超高層建筑與鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用

超高層建筑與鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用陳大烺1300204020結(jié)構(gòu)工程

超高層混合結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻是一種重要的抗側(cè)力構(gòu)件。在地震作用下，核心筒剪力墻不僅承擔(dān)了大部分地震剪力，而且還起到了耗散地震能量的重要作用，是超高層混合結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵構(gòu)件。超高層建筑的發(fā)展和應(yīng)用鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用1.1超高層的定義1972年8月在美國賓夕法尼亞洲的伯利恒市召開的國際高層建筑會(huì)議上，專門討論并提出高層建筑的分類和定義。第一類高層建筑：9-16層（高度到50米）；第二類高層建筑：17-25層（高度到75米）；第三類高層建筑：26-40層（最高到100米）；超高層建筑：40層以上（高度100米以上）。

我國民用建筑設(shè)計(jì)通則GB50352—2005規(guī)定：建筑高度超過100m時(shí)，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用1.2超高層的發(fā)展1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用1909年建成的紐約“大都會(huì)人壽保險(xiǎn)公司大樓，到2013年底，目前世界最高的100座建筑中，有58座是從2005年底到現(xiàn)在的7年中建成的。就高度上超過300米的超高層而言，在1990年全球范圍內(nèi)僅有13座，而到了2013年底這一數(shù)字已達(dá)到70左右，即在過去的二十年里增長了538%。單單在2013年就有十幾座超高層建筑建成，為歷史之最。擁有最高建筑的主導(dǎo)性地區(qū)已經(jīng)迅速發(fā)生改變。近至1990年，世界最高的100座建筑中有80%位于北美，而到2012年底這一比例預(yù)計(jì)僅有20%，主導(dǎo)地區(qū)轉(zhuǎn)向了亞洲（42%，僅中國就占34%）和中東地區(qū)（32%，僅迪拜就占21%）。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用超高層建筑重力荷載巨大，結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值可達(dá)數(shù)十萬t以上，豎向構(gòu)件除需受很大的豎向荷載外，在抵抗風(fēng)荷載和地震作用也需發(fā)揮巨大作用。

為滿足結(jié)構(gòu)的承載力及延性的要求，充分發(fā)揮鋼材與混凝土的強(qiáng)度，降低構(gòu)件尺寸，減輕建筑自重，提高建筑使用空間，鋼-混凝土組合在超高層建筑得到了廣泛的運(yùn)用。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用

巨型鋼管混凝土柱、型鋼混凝土柱，內(nèi)置鋼桁架斜撐混凝土組合剪力墻、型鋼混凝土框架+混凝土核心筒結(jié)構(gòu)1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用例如深圳京基100金融中心采用型鋼混凝土內(nèi)筒，鋼管混凝土框架體系，其中大的巨型柱尺寸2.7m×3.9m。材料強(qiáng)度高，混凝土為C80，構(gòu)件含鋼量大，為9.13%。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用深圳京基金融中心超高層建筑型鋼混凝土剪力墻的施工現(xiàn)場情況。2.4鋼板混凝土組合剪力墻的應(yīng)用2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2.1鋼板混凝土組合剪力墻的概念2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用

組合剪力墻由內(nèi)填鋼板和鋼筋混凝土板組成，它們之間通過栓釘進(jìn)行連接。2.2鋼板混凝土組合剪力墻的種類2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)澆鋼板混凝土組合剪力墻預(yù)制鋼板混凝土組合剪力墻

根據(jù)施工方法與受力機(jī)理的不同，可分為兩類:現(xiàn)澆混凝土板－鋼板組合墻和預(yù)制混凝土蓋板－鋼板組合墻。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用上世紀(jì)60年代日本提出了在鋼板支撐周圍澆筑鋼筋混凝土以防止鋼支撐的屈曲，使剪力墻獲得較好的延性和耗能能力，并在日本名古屋地鐵公車站率先采用了這種內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。核工業(yè)的發(fā)展對鋼板混凝土組合剪力墻的設(shè)計(jì)、發(fā)展與應(yīng)用起到了推動(dòng)作用，19世紀(jì)80年代末到90年代中期，針對于核電廠對鋼板混凝土組合剪力墻的使用進(jìn)行了大量的研究。在此之后的一段時(shí)間內(nèi)（90年代之前）由于缺少理論研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，鋼板混凝土組合剪力墻并沒有得到廣泛的應(yīng)用，與此同時(shí)由周邊框架和內(nèi)嵌鋼板組成的純鋼板剪力墻在于20世紀(jì)70年代被提出。早期鋼板剪力墻主要應(yīng)用在美國，加拿大、和日本，如日本鋼鐵大廈、東京新宿的ShinjukuNomuraTower，神戶KobeCityHall，美國加州的SylmarCountyHospital，達(dá)拉斯的HyattRegencyHotel等豎縫鋼板墻構(gòu)造加勁鋼板剪力墻單元2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2.3鋼板混凝土組合剪力墻與應(yīng)用

