多高層建筑結構第十章

1、1 第第10章章 高層混合結構設計高層混合結構設計210.1 高層混合結構的形式及特點高層混合結構的形式及特點 1 1、高層混合結構的形式、高層混合結構的形式 由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與鋼由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與鋼筋混凝土核心筒所組成的框架筋混凝土核心筒所組成的框架- -核心筒結構，以及核心筒結構，以及由外圍鋼框筒或型鋼混凝土、鋼管混凝土框筒與鋼由外圍鋼框筒或型鋼混凝土、鋼管混凝土框筒與鋼筋混凝土核心筒所組成的筒中筒結構，稱為高層混筋混凝土核心筒所組成的筒中筒結構，稱為高層混合結構。如：合結構。如： 3 國外應用情況：國外應用情況： 研究工作始于上世紀研究工作

2、始于上世紀60年代。年代。 工程應用始于上世紀工程應用始于上世紀70年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有： 美國芝加哥美國芝加哥 Gateway Building，36層，層，137m。 法國巴黎法國巴黎 Main Mantparnasse 大樓，大樓，64層。層。 英國倫敦英國倫敦 The National West Minster Bank Building . 捷克捷克 Guezla大樓，大樓，36層。層。 日本神奈縣海老名塔樓，日本神奈縣海老名塔樓，25層。層。 新加坡新加坡 Overseas Union Building ，64層。層。 4 國內應用情況：國內應用情況： 研究工作開

3、始于上世紀研究工作開始于上世紀80年代。年代。 工程應用開始于上世紀工程應用開始于上世紀90年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有： 北京香格里拉飯店，北京香格里拉飯店，82.75m 上海希爾頓酒店，上海希爾頓酒店，143.6m 大連遠洋大廈，大連遠洋大廈，200.8m 深圳賽格廣場，深圳賽格廣場，291.6m 上海金茂大廈，上海金茂大廈，418m 上海環(huán)球金融中心大廈，上海環(huán)球金融中心大廈，492m5上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心上海金茂大廈上海金茂大廈6塔頂高塔頂高450m，天，天線頂高線頂高610m。廣州電視塔廣州電視塔7 廣州西塔廣州西塔地上地上103層，層，高高432m，外，外筒為

4、鋼網筒結筒為鋼網筒結構，內筒為混構，內筒為混凝土結構。總凝土結構?？傆娩摿考s用鋼量約4萬萬噸。噸。8n抗側剛度比鋼結構大，變形比鋼結構??；抗側剛度比鋼結構大，變形比鋼結構??；n用鋼量比鋼結構省，造價比鋼結構低；用鋼量比鋼結構省，造價比鋼結構低；n結構的耐久性和耐火性比鋼結構好；結構的耐久性和耐火性比鋼結構好；n延性比混凝土結構好，自重比混凝土結構輕；延性比混凝土結構好，自重比混凝土結構輕；n施工速度比混凝土結構快；施工速度比混凝土結構快；n結構所占面積比混凝土結構少。結構所占面積比混凝土結構少。高層混合結構的特點：高層混合結構的特點：9 指指 標標 項項 目目高層混高層混合結構合結構鋼結構鋼結

5、構鋼筋混凝鋼筋混凝土結構土結構 結構結構 自重自重總重量總重量/t每平方米結構重量每平方米結構重量/(t/m2)百分率百分率(%)66434 1.28 10054626 1.05 82 94111 1.80 1.42 施工施工 工期工期上部結構工期上部結構工期/d比率比率 322 1 2420.75 434 1.47建筑使建筑使用空間用空間結構面積結構面積/m2結構面積結構面積/總面積量總面積量(%) 1730 3.3 1320 2.5 4700 9.0用鋼量用鋼量總用鋼量總用鋼量/(kg/m2)型鋼用量型鋼用量/(kg/m2)鋼筋用量鋼筋用量/(kg/m2) 133 69 64 165 14

