多高层建筑结构第十章..
(1)钢筋混凝土核心筒承担了绝大部分的剪力,但核心筒 的弹性极限变形能力小,易开裂,开裂后内力会向钢 框架转移,要防止钢框架较早发生破坏。 (2)楼面梁与外框架和核心筒连接应牢靠,保证钢框架与 混凝土核心筒能协同工作。 (3)由于混凝土收缩、徐变的影响,混凝土核心筒与钢框 架之间会产生竖向变形差,使内力向钢框架转移,有 可能导致钢框架较早发生破坏。
1、弹性分析时,宜考虑钢梁与混凝土楼板的共同作用, 梁的刚度可取钢梁刚度的1.5~2.0倍。 2、型钢混凝土构件、钢管混凝土柱的刚度可按下列公式 计算: EI = EcIc + EaIa EA = EcAc + EaAa GA = GcAc + GaAa 3、竖向荷载作用计算时,宜考虑竖向变形差的影响。 4、多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04,风荷载作用下 的阻尼比可取为0.02~0.04。 5、设置伸臂横架的楼层以及楼板开大洞的楼层应考虑楼 板平面内变形的影响。
31
3、型钢混凝土梁柱节点
(1)型钢柱在梁水平翼缘处应设置加劲肋,其构造不应 影响混凝土浇筑密实。 (2)箍筋间距不宜大于柱端加密区的1.5倍,直径不宜小 于柱端箍筋加密区箍筋直径。 (3)梁中钢筋穿过节点时,不宜穿过柱型钢翼缘;需穿 过柱腹板时,柱腹板截面损失率不宜大于25%,否 则需补强加固。
19
5、增加楼板厚度有利于钢框架与混凝土核心筒的 协同工作。增加楼板厚度可减小增大结构刚度, 减小结构低阶自振周期,增加结构高阶自振周 期。增加楼板厚度可减小结构侧向变形。增加 楼板厚度可减小结构的剪力滞后效应。
20
10.5 高层混合结构的竖向变形 差问题
产生竖向变形差的因素:
●荷载作用下,墙、柱等竖向构件的轴向应力不 可能相等,各竖向构件中的压缩量不等,因此, 各竖向构件之间会出现竖向变形差。 ● 在荷载保持不变的情况下,由于混凝土的收缩、 徐变特性,混凝土核心筒的竖向变形会继续加大, 但钢材无收缩、徐变,钢框架的竖向变形不会随 着时间的推移而加大,也会产生竖向变形差。 ● 温度变化也会使竖向构件产生竖向变形差。
24
正在施工中的上海 环球金融中心大厦
正在施工中的 广州电视塔
25
10.6 截面设计方法
1、结构抗震等级
结构类型 房屋高度(m) 钢框架-混凝土核心筒 混凝土核心筒 混凝土核心筒 型钢(钢管)混凝土框 型钢(钢管)混 架-混凝土核心筒 凝土框架 房屋高度(m) 钢框架-混凝土核心筒 混凝土核心筒 混凝土核心筒 型钢(钢管)混凝土框 型钢(钢管)混 架-混凝土核心筒 凝土框架 6度 ≤150 >150 二 一 二 二 三 ≤180 二 二 三 二 >180 一 二 二 抗震设防烈度 7度 8度 ≤130 >130 ≤100 >100 一 特一 一 特一 二 一 一 特一 二 ≤150 一 二 二 一 >150 特一 一 一 一 ≤120 一 一 一 一 >120 特一 特一 一 9度 ≤70 特一 特一 一 ≤90 特一 特一 一
17
10.4 结构刚度对受力性能的影响
1、适当增加钢框架的刚度可有效地增大钢框架 承受的弯矩和剪力,使内力的分布更均匀, 并可减小结构的侧移。
2、加强层可明显减小柱的轴力,加强层的位置 对内力和变形有较大影响,加强层的数量宜 适当。结构的内力和变形在加强层处发生突 变。
18Biblioteka 3、高层混合结构在竖向荷载作用下,随着钢框 架与混凝土筒体的刚度比增加,钢框架承担 的轴力将加大。 4、加强层的设置可增加钢框架与核心筒的协同 工作性能,但将使加强层及其附近楼层的内 力发生突变。设计时应对加强层相连的构件 予以加强。
29
10.7 主要构造措施
1、型钢混凝土梁
(1)混凝土粗骨料粒径不宜大于25mm。 (2)最小配筋率不宜小于0.30%。 (3)型钢的混凝土保护层厚度不宜小于100mm。 (4)纵向受力钢筋宜采用机械连接。 (5)箍筋的直径和间距应符合下表要求:
抗震等级 一 二 三 四` 箍筋直径 ≥12 ≥10 ≥10 ≥8 非加密区箍筋间距 ≤180 ≤200 ≤250 250 加密区箍筋间距 ≤120 ≤150 ≤180 200
33
34
5、钢梁或型钢混凝土梁与筒体的连接
35
6、改善混凝土筒体延性的措施
(1)加强角部配筋。 (2)减小剪应力水平。 (3)连梁采用交叉配筋。 (4)采用带`竖缝剪力墙。 (5)在连梁中设置水平缝。 (6)筒体剪力墙的开洞位置尽可能对称。 (7)采用钢板剪力墙。
36
200 160 120 100 220 190 150 130 260 210 160 140 280 230 170 150
15
3、房屋高宽比限值
房屋高宽比限值
结构体系 非抗震设计
框架-核心筒 筒中筒