我國1989年的上海新錦江飯店、都江堰災(zāi)后重建幸福家園、75層337m的天津津塔以及昆明世紀(jì)廣場、深圳梅山苑都使用了鋼板剪力墻體系。上海新錦江飯店天津津塔2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用1995年，加拿大的Link研究了帶加勁肋的雙層鋼板剪力墻。

該組合墻的破壞模式是拉桿模型，在大變形情況下還可利用屈曲后強(qiáng)度，具有良好的延性。2000年，日本九州大學(xué)的Matsui、Hitaka等學(xué)者中提出以開縫鋼板剪力墻為基礎(chǔ)，鋼板兩側(cè)外夾混凝土板，形成開縫鋼板混凝土組合剪力墻。開縫改變了鋼板墻的受力模式，使鋼板由剪切變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢冃巍?.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用

認(rèn)識(shí)到“傳統(tǒng)組合墻”的不足,2002年，美國加州大學(xué)的Astaneh-As提出“改進(jìn)型，組合鋼板墻，即在混凝土板和框架梁柱之間設(shè)縫，試驗(yàn)中縫隙填充泡沫聚苯乙烯。

設(shè)置縫隙避免了混凝土板在加載初期直接參與受力發(fā)生破壞;和未設(shè)縫組合墻相比，設(shè)縫組合鋼板墻的損壞程度明顯降低，結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也有所減小，組合墻具有更好的延性和滯回性能，滯回性能更為穩(wěn)定。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2003年，clubley等人分析了雙層鋼板組合墻，又稱Bi-steel組合墻。

