构上部的弹塑性位移可根据楼层出现的塑性铰分布判定，只要楼层内柱端不全出铰，可认为是安全的。5．转换梁应具有较大的刚度、承载力和变形能力，可采用型钢混凝土梁。本次研究解决了一些型钢混凝土框架-核心筒结构设计中存在的问题，在型钢混凝土框架-核心筒混合结构抗剪破坏模式、如何提高剪力墙的抗剪承载能力、混合结构的性能设计、楼层结构弹性位移角限值和弹塑性位移角限值等方面还有等进一步研究。