中国尊大厦内置钢板支撑混凝土剪力墙设计研究_齐五辉.pdf
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1、书书书 第 45 卷 第 18 期 2015 年 9 月下 建筑结构 Building Structure Vol 45 No 18 Sep 2015 编者按 北京市建筑设计研究院( 集团) 有限公司( 简称 BIAD) , 成立于 1949 年, 是与中华人民共和国同 龄的大型国有建筑设计咨询机构, 并于2012 年6 月由全民所有制企业改制为国有独资公司。BIAD 以 “建设 中国卓越的建筑设计企业” 为共同目标, 以 “为顾客提供高完成度的建筑设计产品” 为质量方针, 坚定不移地 实施 “BIAD 设计” 品牌战略, 形成了 “建筑服务社会, 设计创造价值” 的企业核心理念。 BIAD
2、集中了一大批优秀的建筑师和各个专业的工程师, 拥有工程院院士 1 名, 全国工程勘察设计大师 9 名, 国务院特殊津贴专家 69 名, 北京市突出贡献专家 12 名。在 4 000 多名员工中, 取得高级以上职称人员 760 余名, 具有相关执业注册资格人员 966 名。从 1977 年至 2015 年 8 月, 设计获全国优秀工程勘察设计奖 61 项, 获全国优秀工程勘察设计行业奖 305 项, 获北京市优秀工程设计奖 799 项。科研获国家科学技术奖 28 项, 获华夏建设科学技术奖 101 项, 获北京市科学技术奖 153 项。获中国土木工程詹天佑奖 18 项。 本专辑集中介绍了近期 B
3、IAD 若干工程设计及科研成果, 涵盖了对中国尊大厦、 乌鲁木齐宝能城、 呼和 浩特市鄂尔多斯广场、 青岛国际贸易中心、 海口国瑞城等多项超高层建筑和深圳宝安国际机场 T3 航站楼消 能减震结构、 马拉维体育场大跨度结构的工程总结, 高层建筑隔震设计、 大底盘结构位移比控制等方面的探 讨研究, 以及装配整体式剪力墙设计应用、 地基基础研究、 程序计算分析理论、 风洞试验研究等多方面的内 容。体现了 BIAD 在结构设计多个领域不断追求进取所取得的新成果和新进展, 可为广大读者借鉴。 通讯作者: 常为华, 硕士, 高级工程师, 一级注册结构工程师,Email: biad_changwh163 c
4、om。 中国尊大厦内置钢板支撑混凝土剪力墙设计研究 齐五辉 1, 杨蔚彪1, 常为华1, 宫贞超1, 田士川1, 李华峰1, 纪晓东2 ( 1 北京市建筑设计研究院有限公司,北京 100045; 2 清华大学土木工程系,北京 100084) 摘要 为减轻结构总重量、 控制墙身截面厚度、 满足轴压比和抗震性能要求, 中国尊大厦核心筒底部区域采用内 置钢板混凝土剪力墙, 中间区段采用内置钢板支撑混凝土剪力墙; 在结构塔冠位置( 104 层及以上) 由于刚度突变 及鞭梢效应的影响, 采用内置钢板混凝土剪力墙等措施予以加强。由于目前尚无内置钢板支撑混凝土剪力墙抗震 性能的研究, 因此对内置钢板支撑混凝
5、土剪力墙进行了专项试验研究和动力弹塑性分析。结果表明, 内置钢板支 撑混凝土剪力墙施工简单, 混凝土浇筑密实度容易得到保证。其刚度和受剪承载力与内置 H 型钢混凝土剪力墙的 刚度和受剪承载力基本相同, 两种墙的极限变形能力和耗能能力也基本相当。 关键词 中国尊大厦;内置钢板支撑混凝土剪力墙;试验研究;弹塑性分析 中图分类号: TU318文献标识码: A 文章编号: 1002- 848X( 2015) 18- 0001- 05 Structural design and study on steel-plate-bracing concrete shear walls of China Zun
6、Tower Qi Wuhui1, Yang Weibiao1, Chang Weihua1, Gong Zhenchao1, Tian Shichuan1, Li Huafeng1, Ji Xiaodong2 ( 1 Beijing Institute of Architectural Design,Beijing 100045,China; 2 Department of Civil Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China) Abstract: To fulfill the purpose of reducing the to
7、tal structure weight,controlling the shear wall thickness,satisfying the ratio of axial compression stress to strength and seismic behavior requirements,steel- plate concrete shear walls are adopted at the bottom part of the core wall for China Zun Tower,and steel- plate- bracing concrete shear wall
8、s are used in the mid- part of the core wall Because of the stiffness mutation and whipping effects,steel- plate concrete shear walls are used to reinforce the pinnacle of the structure tower ( 104 floor and above) Due to the lack of studies on seismic performance of steel- plate- bracing concrete s