6、1 24 施工施工 技術技術節(jié)點焊接量節(jié)點焊接量(%)高強螺栓量高強螺栓量(%) 100 100 250 200 上海靜安希爾頓酒店三種結構方案技術經濟分析上海靜安希爾頓酒店三種結構方案技術經濟分析3102 2、高層混合結構的受力特點、高層混合結構的受力特點（1 1）鋼筋混凝土核心筒承擔了絕大部分的剪力，但核心）鋼筋混凝土核心筒承擔了絕大部分的剪力，但核心筒筒 的彈性極限變形能力小，易開裂，開裂后內力會向的彈性極限變形能力小，易開裂，開裂后內力會向鋼鋼 框架轉移，要防止鋼框架較早發(fā)生破壞。框架轉移，要防止鋼框架較早發(fā)生破壞。（2 2）樓面梁與外框架和核心筒連接應牢靠，保證鋼框架）樓面梁與外框架

7、和核心筒連接應牢靠，保證鋼框架與與 混凝土核心筒能協同工作?；炷梁诵耐材軈f同工作。（3 3）由于混凝土收縮、徐變的影響，混凝土核心筒與鋼）由于混凝土收縮、徐變的影響，混凝土核心筒與鋼框框 架之間會產生豎向變形差，使內力向鋼框架轉移，架之間會產生豎向變形差，使內力向鋼框架轉移，有有 可能導致鋼框架較早發(fā)生破壞。可能導致鋼框架較早發(fā)生破壞。11鋼鋼柱柱鋼筋混鋼筋混凝土筒凝土筒鋼梁鋼梁結構變形結構變形鋼鋼柱柱鋼筋混凝土筒鋼筋混凝土筒鋼梁鋼梁結構因豎向變形產生的內力結構因豎向變形產生的內力10.210.2 高層混合結構的布置高層混合結構的布置121 1、一般原則、一般原則（1）平面宜簡單、規(guī)則、對稱

8、，宜采用方形、矩形、）平面宜簡單、規(guī)則、對稱，宜采用方形、矩形、 多邊形、圓形等規(guī)則平面。多邊形、圓形等規(guī)則平面。（2）外圍鋼框架柱采用）外圍鋼框架柱采用H形截面時，宜將柱截面強軸形截面時，宜將柱截面強軸 方向布置在外圍筒體平面內，角柱宜采用十字形、方向布置在外圍筒體平面內，角柱宜采用十字形、 方形或圓形截面。樓蓋主梁不宜擱置在核心筒或方形或圓形截面。樓蓋主梁不宜擱置在核心筒或 內筒的連梁上。內筒的連梁上。（3）豎向剛度宜均勻變化。）豎向剛度宜均勻變化。（4）外圍框架平面內梁柱應采用剛性連接，樓面梁與）外圍框架平面內梁柱應采用剛性連接，樓面梁與 核心筒及外圍框架可采用剛接或鉸接。核心筒及外圍框

9、架可采用剛接或鉸接。（5）抗側剛度不足時，可設置加強層、水平環(huán)帶等。）抗側剛度不足時，可設置加強層、水平環(huán)帶等。13帶狀帶狀桁架桁架巨型斜巨型斜撐撐巨型巨型柱柱混凝土混凝土周邊墻周邊墻三層樓高三層樓高的外伸桁的外伸桁架架核心筒核心筒巨型巨型柱柱上海環(huán)球金融中心結構示意圖上海環(huán)球金融中心結構示意圖14上海環(huán)球金融中心伸臂桁架及水平環(huán)帶圖上海環(huán)球金融中心伸臂桁架及水平環(huán)帶圖152 2、最大適用高度、最大適用高度結構體系結構體系非抗震非抗震設計設計抗震設防烈度抗震設防烈度6度度7度度8度度9度度0.2g 0.3g框架框架-核心筒核心筒鋼框架鋼框架-鋼筋混凝土核心筒鋼筋混凝土核心筒2102001601

