多高层建筑结构第十章.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,10.1,高层混合结构的形式及特点,1,、高层混合结构的形式,由外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢筋混凝土核心筒所组成的框架,-,核心筒结构，以及由外围钢框筒或型钢混凝土、钢管混凝土框筒与钢筋混凝土核心筒所组成的筒中筒结构，称为高层混合结构。如：,2,国外应用情况：,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 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。,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,5,塔顶高,450m,，天线顶高,610m,。,广州电视塔,6,广州西塔,地上,103,层，高,432m,，外筒为钢网筒结构，内筒为混凝土结构。总用钢量约,4,万吨。,8,指 标,项 目,高层混合结构,钢结构,钢筋混凝,土结构,结构,自重,总重量,/t,每平方米结构重量,/(t/m,2,),百分率,(%),66434,1.28,100,54626,1.05,82,94111,1.80,1.42,施工,工期,上部结构工期,/d,比率,322,1,242,0.75,434,1.47,建筑使用空间,结构面积,/m,2,结构面积,/,总面积量,(%),1730,3.3,1320,2.5,4700,9.0,用钢量,总用钢量,/(kg/m,2,),型钢用量,/(kg/m,2,),钢筋用量,/(kg/m,2,),133,69,64,165,141,24,施工,技术,节点焊接量,(%),高强螺栓量,(%),100,100,250,200,上海静安希尔顿酒店三种结构方案技术经济分析,3,9,2,、高层混合结构的受力特点,（,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。,10,钢柱,钢筋混凝土筒,钢梁,结构变形,钢柱,钢筋混凝土筒,钢梁,结构因竖向变形产生的内力,10.2,高层混合结构的布置,11,1,、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,带状桁架,巨型斜撑,巨型,柱,混凝土周边墙,三层楼高的外伸桁架,核心筒,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,结构体系,非抗震设计,抗震设防烈度,6度,7度,8度,9度,0.2g,0.3g,框架,-核心筒,钢框架,-钢筋混凝土核心筒,210,200,160,120,100,70,型钢（钢管）混凝土框架,-钢筋混凝土核心筒,240,220,190,150,130,70,筒中筒,钢外筒,-钢筋混凝土核心筒,280,260,210,160,140,80,型钢（钢管）混凝土外筒,-钢筋混凝土核心筒,300,280,230,170,150,90,最大适用高度（,m),15,3,、房屋高宽比限值,结构体系,非抗震设计,抗震设防烈度,6度、7度,8度,9度,框架,-核心筒,8,7,6,4,筒中筒,8,8,7,5,房屋高宽比限值,10.3,内力与变形计算的一般方法,16,1,、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,=,E,c,I,c,+,E,a,I,a,EA,=,E,c,A,c,+,E,a,A,a,GA,=,G,c,A,c,+,G,a,A,a,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。,10.4,结构刚度对受力性能的影响,17,1,、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。,18,3,、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。,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。,21,减少竖向变形差的措施：,材料方面,尽量采用高强度的混凝土，且混凝土必须采取合理的,养护方法。,避免过大的水灰比。,尽量增加骨料的含量，选用弹性模量较大的骨料。,尽量使用快硬水泥，减少混凝土的徐变。,使用减水剂以增加混凝土的强度，减小混凝土的,徐变和收缩。,22,设计方面,结构平面布置均匀对称，竖向构件重力荷载下压应力尽可,能相等或接近,，控制竖向构件的轴压比,。,适当增大竖向构件的配筋率,，且相邻竖向构件的配筋率应,尽量接近,。,在构件体积不变的前提下，适当增加构件截面的厚度。,尽量采用刚性节点。,外钢框架柱尽量采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱,。,设置加强层、水平环带、巨型斜向支撑等。,23,施工方面,核心筒应超前外钢框架施工,。,一般高层建筑超,4,8,层，超高,层建筑可超,8,15,层。,刚性节点先铰接后刚接,，保证施,工期间构件竖向自由变形。,加强标高测量控制和楼面找平。,调整钢柱的下料长度,。,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,10.6,截面设计方法,25,1,、结构抗震等级,结构类型,抗震设防烈度,6度,7度,8度,9度,房屋高度（,m）,150,150,130,130,100,100,70,钢框架,-混凝土核心筒,混凝土核心筒,二,一,一,特一,一,特一,特一,型钢（钢管）混凝土框架,-混凝土核心筒,混凝土核心筒,二,二,二,一,一,特一,特一,型钢（钢管）混凝土框架,三,二,二,一,一,一,一,房屋高度（,m）,180,180,150,150,120,120,90,钢框架,-混凝土核心筒,混凝土核心筒,二,一,一,特一,一,特一,特一,型钢（钢管）混凝土框架,-混凝土核心筒,混凝土核心筒,二,二,二,一,一,特一,特一,型钢（钢管）混凝土框架,三,二,二,一,一,一,一,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。,26,2,、构件承载能力调整系数取值,正截面承载力,斜截面承载力,型钢混凝土梁,型钢混凝土柱及钢管混凝土柱,剪力墙,支撑,各类构件及节点,0.75,0.80,0.85,0.80,0.85,强度破坏（梁、柱、支撑、节点板件、螺栓、焊缝）,屈曲稳定（柱、支撑）,0.75,0.80,型钢（钢管）混凝土构件承载力抗震调整系数,钢构件承载力抗震调整系数,27,3,、型钢混凝土柱的轴压比,N,N,/(,f,c,A,f,a,A,a,),抗震等级,一,二,三,轴压比限值,0.70,0.80,0.90,型钢混凝土柱轴压比限值,28,4,、型钢钢板可不作稳定验算的宽厚比,钢号,梁,柱,H、十、T形截面,箱形截面,b,/,t,f,H,w,/,t,w,b,/,t,f,H,w,/,t,w,H,w,/,t,w,Q235,23,107,23,96,72,Q345,19,91,19,81,61,Q390,18,83,18,75,56,型钢板件宽厚比限值,10.7,主要构造措施,29,1,、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,箍筋直径,非加密区箍筋间距,加密区箍筋间距,一,12,180,120,二,10,200,150,三,10,250,180,四,8,250,200,30,2,、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,箍筋直径,非加密区箍筋间距,加密区箍筋间距,一,12,150,100,二,10,200,100,三,8,200,150,31,3,、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。,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,）,f,y,为钢材的屈服强度。,（,3,）圆钢管混凝土柱的套箍指标,f,a,A,a,/,f,c,A,c,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,e,0,/,r,c,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,。,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。,