鋼管混凝土柱超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鋼管混凝土柱超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第二頁，共45頁。1.工程概況第三頁，共45頁。工程概況世茂福建福州茶亭街工程項(xiàng)目（以下簡稱本項(xiàng)目）位于福建省福州市中心，是福州經(jīng)濟(jì)和歷史文化中軸線八一七路的中心路段。本項(xiàng)目由酒店、辦公、公寓式辦公、商業(yè)等四大功能部分構(gòu)成。由北向南將建設(shè)主體塔樓和附屬裙房，之間以連廊聯(lián)為整體。第四頁，共45頁。工程概況各建筑物基本情況如下（由北向南）：主體塔樓：建筑高度262.65米，地面建筑面積約106992平方米。附屬裙房：建筑高度40.15米，地面建筑面積約17008平方米。此外，主體塔樓和附屬裙房以三層地下室整體相連，主要功能為后勤服務(wù)用房，機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車庫及設(shè)備機(jī)房，建筑面積約為35458平方米。本地塊總建筑面積約為159473平方米。第五頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第六頁，共45頁。結(jié)構(gòu)體系的選擇第七頁，共45頁。結(jié)構(gòu)體系的選擇主樓的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系用以抵抗地震和風(fēng)力荷載。主要抗側(cè)力系統(tǒng)由內(nèi)部的鋼筋混凝土核心筒和外圍鋼管混凝土柱與鋼梁組成的框架組成。核心筒系統(tǒng)位于主樓的中心，包括電梯、電梯廳、疏散樓梯的墻體，厚度在400mm至1150mm范圍內(nèi)。鋼筋混凝土的連梁將連接相鄰的剪力墻。核心筒的外墻是閉合式的，從而提供建筑大部分的扭轉(zhuǎn)剛度。外圍由鋼管混凝土柱組成，并通過在20、33和50層的6.30米高設(shè)備層布置的外伸鋼桁架與巨型核心筒連接在一起。外圍鋼管柱在上述三層各有一道鋼的邊桁架在外圍連接，從而使柱子更加均勻地受力。隨著建筑高度的變化，鋼管混凝土柱的直徑大約在900mm至1350mm范圍內(nèi)。主樓的第二道抗側(cè)力體系是位于建筑外圍的鋼框架。建筑從上到下，外圍鋼梁在每層與外圍鋼管混凝土柱剛性連接形成第二道抗側(cè)力體系。這個(gè)系統(tǒng)為建筑總體提供了附加的扭轉(zhuǎn)剛度，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體性，提高了結(jié)構(gòu)的冗余度。第八頁，共45頁。典型樓層結(jié)構(gòu)布置第九頁，共45頁。加強(qiáng)樓層結(jié)構(gòu)布置第十頁，共45頁。結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系第十一頁，共45頁。結(jié)構(gòu)平面施工圖結(jié)構(gòu)平面圖紙見pdf文件第十二頁，共45頁。計(jì)算軟件和計(jì)算模型選用國際通用的三維有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件ETABS和國內(nèi)主流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件SATWE進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)梁柱采用桿單元模擬，剪力墻采用殼單元模擬，樓板采用膜單元模擬根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3-2002)5.3.7條規(guī)定，嵌固層選在地面層。第十三頁，共45頁?；A(chǔ)設(shè)計(jì)主樓的基礎(chǔ)體系是3.6米厚的現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板，由位于中等風(fēng)化花崗巖或微分化花崗巖,直徑1.5m的沖鉆孔灌注樁支承。樁的有效長度約50m,樁尖入中等風(fēng)化花崗巖或微分化花崗巖0.5m,單樁豎向承載力特征值為18800KN/根.樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40.第十四頁，共45頁?；A(chǔ)設(shè)計(jì)裙樓及地下室基礎(chǔ)采用厚度為1米的現(xiàn)澆鋼筋混凝土筏板,筏板由位于碎卵石層,直徑為0.9m，的沖鉆孔灌注樁支承。樁的有效長度約37m,樁尖入碎卵石層1.35m,單樁豎向抗壓承載力特征值為4800KN/根，單樁豎向抗拔承載力特征值為2250KN/根.樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30.裙房部分在樁頂設(shè)置厚度為1300mm的承臺(tái),純地下室部分的沖鉆孔灌注樁作為抗拔樁?；A(chǔ)設(shè)計(jì)施工圖見pdf圖紙。第十五頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第十六頁，共45頁。選擇混凝土的考慮對(duì)于柱、剪力墻等豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，由于結(jié)構(gòu)高度很大，軸向壓力也很大，需要選擇強(qiáng)度等級(jí)較高的混凝土，同時(shí)考慮到施工可靠性，柱和剪力墻選擇了C60混凝土。對(duì)于梁、板等水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件，一般選擇C40或者C30的混凝土。第十七頁，共45頁。福州世茂國際中心混凝土的選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件GB50010-2002