試驗(yàn)和有限元模擬結(jié)果表明雙層鋼板組合墻具有很強(qiáng)的抗剪強(qiáng)度。Bi-steel組合墻2004年HossainK.M.A.和Wright對壓型鋼板組合墻混凝土板和壓型鋼板進(jìn)行了單調(diào)和低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究表明組合墻的縱向抗彎剛度能夠預(yù)防墻體過早發(fā)生整體屈曲。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用1995年至今，我國同濟(jì)大學(xué)的李國強(qiáng)等，清華大學(xué)聶建國、郭彥林等，哈爾濱工業(yè)大學(xué)董莉、張素梅等，中國建筑科學(xué)研究院孫建超、蔣冬啟等都先后對鋼板混凝土的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了大量研究，研究一致表明：極限承載力大、滯回耗能能力強(qiáng)、抗震性能優(yōu)異。董莉、張素梅提出的兩側(cè)開縫鋼板混凝土組合剪力墻郭彥林提出的防屈曲鋼板混凝土組合剪力墻2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用雙鋼板混凝土組合剪力墻試件滯回曲線鋼筋混凝土剪力墻試件滯回曲線2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用上海中心高度：632/603m結(jié)構(gòu)形式：巨型框架+核心筒+鋼外伸臂核心筒：鋼板混凝土組合剪力墻核心筒混凝土最高強(qiáng)度等級：C60狀態(tài)：在建2.4鋼板混凝土組合剪力墻的應(yīng)用2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用武漢灘綠地傷中心高度：63穗2m結(jié)構(gòu)患形式紅：巨腳型框總架+核心仙筒+鋼外伸聾臂核心筒臥：鋼板狐混凝土組合剪扯力墻狀態(tài)：托在建2.4鋼選板混屈凝土證組合射剪力孫墻的確應(yīng)用2鋼板岸混凝攤土組否合剪課力墻遵發(fā)展降與應(yīng)股用深圳祥平安腰國際水金融要中心高度適：66錫0/爐59陣7m結(jié)構(gòu)形厚式：巨再型支撐研框架+核心筒+鋼外緣瑞伸臂核心筒托：鋼板藝混凝土組合尤剪力渴墻核心筒吸混凝土最高強(qiáng)吩度等級預(yù)：C60狀態(tài)：臨在建2.4鋼風(fēng)板混熱凝土屬組合時(shí)剪力窗墻的怕應(yīng)用2鋼板謊混凝繩土組隊(duì)合剪羞力墻涂發(fā)展太與應(yīng)慘用廣州燙東塔高度悟：530塌m結(jié)構(gòu)形抖式：巨惱型框架+核心筒+鋼外伸渡臂核心筒洽：雙鋼之板混凝客土組合篇剪力墻核心樹筒混躍凝土最高強(qiáng)但度等級餓：C80狀態(tài)：殲在建2.4鋼板騾混凝土筒組合剪好力墻的核應(yīng)用2鋼板鈔混凝渠土組擁合剪舉力墻原發(fā)展首與應(yīng)奴用天津析高銀11竄7大廈高度：59捐7m結(jié)構(gòu)形殿式：巨棉型支撐埋框架+核心筒核心筒久：鋼板軌混凝土溝組合剪綁力墻核心筒刮混凝土最高強(qiáng)攜度等級適：C7階0狀態(tài)：顧在建2.4鋼其板混其凝土興組合腹剪力稀墻的綱應(yīng)用2鋼板混見凝土組阿合剪力荒墻發(fā)展漆與應(yīng)用嘉陵告帆影觸二期高度：46因8m結(jié)構(gòu)形饒式：巨奪型支撐秋框架+核心筒核心筒除：鋼板猶混凝土砍組合剪盯力墻核心刷筒混瓦凝土最高強(qiáng)荒度等級肝：C6榨0狀態(tài)：即在建三期破塔樓梯：34層，狡總高餅度17慈4.戲8米。二期塔提樓：99層，徑總高鉗度468米。裙樓：6層，耽總高棵度40藍(lán).3毫3米。2.4鋼板西混凝土轉(zhuǎn)組合剪蒼力墻的井應(yīng)用2鋼板混臂凝土組款合剪力扮墻發(fā)展撥與應(yīng)用武漢累中心高度協(xié)：438歪m結(jié)構(gòu)形統(tǒng)式：巨跡柱框架+核心榨筒+伸臂桁定架體系核心筒此：鋼板乒混凝土臣組合剪汪力墻核心透筒混清凝土最高燭強(qiáng)度研等級觀：C6舞0狀態(tài)罵：在粉建2.4鋼板蓋混凝土命組合剪蓄力墻的角應(yīng)用2鋼板混睜凝土組菠合剪力低墻發(fā)展而與應(yīng)用大連袖國貿(mào)碧中心遣大廈高度騾：43游3m結(jié)構(gòu)形拆式：外兇巨柱框矛架+內(nèi)型本鋼混旗凝土凍筒體核心盲筒：鐮鋼板變混凝摔土組白合剪貪力墻核心筒足混凝土最高勞強(qiáng)度如等級庸：C6典0狀態(tài)：息在建2.4鋼板率混凝土圖組合剪宅力墻的余應(yīng)用2鋼板失混凝誕土組囑合剪由力墻察發(fā)展姐與應(yīng)齒用北京被國貿(mào)甲三期高度勁：330利m結(jié)構(gòu)使形式滾：型斥鋼混究凝土才框架+核心跨筒核心橡筒：融鋼板淹混凝另土組依合剪繡力墻核心筒橫混凝土最高強(qiáng)迅度等級牽：C6蒼0狀態(tài)愧：已波建成2.4鋼召板混國凝土來組合損剪力亭墻的鼻應(yīng)用2鋼板混拼凝土組雪合剪力湊墻發(fā)展旦與應(yīng)用北京財(cái)縱富中心圾二期辦柔公樓高度蹤蝶：265鄭m結(jié)構(gòu)形強(qiáng)式：鋼屠管混凝援土框架+鋼筋雞混凝高土核宏心筒核心筒恨：鋼板列混凝土異組合剪符力墻核心籌筒混愧凝土最高謎強(qiáng)度吼等級違：狀態(tài)：玩在建2.4鋼抓板混已凝土咸組合今剪力賀墻的駝應(yīng)用2鋼板北混凝祥土組吐合剪撕力墻果發(fā)展悄與應(yīng)袖用南昌綠陵地紫峰索大廈高度婆：268臉m結(jié)構(gòu)梳形式陸：鋼故板混削凝土咐組合弟剪力怪墻核心筒鈔：型鋼挨混凝土嫁組合剪脫力墻核心筒室混凝土最高強(qiáng)架度等級惡：C60狀態(tài)戰(zhàn)：在鹿建2.4鋼板漁混凝土旦組合剪壺力墻的暢應(yīng)用2鋼板混朱凝土組亡合剪力蓬墻發(fā)展膜與應(yīng)用鹽城竊廣播鑰電視光塔主退塔高度鍛：19殺5m結(jié)構(gòu)形當(dāng)式：八涉角筒+四角剪廣力墻+框架核心筒拖：雙鋼罷板混凝變土組合綠剪力墻核心筒晝混凝土最高宰強(qiáng)度蜘等級事：C50狀態(tài)：奶已建成2.4鋼板公混凝土扯組合剪幸力墻的夢應(yīng)用2鋼板混變凝土組子合剪力陽墻發(fā)展剃與應(yīng)用中國麗國家侍博物閥館高度：42悼.5野m結(jié)構(gòu)形愉式：多么筒體+部分叛框架役結(jié)構(gòu)核心筒城：鋼板寶混凝土存組合剪絹力墻核心枯筒混棒凝土最高肯強(qiáng)度捧等級波：C50狀態(tài)準(zhǔn)：已企建成2.4鋼板音混凝土霧組合剪鴉力墻的逮應(yīng)用2鋼板接混凝灑土組魂合剪竄力墻令發(fā)展鍬與應(yīng)給用廣州失西塔高度并：432晶m結(jié)構(gòu)形跟式：交災(zāi)叉網(wǎng)筒+核心撤筒核心筒發(fā)：型鋼潑混凝土休組合剪力墻核心筒墓混凝土最高強(qiáng)果度等級僑：C80狀態(tài)駁：已查建成2.4鋼板截混凝土名組合剪禾力墻的曠應(yīng)用2鋼板脾混凝敗土組綢合剪淡力墻劈燕發(fā)展乖與應(yīng)房誠用深圳講京基號金融網(wǎng)中心高度尼：44浮1.惡8m結(jié)構(gòu)襪形式焦：巨爪型支太撐框