9、hear walls,special experimental study and dynamic elasto- plastic analysis on steel- plate- bracing concrete shear walls were performed esults show that the steel- plate- bracing concrete shear walls are easy to construct,and the compaction degree of the concrete is easy to be guaranteed The stiffne
10、ss and shear capacity of the concrete shear walls with H- shaped steel inside are basically as the same as those of steel- plate- bracing concrete shear walls,and the ultimate deformation capacity and energy dissipation capacity of the two structures are basically equivalent Keywords: China Zun Towe
11、r;steel- plate- bracing concrete shear wall;experimental study;elasto- plastic analysis 建筑结构2015 年 1核心筒结构设计概况 中国尊大厦( 图 1( a) ) 地上 108 层, 高 528m; 地 下 7 层, 基底标高为 37. 8m。采用巨型框架( 巨型 柱、 巨型斜撑、 转换桁架)+ 核心筒双重抗侧力结构 体系。其中, 核心筒从基础面向上延伸至顶层, 贯穿 建筑物全高, 核心筒平面基本呈正方形, 底部尺寸为 39m 39m1 。 核心筒剪力墙是关键的抗侧力构件, 承担了大 部分的地震剪力和倾覆
12、力矩, 其刚度、 承载力和变形 能力对结构的抗震性能有重要影响。核心筒剪力墙 设计性能要求: 小震作用下核心筒墙肢拉压弯和抗 剪弹性; 设防地震作用下抗剪中震弹性, 底部加强区 域拉压弯弹性, 其他部位不屈服; 罕遇地震作用下抗 剪截面不屈服, 拉压弯状态墙肢允许进入塑性; 另 外, 还应控制混凝土压应变和钢筋拉应变在极限应 变内 2 。 图 1中国尊大厦效果图与核心筒立面图 基于减轻超高层结构总重量的要求, 合理优化 核心筒混凝土剪力墙截面厚度且保证剪力墙满足抗 震性能要求尤为重要。项目核心筒周边墙体厚度由 1 200mm 从下至上逐步均匀减小至顶部 400mm; 筒 内主要墙体厚度则由 5
13、00mm 逐渐减小至 400mm。 核心筒采用内含钢骨( 钢板/钢支撑) 的钢- 混凝土剪 力墙结构, 在结构底部 46 层范围混凝土墙内设置了 钢板, 形成内置钢板混凝土剪力墙。在 47 103 层 高度范围的外围混凝土墙内设置钢板支撑, 形成内 置钢板支撑混凝土剪力墙。核心筒 104 层及以上, 由于墙厚减小较多且考虑到鞭梢效应, 在核心筒内 外混凝土墙内设置了 8mm 厚钢板, 形成内置钢板混 凝土剪力墙( 图 1( b) ) 。由于目前尚无内置钢板支 撑混凝土剪力墙抗震性能的研究2- 4 , 因此需要对 内置钢板支撑混凝土剪力墙进行专项试验研究和相 关动力弹塑性分析, 研究该结构体系和
14、结构构件的 抗震性能。 2内置钢支撑混凝土剪力墙试验研究 核心筒在 47 103 层, 外墙采用了内置钢板支 撑混凝土剪力墙, 以增强塔楼立面收腰形成相对薄 弱区段在罕遇地震下的抗震能力, 典型标准层的墙 体及钢支撑布置示意见图 2。该区段的内置钢板支 撑混凝土剪力墙厚度以 500mm 和 400mm 为主, 相 对较薄, 采用 H 型钢支撑时浇筑混凝土较为困难, 并且难以保证翼缘下方的混凝土密实度。提出采用 钢板支撑替代 H 型钢支撑的设计方案, 目前实际工 程中类似做法较少, 对此类混凝土剪力墙的抗震性 能研究尚不充分。因此, 有必要对内置钢板支撑混 凝土剪力墙进行模型试验, 研究其受力性
15、能和抗震 能力。同时检验剪力墙是否达到“中震抗剪弹性” 的抗震设计性能目标。 图 2典型标准层混凝土剪力墙及钢支撑布置图 根据原型墙的尺寸, 考虑加载装置的加载能力, 试件与原型墙的缩尺比例为 0. 35 1。设计了 2 个 试件, 试件的分布钢筋配筋率、 边缘构件竖向钢筋配 筋率和箍筋的配箍特征值与原型墙的基本相同, 试 件的 H 型钢暗梁、 暗柱的截面尺寸与原型缩尺比例 一致。试件混凝土和钢筋设计强度等级、 H 型钢暗 梁和暗柱的钢材强度等级与原型相同。为避免试件 钢板支撑太薄导致的焊接残余变形过大, 试件的钢 板支撑采用 Q235 钢材, 原型钢支撑钢材的强度等 级为 Q345。通过调整
16、试件钢板支撑截面面积, 使其 承载力满足相似比的要求。内置钢板支撑与内置 H 型钢支撑混凝土剪力墙试件编号分别为 SW1 和 SW2, 如图 3 所示。 两个试件的区别是钢支撑不同。试件 SW1 的 支撑采用钢板, 为内置钢板支撑混凝土剪力墙; 试件 SW2 的支撑采用 H 型钢, 为内置 H 型钢支撑混凝土 剪力墙。图 3( a) , ( b) 分别为钢板支撑和 H 型钢支 撑的截面尺寸, 2 个支撑的截面面积相等, 轴心受拉 2 第 45 卷 第 18 期齐五辉, 等 中国尊大厦内置钢板支撑混凝土剪力墙设计研究 图 3试件 SW1 和 SW2 的结构示意图 承载力相等。 2. 1 试验损坏
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