8 8
6度、7度 7 8
抗震设防烈度 8度 6 7
9度 4 5
16
10.3 内力与变形计算的一般方法
8
上海静安希尔顿酒店三种结构方案技术经济分析[3]
指 标 结构 自重 施工 工期 建筑使 用空间 用钢量 项 目 高层混 合结构 66434 1.28 100 322 1 1730 3.3 133 69 64 钢结构 54626 1.05 82 242 0.75 1320 2.5 165 141 24 钢筋混凝 土结构 94111 1.80 1.42 434 1.47 4700 9.0 - - -
3
国内应用情况:
研究工作开始于上世纪80年代。 工程应用开始于上世纪90年代。代表性建筑有:
●北京香格里拉饭店,82.75m ●上海希尔顿酒店,143.6m ●大连远洋大厦,200.8m ●深圳赛格广场,291.6m ●上海金茂大厦,418m ●上海环球金融中心大厦,492m
4
上海环球金融中心
上海金茂大厦
强度破坏(梁、柱、支撑、节点板件、螺栓、焊缝)
0.75
屈曲稳定(柱、支撑)
0.80
27
3、型钢混凝土柱的轴压比
µ N=N/(fcA+faAa)
型钢混凝土柱轴压比限值 抗震等级 轴压比限值 一 0.70 二 0.80 三 0.90
28
4、型钢钢板可不作稳定验算的宽厚比
型钢板件宽厚比限值
钢号 b/tf Q235 Q345 Q390 23 19 18 梁 Hw/tw 107 91 83 柱 H、十、T形截面 b/tf 23 19 18 Hw/tw 96 81 75 箱形截面 Hw/tw 72 61 56
研究工作始于上世纪60年代。 工程应用始于上世纪70年代。代表性建筑有: ●美国芝加哥 Gateway Ⅲ Building,36层,137m。 ●法国巴黎 Main Mantparnasse 大楼,64层。 ●英国伦敦 The National West Minster Bank Building . ●捷克 Guezla大楼,36层。 ●日本神奈县海老名塔楼,25层。 ●新加坡 Overseas Union Building ,64层。
30
2、型钢混凝土柱
(1)长细比不宜大于80。 (2)混凝土粗骨料粒径不宜大于25mm。 (3)型钢含钢率不宜小于4%。 (4)纵向受力钢筋不宜大于300mm,直径不应小于 14mm。 (5)箍筋的直径和间距应符合下表要求:
抗震等级 一 二 三 箍筋直径 ≥12 ≥10 ≥8 非加密区箍筋间距 ≤150 ≤200 ≤200 加密区箍筋间距 ≤100 ≤100 ≤150
32
4、钢管混凝土柱
(1)钢管的直径不宜小于400mm,壁厚不宜小于8mm。 (2)钢管壁厚与外径的比值D/t宜在 (20~100) fy为钢材的屈服强度。 (3)圆钢管混凝土柱的套箍指标 faAa/fcAc 不应小于0.5,也 不宜大于2.5。 (4)柱的长细比不宜大于80。 (5)轴向压力偏心率 e0/rc 不宜大于1.0。 (6)矩形钢管柱的短边尺寸不宜小于400mm,壁厚不宜小 于8mm,截面高宽比不宜大于2。
10
钢梁 钢 柱 钢筋混 凝土筒
钢 柱 钢梁 钢筋混凝土筒
结构变形
结构因竖向变形产生的内力
11
10.2 高层混合结构的布置
1、一般原则
(1)平面宜简单、规则、对称,宜采用方形、矩形、 多边形、圆形等规则平面。 (2)外围钢框架柱采用H形截面时,宜将柱截面强轴 方向布置在外围筒体平面内,角柱宜采用十字形、 方形或圆形截面。楼盖主梁不宜搁置在核心筒或 内筒的连梁上。 (3)竖向刚度宜均匀变化。 (4)外围框架平面内梁柱应采用刚性连接,楼面梁与 核心筒及外围框架可采用刚接或铰接。 (5)抗侧刚度不足时,可设置加强层、水平环带等。
12
巨型 柱 带状 桁架
巨型斜 撑
三层楼高 的外伸桁 架 核心筒
混凝土 周边墙
巨型柱
上海环球金融中心结构示意图
13
上海环球金融中心伸臂桁架及水平环带图
14
2、最大适用高度
最大适用高度(m)
结构体系 非抗震
抗震设防烈度
8度 6度 7度 0.2g 0.3g 9度 70 70 80 90
设计
钢框架-钢筋混凝土核心筒 框架-核心筒 型钢(钢管)混凝土框架-钢 筋混凝土核心筒 钢外筒-钢筋混凝土核心筒 筒中筒 型钢(钢管)混凝土外筒-钢 筋混凝土核心筒 210 240 280 300
总重量/t 每平方米结构重量/(t/m2) 百分率(%) 上部结构工期/d 比率 结构面积/m2 结构面积/总面积量(%) 总用钢量/(kg/m2) 型钢用量/(kg/m2) 钢筋用量/(kg/m2)
施工 技术
节点焊接量(%) 高强螺栓量(%)
100 100
250 200
- -
9
2、高层混合结构的受力特点
注:钢结构抗震等级,抗震设防烈度为6、7、8、9度时应分别取四、三、二、一级。