10、2010070型鋼（鋼管）混凝土框架型鋼（鋼管）混凝土框架-鋼鋼筋混凝土核心筒筋混凝土核心筒24022019015013070筒中筒筒中筒鋼外筒鋼外筒-鋼筋混凝土核心筒鋼筋混凝土核心筒28026021016014080型鋼（鋼管）混凝土外筒型鋼（鋼管）混凝土外筒-鋼鋼筋混凝土核心筒筋混凝土核心筒30028023017015090最大適用高度（最大適用高度（m)163 3、房屋高寬比限值、房屋高寬比限值結構體系結構體系非抗震設計非抗震設計抗震設防烈度抗震設防烈度6度、度、7度度8度度9度度框架框架-核心筒核心筒8764筒中筒筒中筒8875房屋高寬比限值房屋高寬比限值10.310.3 內力與變形計

11、算的一般方法內力與變形計算的一般方法171、彈性分析時，宜考慮鋼梁與混凝土樓板的共同作用，、彈性分析時，宜考慮鋼梁與混凝土樓板的共同作用， 梁的剛度可取鋼梁剛度的梁的剛度可取鋼梁剛度的1.52.0倍。倍。2、型鋼混凝土構件、鋼管混凝土柱的剛度可按下列公式、型鋼混凝土構件、鋼管混凝土柱的剛度可按下列公式 計算：計算： EI = EcIc + EaIa EA = EcAc + EaAa GA = GcAc + GaAa3、豎向荷載作用計算時，宜考慮豎向變形差的影響。、豎向荷載作用計算時，宜考慮豎向變形差的影響。4、多遇地震作用下的阻尼比可取為、多遇地震作用下的阻尼比可取為0.04，風荷載作用下，風

12、荷載作用下 的阻尼比可取為的阻尼比可取為0.020.04。5、設置伸臂橫架的樓層以及樓板開大洞的樓層應考慮樓、設置伸臂橫架的樓層以及樓板開大洞的樓層應考慮樓 板平面內變形的影響。板平面內變形的影響。10.410.4 結構剛度對受力性能的影響結構剛度對受力性能的影響181 1、適當增加鋼框架的剛度可有效地增大鋼框架、適當增加鋼框架的剛度可有效地增大鋼框架 承受的彎矩和剪力，使內力的分布更均勻，承受的彎矩和剪力，使內力的分布更均勻， 并可減小結構的側移。并可減小結構的側移。2 2、加強層可明顯減小柱的軸力，加強層的位置、加強層可明顯減小柱的軸力，加強層的位置 對內力和變形有較大影響，加強層的數量宜

13、對內力和變形有較大影響，加強層的數量宜 適當。結構的內力和變形在加強層處發(fā)生突適當。結構的內力和變形在加強層處發(fā)生突 變。變。193 3、高層混合結構在豎向荷載作用下，隨著鋼框、高層混合結構在豎向荷載作用下，隨著鋼框 架與混凝土筒體的剛度比增加，鋼框架承擔架與混凝土筒體的剛度比增加，鋼框架承擔 的軸力將加大。的軸力將加大。4 4、加強層的設置可增加鋼框架與核心筒的協同、加強層的設置可增加鋼框架與核心筒的協同 工作性能，但將使加強層及其附近樓層的內工作性能，但將使加強層及其附近樓層的內 力發(fā)生突變。設計時應對加強層相連的構件力發(fā)生突變。設計時應對加強層相連的構件 予以加強。予以加強。205 5、

14、增加樓板厚度有利于鋼框架與混凝土核心筒的、增加樓板厚度有利于鋼框架與混凝土核心筒的 協同工作。增加樓板厚度可減小增大結構剛度，協同工作。增加樓板厚度可減小增大結構剛度， 減小結構低階自振周期，增加結構高階自振周減小結構低階自振周期，增加結構高階自振周 期。增加樓板厚度可減小結構側向變形。增加期。增加樓板厚度可減小結構側向變形。增加 樓板厚度可減小結構的剪力滯后效應。樓板厚度可減小結構的剪力滯后效應。2110.510.5 高層混合結構的豎向變形高層混合結構的豎向變形 差問題差問題產生豎向變形差的因素：產生豎向變形差的因素： 荷載作用下，墻、柱等豎向構件的軸向應力不荷載作用下，墻、柱等豎向構件的軸

