【上海大學】鋼框架-鋼筋混凝土核心筒（全面）

1、高等鋼結構課程報告,報告人： 王 峰,鋼框架-混凝土核心筒結構,報告內容,一、高層鋼結構的發(fā)展概況 二、高層鋼結構的優(yōu)缺點 三、鋼框架-混凝土核心筒結構,一、高層鋼結構的發(fā)展,1）國外的發(fā)展,形成期 西方工業(yè)革命時期，鐵鋼開始用于建筑 1872年法國巴黎Menier巧克力廠采用了鋼框架結構,20世紀初，技術進步加速，電梯技術的完善。 1931年紐約建成381m(102層)的帝國大廈，鋼框架結構，206Kg/m2, 雄踞世界第一高40多年。,美國 哥倫比亞大廈,臺灣 101大樓,馬來西亞 雙子塔,德國 寶馬總部大樓,解放前高層鋼結構建筑甚少，最高的是1934年在上海建成的上海國際飯店，22層，高

2、82.5米。 中國大陸自20世紀80年代中期起步修建高層鋼結構，先后在上海、北京、深圳、廣州、大連、廈門等地建造了數(shù)十幢高層鋼結構建筑。 21世紀以來超高層建筑大多采用剛框架-混凝土核心筒體系。,2）國內的發(fā)展,混凝土核心筒:鋼巨型外伸桁架,鋼骨混凝土巨型柱,上海金茂大廈,環(huán)球金融中心,由日本森海外株式會社主導興建，總造價1050億日元。地上101層、底下3層。位于陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，建筑總面積38.1萬平方米。高度達492米，總用鋼量5.23萬噸，鋼框架-混凝土核心筒結構。,上海中心,深圳平安金融中心,二、高層鋼結構的優(yōu)缺點,優(yōu)點 承載能力高，自重輕，與鋼筋混凝土結構相比要輕 30-50，結構

3、所占面積和空間小，另外鋼結構斷面小，與鋼筋混凝土結構相比可增加建筑有效面積8左右，抗震性能好，工廠化程度高，建設周期短，鋼材可回收，對環(huán)境污染小。 缺點 鋼材的抗火性能差，用鋼量稍大，造價偏高。,剛框架-鋼筋混凝土核心筒結構有雙重體系和單重體系之分，取決于框架部分的剪力分擔率。二者有不同的設計要求，適用范圍，最大適用高度和抗震設計等級，設計時應分別符合有關規(guī)定。,三、高層民用建筑鋼結構技術規(guī)程,9.1 總則,9.1.2,第九章 鋼框架鋼筋混凝土核心筒結構,剛框架鋼筋混凝土核心筒結構的設計，應祖訓現(xiàn)行國家標準建設抗震設計規(guī)范GB50011的有關規(guī)定。,9.1.1,剛框架-鋼筋混凝土核心筒結構有不

4、同的形式，其框架部分除采用鋼框架外，必要時也可采用鋼管混凝土柱（或鋼骨混凝土柱）和鋼梁的組合框架；鋼框架必要時可下部樓層用鋼骨混凝土柱和上部樓層用鋼柱，混凝土核心筒必要時可作為鋼骨混凝土結構。此外，周邊鋼框架必要時可設置鋼支撐加強，使鋼框架成為具有較高側向承載力的支撐框架。,9.1.3,9.1 總則,大連遠洋大廈,中間核心筒混凝土墻中設鋼骨架；為了使鋼框架在剛度上有較好的過渡，減少主要承重構件對整體及構件本身剛度突變的影響，外框9層以下為鋼骨混凝土柱，9層以上為箱型鋼柱；6層以下為混凝土梁，7層以上為鋼梁，鋼梁為焊接H型鋼。,大連遠洋大廈,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構為雙重體系時，其最大適用高

5、度不宜超過現(xiàn)行國家規(guī)范建筑結構抗震設計規(guī)范GB50011 對鋼筋混凝土框架-核心筒（抗震墻）結構最大適用高度和鋼框架-支撐結構最大適用高度二者的平均值。單重體系時，不宜超過GB50011對抗震墻結構規(guī)定的最大適用高度。,9.1.4,9.1 總則,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構的抗震設計等級，鋼框架部分和混凝土核心筒部分應分別符合現(xiàn)行國家標準建筑抗震設計規(guī)范 GB50011的表6.1.2和表8.1.3的規(guī)定。 框架下部采用鋼骨混凝土柱上部采用鋼柱時，應設置過渡層防止剛度突變。過渡層的柱剛度宜為上下樓層柱剛度之和的一半。,9.1.5,9.1.6,9.1 總則,鋼框架鋼筋混凝土核心筒結構宜作為雙重體系