基礎(chǔ)和地下墻C40

剪力墻

C60–C50

柱

C60–C50

板、梁C40–C30其他，混凝土填料/墊塊/欄板

C30混凝土墊層C15第十八頁，共45頁。

鋼材的材料選擇

福州世茂國際中心樓面鋼梁采用Q345B鋼材，鋼管混凝土柱的鋼管，加強(qiáng)層伸臂與帶狀桁架均采用Q345GJ鋼。當(dāng)鋼板厚大于等于40mm且承受沿板厚方向的拉力時(shí)，受拉試件板厚方向截面收縮率，不應(yīng)小于國家標(biāo)準(zhǔn)《厚度方向性能鋼板》（GB50313）中關(guān)于Z15級(jí)規(guī)定的容許值。采用《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003,表3.4.1所列的，隨厚度而改變的鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度。鋼材的自重為7850kg/m3,楊氏彈性模量為206,000MPa，熱膨脹系數(shù)為1.20x10-5/oC。第十九頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第二十頁，共45頁。合理建立計(jì)算模型常用結(jié)構(gòu)分析軟件：SATWE和ETABS。普通結(jié)構(gòu)用SATWE即可，前后處理功能很好；復(fù)雜結(jié)構(gòu)要用ETABS，SAP等，計(jì)算準(zhǔn)確。選取合理的單元模型：整體分析時(shí)梁柱選用桿單元，剪力墻采用殼單元，樓板采用膜單元。根據(jù)結(jié)構(gòu)情況合理建模：適當(dāng)處理墻開洞，適當(dāng)處理次要構(gòu)件，抓住結(jié)構(gòu)的力學(xué)實(shí)質(zhì)。第二十一頁，共45頁。正確確定計(jì)算參數(shù)連梁剛度折減：一般可以取0.7，不宜小于0.5?，F(xiàn)澆樓板的面外剛度：高層建筑一般采用現(xiàn)澆樓面，樓板作為梁的有效翼緣形成T形截面梁，提高了樓面梁的剛度，也提高了結(jié)構(gòu)整體的側(cè)向剛度。通過對(duì)梁的剛度乘以放大系數(shù)來考慮，一般為1.3~2.0.框架梁彎矩調(diào)幅：0.8~0.9。樓面梁的扭矩：0.4~0.7。周期折減：框架-剪力墻結(jié)構(gòu)：0.7~0.8.施工順序加載第二十二頁，共45頁。分析類型一般采用反應(yīng)譜分析，振型參與質(zhì)量系數(shù)要大于90%，很多實(shí)際項(xiàng)目都是達(dá)到95%以上。對(duì)于高度較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)要補(bǔ)充彈性時(shí)程分析。對(duì)于高度很大，結(jié)構(gòu)很復(fù)雜或者很重要的結(jié)構(gòu)，補(bǔ)充進(jìn)行彈塑性分析。第二十三頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第二十四頁，共45頁。鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)依據(jù)

《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28:90）《現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（修訂版）》（2007年版）《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（DBJ13-51-2003)第二十五頁，共45頁。鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)依據(jù)