15、向應力不可能相等，各豎向構件中的壓縮量不等，因此，可能相等，各豎向構件中的壓縮量不等，因此，各豎向構件之間會出現豎向變形差。各豎向構件之間會出現豎向變形差。 在荷載保持不變的情況下，由于混凝土的收縮、在荷載保持不變的情況下，由于混凝土的收縮、徐變特性，混凝土核心筒的豎向變形會繼續(xù)加大，徐變特性，混凝土核心筒的豎向變形會繼續(xù)加大，但鋼材無收縮、徐變，鋼框架的豎向變形不會隨但鋼材無收縮、徐變，鋼框架的豎向變形不會隨著時間的推移而加大，也會產生豎向變形差。著時間的推移而加大，也會產生豎向變形差。 溫度變化也會使豎向構件產生豎向變形差。溫度變化也會使豎向構件產生豎向變形差。22減少豎向變形差的措施：減

16、少豎向變形差的措施：n材料方面材料方面 盡量采用高強度的混凝土，且混凝土必須采取合理的盡量采用高強度的混凝土，且混凝土必須采取合理的 養(yǎng)護方法。養(yǎng)護方法。 避免過大的水灰比。避免過大的水灰比。 盡量增加骨料的含量，選用彈性模量較大的骨料盡量增加骨料的含量，選用彈性模量較大的骨料 。 盡量使用快硬水泥，減少混凝土的徐變。盡量使用快硬水泥，減少混凝土的徐變。 使用減水劑以增加混凝土的強度，減小混凝土的使用減水劑以增加混凝土的強度，減小混凝土的 徐變和收縮。徐變和收縮。 23n 設計方面設計方面 結構平面布置均勻對稱，豎向構件重力荷載下壓應力盡可結構平面布置均勻對稱，豎向構件重力荷載下壓應力盡可 能

17、相等或接近能相等或接近 ，控制豎向構件的軸壓比，控制豎向構件的軸壓比 。 適當增大豎向構件的配筋率適當增大豎向構件的配筋率 ，且相鄰豎向構件的配筋率，且相鄰豎向構件的配筋率應應 盡量接近盡量接近 。 在構件體積不變的前提下，適當增加構件截面的厚度在構件體積不變的前提下，適當增加構件截面的厚度 。 盡量采用剛性節(jié)點。盡量采用剛性節(jié)點。 外鋼框架柱盡量采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱外鋼框架柱盡量采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱 。 設置加強層、水平環(huán)帶、巨型斜向支撐等。設置加強層、水平環(huán)帶、巨型斜向支撐等。24n 施工方面施工方面 核心筒應超前外鋼框架施工核心筒應超前外鋼框架施工 。 一般高層建筑超

18、一般高層建筑超4 48 8層，超高層，超高 層建筑可超層建筑可超8 81515層。層。 剛性節(jié)點先鉸接后剛接剛性節(jié)點先鉸接后剛接 ，保證施，保證施 工期間構件豎向自由變形。工期間構件豎向自由變形。 加強標高測量控制和樓面找平。加強標高測量控制和樓面找平。 調整鋼柱的下料長度調整鋼柱的下料長度 。25正在施工中的上海正在施工中的上海環(huán)球金融中心大廈環(huán)球金融中心大廈正在施工中的正在施工中的廣州電視塔廣州電視塔10.610.6 截面設計方法截面設計方法261 1、結構抗震等級、結構抗震等級結構類型結構類型抗震設防烈度抗震設防烈度6度度7度度8度度9度度房屋高度（房屋高度（m）150150130130

19、10010070鋼框架鋼框架-混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒二二一一一一特一特一一一特一特一特一特一型鋼（鋼管）混凝土框型鋼（鋼管）混凝土框架架-混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒二二二二二二一一一一特一特一特一特一型鋼（鋼管）混型鋼（鋼管）混凝土框架凝土框架三三二二二二一一一一一一一一房屋高度（房屋高度（m）18018015015012012090鋼框架鋼框架-混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒二二一一一一特一特一一一特一特一特一特一型鋼（鋼管）混凝土框型鋼（鋼管）混凝土框架架-混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒混凝土核心筒二二二二二二一一一一