6、。鋼框架部分按剛度分配的最大樓層地震剪力，不應小于結構總剪力的10%；框架部分按剛度分配計算得到的地震層剪力應乘以的增大系數(shù)，達到不小于結構底部地震剪力的20%和最大樓層剪力1.5倍二者較小值，且不小于結構底部地震剪力的15%。,9.2.1,9.2 雙重體系和單重體系,【說明】在地震作用下，由于鋼筋混凝土核心筒側向剛度較鋼框架大很多，因而承擔了絕大部分地震力。但鋼筋混凝土剪力墻的彈性極限變形很小，約為1/3000，在達到極限變形時，鋼筋混凝土剪力墻已開裂，而此時鋼框架尚處于彈性階段，地震作用在剪力墻和鋼框架之間會實行再分配，鋼框架承受的地震力會增加，而且鋼鋼架是重要構件，它的破壞和豎向承載力的

7、降低，將危及房屋的安全，因而有必要對鋼框架承受的地震力作更嚴格的要求，使其能適應強震時的大變形且保有一定的安全度。,9.2 雙重體系和單重體系,當鋼框架部分按剛度計算分配的最大樓層地震剪力小于10%時，鋼框架-鋼筋混凝土核心筒為單重體系。單重體系的混凝土核心筒的墻體應承擔100%的結構總剪力，鋼框架部分按剛度計算分配的剪力不宜小于結構總剪力的4%。,9.2.2,9.2 雙重體系和單重體系,【說明】非雙重體系的結構在美國稱為房屋框架，是廣泛采用的結構形式之一，有施工方便的優(yōu)點，我國有廣大的非地震區(qū)和6度設防區(qū)，而鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構是目前應用較多的一種結構形式，對100m以下高度的房屋可

8、適當降低設計要求，但此時框架部分仍宜用一定的承載儲備。,9.2 雙重體系和單重體系,鋼框架-混凝土核心筒結構雙重體系設計時，可采取下列一項或多項措施，以提高鋼框架的剪力分擔率： 1 框架柱的間距不宜過大，混凝土核心筒尺寸應合理 2 采用鋼骨混凝土或鋼管混凝土柱的組合框架； 3 周邊被剛框架用支撐加強。,【說明】為了滿足雙重體系的設計要求，鋼框架的柱距不宜過大。設計表明，當框架柱距不大于6m左右時，雙重體系要求不難滿足。,9.2.3,9.2 雙重體系和單重體系,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構建筑平面的外形宜簡單規(guī)則，宜采用方形、矩形等規(guī)則對稱平面，并盡量使結構的抗側力中心與水平合力中心重合。建筑的

9、開間、進深宜統(tǒng)一。,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構，當高度超過150m時，宜設置伸臂桁架，必要時尚可在周邊框架角部設置巨形SRC柱，與伸臂桁架相連。,9.3.1,9.3.2,9.3 結構布置,【說明】對于高度較大的超高層建筑，周邊鋼架增設巨形柱時提高框架部分剪力擔率的有效方法。通過與伸臂架相連，能有效地提高部分的剪力分擔率。,9.3 結構布置,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構設置地下室時，框架柱應至少延伸至地下室一層，框架柱豎向荷載應直接傳至基礎。剛框架部分采用支撐時，二級及以上抗震等級宜采用偏心支撐和耗能支撐。支撐在豎向應連續(xù)布置，在地下部分應延伸至基礎。,9.3.3,偏心支撐,9.3 結構布置,

10、鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構中，混凝土核心筒為主要抗側力結構，應根據(jù)具體情況采取有效措施，保證核心筒的延性。,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構的樓蓋，應具有良好的剛度和整體性?？缍却蟮臉敲媪翰灰酥С性诤诵耐策B梁上。,9.3.3,9.3.4,9.3 結構布置,高層建筑剛框架-鋼筋混凝土核心筒結構在風荷載和多遇地震作用下的內力和位移應按彈性方法計算。,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構彈性分析的荷載和荷載效應組合，應按下列規(guī)定執(zhí)行: 1、豎向荷載應按現(xiàn)行國家標準建筑結構荷載規(guī)范GB50009規(guī)定取值。當樓面活荷載大于4KN/m2時應考慮其不利分布。,9.4.1,9.4.2,9.4 結構分析和計算,2 風荷載