《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)《鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(YB9082-97)第二十六頁，共45頁。設(shè)計(jì)方法SATWE軟件會(huì)將分析和設(shè)計(jì)全部完成。在跨層處注意柱計(jì)算長度系數(shù)的數(shù)值?？梢园褍?nèi)力組合結(jié)果讀出，并根據(jù)前面所說的規(guī)程進(jìn)行手工復(fù)核。還可以根據(jù)規(guī)程編制出N-M相關(guān)曲線，把把內(nèi)力組合結(jié)果畫到相關(guān)曲線上。第二十七頁，共45頁。設(shè)計(jì)方法ETABS軟件分析結(jié)果準(zhǔn)確，但是不能按照規(guī)程來設(shè)計(jì)?？梢园褍?nèi)力組合結(jié)果讀出，并根據(jù)前面所說的規(guī)程進(jìn)行手工復(fù)核。還可以根據(jù)規(guī)程編制出N-M相關(guān)曲線，把把內(nèi)力組合結(jié)果畫到相關(guān)曲線上。第二十八頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第二十九頁，共45頁。鋼梁的設(shè)計(jì)方法鋼梁：SATWE和ETABS都會(huì)完成分析和設(shè)計(jì)。對(duì)于上翼緣有鋪板的鋼梁，無支撐長度比要改小，不需要考慮鋼梁的穩(wěn)定應(yīng)力，只要強(qiáng)度應(yīng)力滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)值要求。鋼梁有抗彎應(yīng)力比和抗剪應(yīng)力比。第三十頁，共45頁。組合梁的設(shè)計(jì)方法ETABS能夠完成組合梁的設(shè)計(jì)。也可以根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）進(jìn)行手工計(jì)算。還可以編制EXCEL表進(jìn)行組合梁的設(shè)計(jì)。第三十一頁，共45頁。鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)SATWE和ETABS都會(huì)完成鋼筋混凝土梁的分析和設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土連梁的設(shè)計(jì)：對(duì)于跨高比小于2的連梁宜配置交叉暗撐，增強(qiáng)其抗剪能力，達(dá)到強(qiáng)剪弱彎的效果。第三十二頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明第三十三頁，共45頁。梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)按照“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱桿件”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。在計(jì)算和構(gòu)造兩方面滿足要求?！陡邔用裼媒ㄖ摻Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ99-98）第8章做了規(guī)定?！朵摻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）（2004年版）有計(jì)算范例。第三十四頁，共45頁。梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)福州世茂鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)圖紙講解。第三十五頁，共45頁。1.工程概況2.整體結(jié)構(gòu)布置，計(jì)算模型和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.混凝土、鋼材的材料選擇4.結(jié)構(gòu)計(jì)算5.鋼管混凝土柱的截面設(shè)計(jì)6.梁的設(shè)計(jì)7.各種部位梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)8.核心筒的設(shè)計(jì)，材料，截面，配筋，型鋼，與鋼梁的連接9.如何實(shí)現(xiàn)由計(jì)算書到施工圖的設(shè)計(jì)，手工計(jì)算所依據(jù)的規(guī)范，需要查閱的圖集10.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說明講課大綱第三十六頁，共45頁。核心筒的設(shè)計(jì)SATWE能夠完成分析和設(shè)計(jì)。ETABS能夠完成分析，得到內(nèi)力組合結(jié)果，但是需要提取出內(nèi)力組合結(jié)果，再根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三十七頁，共45頁。一般采用鋼筋混凝土核心筒。按照規(guī)范規(guī)定，在底部加強(qiáng)區(qū)的邊角部位按照約束邊緣構(gòu)件配筋，內(nèi)部配置豎向和水平向分布鋼筋。在底部加強(qiáng)區(qū)之上的邊角部位按照構(gòu)造邊緣構(gòu)件配筋，內(nèi)部配置豎向和水平向分布鋼筋?！陡邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）對(duì)于剪力墻配筋有明確規(guī)定。核心筒的材料和配筋第三十八頁，共45頁。核心筒內(nèi)的型鋼《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）第11章對(duì)于混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有相關(guān)規(guī)定。一般在核心筒角部要配置型鋼。核心筒剪力墻中的型鋼可以參與剪力墻受力。第三十九頁，共45頁。核心筒與鋼梁的連接核心筒與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)圖講解。第四十頁，共45頁。講課大綱1.工程概況2.整體