钢管混凝土叠合柱在深圳卓越·皇岗世纪中心项目中的应用.pdf
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1、 第7 期 2 0 0 8 年7 月 广东土 木与 建筑 GUANCD0NG ARCHI T E C TU RE C I VI L E NGI NE ERI NG 卜 7 J U L 2 O 0 8 钢管混凝土叠合柱在深圳卓越 皇岗世纪中心项目中的应用 黄用军 尧 国皇 宋宝 东 彭肇 才 ( 中建国际( 深圳) 设计顾 问有限公 司 -,Y - N 5 1 8 0 4 8 ) 摘 要 : 钢 管混凝土 叠合柱是 由钢 管混凝土及钢管外的钢 筋混凝土叠合 而成 , 既具有钢管混凝土的优点 , 钢 管外 的混凝土还具有 良好 的耐 火性 , I k 4 _ -T - 装修 , 故适 用于非抗震和
2、抗震地 区的建筑结构 , 尤其是抗震设 防地 区的高 层 结构 , 文 中以深圳卓越 皇岗世 纪中心 项 目为例介 绍该构件的设计计算及梁柱节点的处理方 法, 供设计参 考。 关键词 : 超 高层 ;钢管混凝土叠合柱 ;设计 ;应用 1工程概 况 深圳卓越 皇岗世纪中 心 位 于 深 圳 市 福 田 中心 商 务区 建成后将成为市中心 区的标志性建筑群 折射着 该 区域成 为整 座城市 发展 的核心和商务前沿 本项 目 位于益 田路 与金 田路之间 占地面积 3 0 6 6 8 m 2 总建筑 面积 达 4 2 4万 m 由 4座 塔楼及裙房 、地下室组成 。 其 中 1 、 2 、 4 塔楼
3、为超高层 图1 建筑效果图 建筑 ,建筑高度分别为 2 8 0 。 2 6 8 , 1 5 0 m, 3 塔楼为高 层建筑。裙房地面以上共 4层 , 总高 2 0 5 m 作为商 业用 途 总建筑 面积约 4 6万 m 2 : 地下 室 3层 , 负 3 层 板面标高一 1 4 5 m 建筑面积约 8 7 2 0 0 m 2 主要用作停 车场 部分为设备用房 。本项 目由我公司与美 国 L e o a d a l v 建筑师事务所共 同设计完成 其建筑效果 如图 1 所示 。 本工程地处深圳市 风载作用较大 地震作用相 对较小 根据 以上特点和建筑功能的要求 钢筋混凝 土框 架 一 核 心 筒
4、 结 构 体 系 应 是 较 佳 选 择 且 经 济 可 行 , 故将其作为塔楼的结构形式。 对于该结构体系, 外 框架体系是主要的竖 向承重体系之一由于结构层 数较多 , 外框架柱需承受很大的竖向荷载 为了减小 框架柱的截面面积 。 增大有效使用面积 我们考虑采 用钢一 混凝土组合柱。在组合柱的选型方面 我们对 型钢混凝土柱 、 钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱 1 _ ( 以下简称“ 叠合柱” ) 进行了深入 比较和论证 由于 叠合柱同时具有钢管混凝 土和型钢混凝土的优点 , 且具有刚度和强度大 、 耐火性能好等优点 故决定将 其用于外框架部分 C E C S 1 8 8 : 2 0 0 5
5、 ( 钢管混凝土叠合柱结构技术规 程 ( 以下简称 规程 ) 使得叠合柱在实际工程中 的应用更具可操作性 目前钢管叠合柱已有不少成 功 的工程应用实例 , 如辽宁邮政枢纽大楼( 2 3层 ) 、 沈 阳和泰大厦( 2 2层 ) 和沈 阳电力花 园双塔 ( 3 3层) 等 但在超过 2 0 0 m的超高层建筑中的应用则较为 少见。本文 以深圳卓越 皇岗世纪中心项 目为例 主 要介绍钢管混凝土叠合柱的设计计算及其与钢筋混 凝土梁的节点的处理方法等 有关的方法和结论可 为同行们提供参考 2钢管 混凝 土叠 合柱 的计算 目前高层结构设计中常用 的计算分析软件 如 国产 的 S A T WE和美国 C
6、 S I 公司的 E T A B S 。均未给 出钢管混凝土叠合柱 的截面形式。采用轴压刚度和 弯 曲刚度等效的方法 将叠合柱等效成钢筋混凝土 输入到以上软件 中 计算叠合柱的弹性内力 然后再 根据 规程 中的有关公式进行轴压比和承载力的 验算 。 需特别说明的是 叠合柱的轴压 比是指钢管外 钢 筋混凝 土 的轴压 比 叠合柱 的轴压 刚度 ( ) 和弯曲刚度 ( E I ) 的计 算公式如下 : E A= A 。 。 + A + E A ( 1 ) EI = E l + E I + Ea l a 2 1 式中: 、 、 E分别为钢管外、 内混凝土及钢管的弹 性模量 ; A A 、 A 分别为
7、它们的截面面积 ; 、 、 , a 分别为各截面在计算方向对其形心轴的惯性矩 3 2 0 0 8 年7 月 第7 期 黄 用军等: 钢管混 凝土 叠合 柱在深 圳卓 越 i:1 P qt1a , L 、 的应 用 J U L 2 0 0 8 N o 7 在叠合柱钢管截面计 f 靳 6 3 5 喜 l I l 条 有 关 叠 合 柱 中 含 管 一I 茗 霎 纂 柔 曼j i 限 值 要 求 , 本 工 程 叠 合 柱 的典型截 面配筋 如 图 2 I 1枷 I 本工 程 由于 建 筑 功 能 图2 典型的叠合柱 的要求 还 出现了很多钢 截面配筋 管混凝土叠合柱跨层柱 一般计算程序在整体结构
8、计算时 对跨层柱的分析不太准确 为了更清楚地 了解钢管混凝土叠合柱跨层柱的工作性能并更合理 地 设计 这类 构 件 我们 采用 大 型 的商用 有 限元 软 件 A B A Q U S 6 7对这类构件 的工作性能进行全过程非 线性分析, 具体分析过程参见文献 2 根据 有 限元 计算 获得 的典 型 的钢管混凝 土叠 合 柱跨层柱承载力的全过程曲线( 略 ) 可见相对于弹 性大震时对应的竖向荷载 钢管混凝土叠合柱跨层 柱具有较充裕 的安全储备 且超过极限承载力后仍 具有较好的后期延性 同时我们也关注到对应的 钢 管混 凝土叠 合柱 中钢 筋 、钢管 的 M i s e s 屈服 应 力 和
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