11、應按現(xiàn)行國家標準建筑結構荷載規(guī)定GB50009規(guī)定采用。對于特別重要的，承載力計算時基本風壓應按100年重現(xiàn)期的風壓值采用；位移計算時，基本風壓可按50年重現(xiàn)期的風壓值采用。,9.4 結構分析和計算,3 當房屋高度大于200m時，或當房屋高度大于150m且有下列情況之一時，宜進行風洞實驗； 1）平面形狀不規(guī)則或立面形狀復雜； 2）立面開洞或連體建筑； 3）周圍地形和環(huán)境復雜； 4）當多棟建筑間距較近，又沒有可提供參考的類似資料以了解其群體效應的互相影響。,4 在單向地震作用下應考慮偶然偏心的影響，每層樓面質心沿垂直于地震作用方向的附加偏心距可按下式計算: 式中 第i層質心偏心距，各樓偏移方向相

12、同； 第i層垂直于地震作用方向的建筑物總長度。,9.4 結構分析和計算,鋼框架鋼筋混凝土核心筒結構抗震計算時，機構的阻尼比不應大于0.045，也可按鋼筋混凝土核心筒體（墻體）部分和鋼框架部分在結構總變形中所占的比例折算為等效阻尼比。,鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構在地震作用下的內力和位移計算所采用的結構自振周期，應考慮非結構構件的影響予以修正。修正時要考慮非結構構件的材料、數(shù)量及其與主題結構的連接方式，修正系數(shù)可取0.81.0.,9.4.4,9.4.3,9.4 結構分析和計算,在行進彈性階段的結構整體內力和變形分析時，鋼骨混凝土構件及鋼管混凝土柱的剛度可按下列方法確定；,1 鋼骨混凝土梁，柱及鋼

13、管混凝土柱截面的軸向剛度、抗彎度和抗剪剛度，可采取鋼骨或鋼管部分的剛度與鋼筋混凝土部分的剛度之和，即：,9.4.5,9.4 結構分析和計算,鋼筋混凝土部分的軸向剛度； 鋼骨（或鋼管）部分的軸向剛度； 鋼筋混凝土部分的抗彎剛度； 鋼骨（或鋼管）部分的抗彎剛度； 鋼筋混凝土部分的抗剪剛度，只計入與受 力方向平行的腹板部分面積； 鋼骨（或鋼管）部分的抗剪剛度，只計入 腹板部分面積。,式中：,9.4 結構分析和計算,2 無端柱鋼骨混凝土剪力墻可按相同截面的鋼筋混凝土剪力墻計算軸向、抗彎、抗剪剛度。有端柱鋼骨混凝土剪力墻，可按工形截面混凝土墻計算軸向和抗彎剛度，端柱中的鋼骨可折算為等效混凝土面積后，計入

14、工形截面的翼緣面積。墻的抗剪剛度可只計入腹板混凝土面積。,9.4 結構分析和計算,3 考慮混凝土的開裂及徐變影響時，以及對于結構受力較大部分，在進行結構變形計算時，宜適當降低鋼筋混凝土部分的抗彎剛度，降低系數(shù)可取0.60.8，但不得小于相同截面尺寸的鋼筋混凝土的抗彎剛度。,9.4 結構分析和計算,9.4.6,當沒有地下室或地下室頂板處不能作為嵌固端，而鋼柱又采用埋入式柱腳時，鋼柱的嵌固端取在基礎定面向下1.5倍柱截面高度處。,高度超過100m的鋼框架鋼筋混凝土核心筒結構，宜進行模擬施工過程計算。當部分結構先施工時，應考慮其獨立承受外部荷載的能力并確保其穩(wěn)定，或視其承載能力確定允許現(xiàn)行施工的樓層

15、數(shù)。,9.4.7,9.4 結構分析和計算,高度超過100m的鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構，宜進考慮混凝土后期徐變、收縮和不同材料構件壓縮變形差的影響，并應采取相應措施進行措施進行調整。,9.4.8,【說明】超高層鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構安裝時，應對每節(jié)鋼柱上端標高進行調整，可采用設置填片或調整焊縫高度的方法，其數(shù)值可參考中國工程建設協(xié)會標準高層建筑鋼-混凝土混合結構設計規(guī)程CECS230:2008第9章的條文說明。,9.4 結構分析和計算,9.5 構件設計,二級及以上的鋼框架梁柱連接，應采用考慮塑性鉸外移的加強型連接。加強型連接可采用梁翼局部加寬式、翼緣板式、蓋板等形式。,采用鋼骨混凝土柱