20、特一特一特一特一型鋼（鋼管）混型鋼（鋼管）混凝土框架凝土框架三三二二二二一一一一一一一一注：鋼結構抗震等級，抗震設防烈度為注：鋼結構抗震等級，抗震設防烈度為6、7、8、9度時應分別取四、三、二、一級。度時應分別取四、三、二、一級。272 2、構件承載能力調整系數取值、構件承載能力調整系數取值 正截面承載力正截面承載力斜截面承載力斜截面承載力型鋼混凝土梁型鋼混凝土梁型鋼混凝土柱及鋼管混凝土柱型鋼混凝土柱及鋼管混凝土柱剪力墻剪力墻支撐支撐各類構件及節(jié)點各類構件及節(jié)點0.750.800.850.800.85強度破壞（梁、柱、支撐、節(jié)點板件、螺栓、焊縫）強度破壞（梁、柱、支撐、節(jié)點板件、螺栓、焊縫）

21、屈曲屈曲穩(wěn)定（柱、支撐）穩(wěn)定（柱、支撐）0.750.80型鋼（鋼管）混凝土構件承載力抗震調整系數型鋼（鋼管）混凝土構件承載力抗震調整系數鋼構件承載力抗震調整系數鋼構件承載力抗震調整系數283 3、型鋼混凝土柱的軸壓比、型鋼混凝土柱的軸壓比NN/(fcAfaAa)抗震等級抗震等級一一二二三三軸壓比限值軸壓比限值0.700.700.800.800.900.90型鋼混凝土柱軸壓比限值型鋼混凝土柱軸壓比限值294 4、型鋼鋼板可不作穩(wěn)定驗算的寬厚比、型鋼鋼板可不作穩(wěn)定驗算的寬厚比鋼號鋼號梁梁柱柱H、十、十、T形截面形截面箱形截面箱形截面b/tfHw/twb/tfHw/twHw/twQ235231072

22、39672Q3451991198161Q3901883187556型鋼板件寬厚比限值型鋼板件寬厚比限值10.710.7 主要構造措施主要構造措施301 1、型鋼混凝土梁、型鋼混凝土梁（1 1）混凝土粗骨料粒徑不宜大于）混凝土粗骨料粒徑不宜大于25mm25mm。（2 2）最小配筋率不宜小于）最小配筋率不宜小于0.30%0.30%。（3 3）型鋼的混凝土保護層厚度不宜小于）型鋼的混凝土保護層厚度不宜小于100mm100mm。 （4 4）縱向受力鋼筋宜采用機械連接。）縱向受力鋼筋宜采用機械連接。（5 5）箍筋的直徑和間距應符合下表要求：）箍筋的直徑和間距應符合下表要求：抗震等級抗震等級箍筋直徑箍筋直

23、徑非加密區(qū)箍筋間距非加密區(qū)箍筋間距加密區(qū)箍筋間距加密區(qū)箍筋間距一一12180120二二10200150三三10250180四四8250250200200312 2、型鋼混凝土柱、型鋼混凝土柱（1 1）長細比不宜大于）長細比不宜大于8080。（2 2）混凝土粗骨料粒徑不宜大于）混凝土粗骨料粒徑不宜大于25mm25mm。（3 3）型鋼含鋼率不宜小于）型鋼含鋼率不宜小于4%4%。（4 4）縱向受力鋼筋不宜大于）縱向受力鋼筋不宜大于300mm300mm，直徑不應小于，直徑不應小于14mm14mm。（5 5）箍筋的直徑和間距應符合下表要求：）箍筋的直徑和間距應符合下表要求：抗震等級抗震等級箍筋直徑箍筋直徑非加密區(qū)箍筋間距非加密區(qū)箍筋間距加密區(qū)箍筋間距加密區(qū)箍筋間距一一12150100二二10200100三三8200150323 3、型鋼混凝土梁柱節(jié)點、型鋼混凝土梁柱節(jié)點（1 1）型鋼柱在梁水平翼緣處應設置加勁肋，其構造不應）型鋼柱在梁水平翼緣處應設置加勁肋，其構造不應 影響混凝土澆筑密實。影響混凝土澆筑密實。（2