常用高层结构体系的特点
huangzheng1992
2015年08月06日 22:30:41
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混合结构是指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土核心筒组成的框架-筒体结构,以及由钢或型钢混凝土外筒与钢筋混凝土核心筒组成的筒中筒结构。框架-筒体结构中的型钢混凝土框架可以是型钢混凝土梁与型钢混凝土柱(钢管混凝土柱)组成的框架,也可以是钢梁与型钢混凝土柱(钢管混凝土柱)组成的框架,筒中筒结构体系中的外筒可以是框筒、桁架筒或交叉网格筒。为减少柱截而尺寸或增加延性而在混凝土柱中设置型钢,而框架梁仍为混凝土梁时,该体系不宜视为混合结构。

混合结构是指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土核心筒组成的框架-筒体结构,以及由钢或型钢混凝土外筒与钢筋混凝土核心筒组成的筒中筒结构。框架-筒体结构中的型钢混凝土框架可以是型钢混凝土梁与型钢混凝土柱(钢管混凝土柱)组成的框架,也可以是钢梁与型钢混凝土柱(钢管混凝土柱)组成的框架,筒中筒结构体系中的外筒可以是框筒、桁架筒或交叉网格筒。为减少柱截而尺寸或增加延性而在混凝土柱中设置型钢,而框架梁仍为混凝土梁时,该体系不宜视为混合结构。
框架-核心筒结构体系是框架剪力墙结构的一种特例,具有协同工作的特点,其中核心筒承担了绝大部分的剪力,是抗震(抗风)的第一道防线,而外周的框架作为第二道防线对确保结构的整体性并承受竖向荷载也起着重要的作用。外框架柱间距可达8~10米,甚至更大,布置方式较为灵活,在建筑高度较大时,可在外框架与核心筒之间设置伸臂桁架,如需进一步提高整体结构的抗侧力效率,外围框架宜布置环带桁架。设置伸臂桁架后的结构体系,其建造高度可达400m以上,在超高层建筑中应用较为广泛。深圳地王大厦、
巨型柱框架-核心筒结构体系是通过设置少量巨型组合柱,使带伸臂桁架的框架-混凝土核心筒体系的侧向刚度得以进一步提高。巨型组合柱不仅具有较大的抗侧刚度,而且具有更大的轴向刚度,其与外伸臂桁架的有效结合,可提高整体结构的抗侧力效率,该结构体系对环带桁架的依赖程度也大大降低。无论从使用的灵活性,还是造价的经济性和建造的便利性,该体系均具有很好的竞争优势,因此该体系在超高层混合结构中得到了广泛的应用。 上海金茂大厦、广州东塔、上海中心大厦:“巨型柱框架-核心筒-外伸臂”抗侧力体系
当结构内部及外部同时布置筒体时形成了筒中筒结构。筒中筒结构的外筒可以是由密柱深梁组成的钢(型钢)框筒,也可以是桁架筒或交叉柱组成的网格筒,而内筒既可以是桁架筒,也可以是钢筋混凝土筒体。当房屋高度较高时,同样可在内、外筒之间设置伸臂桁架以减小建筑的侧移。在水平荷载作用下,外筒以剪切形为主,而内筒以弯曲为主,外筒和内筒通过楼板及外伸臂桁架协同工作。如果外筒的刚度足够大(如外筒采用交叉网格筒),内筒的大小及刚度要求可适当放松。该体系对外伸臂桁架的要求也较低,甚至可以不设置外伸臂析架。筒中筒结构适用于50层以上的超高层建筑,该体系的典型工程:上海环球金融中心、天津117大厦、广州西塔
上海环球金融中心101层,492米:上部结构同时采用以下三重抗侧力结构体系:①由巨型柱、巨型斜撑和周边带状桁架构成的巨型结构框架;2、钢筋混凝土核心筒(79层以上为带混凝土端墙的钢支撑核心筒);③联系核心筒和巨型结构柱之间的外伸臂桁架。以上三个体系共同承担了由风荷载和地震作用引起的倾覆弯矩。前两个体系承担了由风荷载和地震作用引起的剪力。
应采取措施增强混凝土核心筒剪力墙延性。保证筒体延性可采取下列措施:1、控制筒体剪力墙剪应力水平;2、筒体剪力墙配置多层钢筋;3 、剪力墙端部设置型钢柱,四周配以纵向钢筋及箍筋形成暗柱;4、用钢板混凝土组合剪力墙;5、采用带钢斜撑混凝土组合剪力墙;6、连梁采用斜向配筋方式连梁;7、采用型钢混凝土连梁或钢板混凝土连梁;8、在连梁中设置水平缝,形成多连梁;9、保证混凝土筒体角部的完整性,开洞位置尽量对称均匀。
钢-混凝土混合结构整体抗震性能:混合结构中钢筋混凝土剪力墙或筒体承担了主要的地震作用,在地震中首先破坏,破坏后地震剪力需要由框架分担一部分,如果框架设计偏弱,从抗震设计角度讲,结构成为一个纯剪力墙筒体结构,型钢框架不能成为结构的第二道防线。资料显示,在钢筋混凝土构件中加设型钢,如果构造不当,不能保证型钢与混凝土共同工作,会对结构产生不利影响。
对于在我国广泛采用的钢(型钢混凝土)框架-混凝土核心筒结构体系,国内工程界对这种体系尚有争议。在技术上主要认为该体系的抗震性能基木取决于钢筋混凝土核心筒,它相对来说刚度有余而强度不足,而外周钢(型钢混凝土)框架则正好相反,这使得混合结构在抗震性能上不协调,内筒和外框架不能合理分担地震作用。在罕遇地震作用卜,塑性铰主要出现在混凝土核心筒上,内筒因刚度大而承担大部分地震作用而首先破坏,外框架因刚度不足导致结构变形过大而整体破坏,未起到第二道防线的作用。
应保证框架能起到第二道防线的作用,故对框架-混凝土核心筒结构体系中框架应承担的地震剪力作了规定,钢框架-钢筋混凝土核心筒结构框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力应进行调整,调整后的剪力值不应小于结构底部总地震剪力的25%和按侧向刚度分配的框架部分各楼层地震剪力中最大值1.8倍二者的较小值,当框架核心筒结构的框
架部分按侧向刚度分配的最大楼层地震剪力小于结构底部总地震剪力的10%时,各层框架承受的地震剪力应按结构底部总地震剪力的15%进行调整,其核心筒墙体的水平地震作用计算内力应乘以1.1的增大系数,墙体的抗震构造措施应按抗震等级提高一级后采用。



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