16、和鋼梁組成的框架時，柱骨與鋼梁咋受彎平面的剛度比，宜符合傳力要求。,9.5.1,9.5.2,圓形鋼管混凝土柱和矩形鋼管混凝土柱的軸向受壓承載力應符合下列規(guī)定：,無地震作用組合時 CFT柱條文需與新規(guī)程核對 有地震作用組合時,9.5 構件設計,9.5.3,式中：,N 軸壓力設計值； 鋼管混凝土柱的軸向受壓承載力； 軸向受壓承載力抗震調整系數(shù)，取0.8,【說明】建筑抗震設計規(guī)范規(guī)定，承載力抗震調整系數(shù)對混凝土柱，當軸壓比小于0.15時為0.75，軸壓比不小于0.75時為0.80；對鋼柱當強度破壞時為0.75，屈曲失穩(wěn)時為0.80.鋼管混凝土柱以前對此未作出規(guī)定，據(jù)此，建議對鋼管混凝土柱取0.80.

17、,9.5 構件設計,圓形鋼管混凝土柱的軸向受壓承載力應按下公式計算：,當 時,當 時,9.5 構件設計,9.5.4,式中：,鋼管混凝土短柱的軸心受壓承載力 鋼管混凝土套箍系數(shù) 與混凝土強度等級有關的系數(shù)，混凝土強度等級不大于C50時可取2.00，混凝土強度等于大于C50時可取1.80； 與混凝土強度等級有關的系數(shù)，混凝土強度等級不大于C50可取1.00，混凝土強度等于大于C50時可取1.56. 鋼管材料的抗拉、抗壓強度設計值； 鋼管內混凝土的軸心抗壓強度設計值； 鋼管的橫截面面積； 鋼管內混凝土的橫截面的面積；,9.5 構件設計,考慮長細比影響的軸必受承載力折減系數(shù)，按表9.5.4采用；,表9

18、.5.4 圓形鋼管混凝土柱考慮長細比影響的軸心受壓承載力折減系數(shù),9.5 構件設計,當 時,考慮偏心影響的軸心受壓承載力減折系數(shù)， 按9.5.5條的規(guī)定計算。,當 時,式中：,偏心距； 鋼管內橫截面的半徑； 柱端彎矩設計值得較大者 柱軸壓力設計值,9.5.5,9.5 構件設計,圓形鋼管混凝土柱的受剪承載力應符合下列規(guī)定：,無地震作用組合時 ：,有地震作用組合時 ：,式中：,剪力設計值； 鋼管混凝土柱的受剪承載力； 受剪承載力抗震調整系數(shù)，取0.8.,9.5 構件設計,9.5.6,9.6 連接計算和構造措施,樓面梁與鋼框架柱可采用剛性連接，與混凝土核心筒體應采用鉸連接?；炷翂w與鋼梁連接部位宜

19、設置構造型鋼。構造型鋼應通長設置，不計入剪力墻承載力計算。當墻體為鋼骨混凝土墻時，墻的鋼骨可兼做構造型鋼。樓面梁與構造型鋼或鋼骨柱的連接應采用鉸接。,9.6.1,9.6 連接計算和構造措施,9.6.2,1、柱鋼骨應采用實腹式，不得采用空腹式。 中間柱鋼骨宜采用十字形，角柱和邊柱 宜采用L行和T行； 2、柱主筋宜在鋼骨四角通過，避免在鋼骨 上穿孔。 3、邊柱的外側面和梁的外側面位于同一平 面時，應考慮偏心影響，對柱進行有限 元分析。,剛骨混凝土構件應符合下列構造措施：,9.6 連接計算和構造措施,9.6.3,對鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結構，伸臂桁架的構造要求如下:,1 、伸臂桁架宜貫穿混凝土核心筒，并宜在與伸臂桁架連接部位的混凝土墻內設置豎向鋼骨。伸臂桁架的上、下弦與框架可以采用鉸接連接，但也宜在柱內設置鋼骨。 2 、 加強層及其上下各一層的外框架，當采用鋼骨混凝土柱時，應沿柱全高加密箍筋；鋼柱的板件厚度比限值應按設防烈度提高一度的要求確定。,9.6 連接計算和構造措施,9.6.3,3 、應適當增強加強層上、下板的剛度，樓板厚度不宜小于150mm，且不宜開較大洞口，樓板混凝土強度等級不宜小于C30，且應配置雙向雙排鋼筋。,采用壓型鋼板組合樓板的組合梁設計，宜符合下列要求： 1、 組合梁不適用于承受多次反復荷載作