9 高层混合结构设计

null高层混合结构设计 高层混合结构设计 null一．概述 定义: 高层混合结构型钢混凝土框架+钢筋混凝土筒体(或钢筋混凝土剪力墙 )钢框架+钢筋混凝土筒体(或钢筋混凝土剪力墙) null需要注意的问题： 1．钢材强度高，塑性好，屈服前应力—应变成正比；屈服后，应力不增加，变形可以有很大的增加,无收缩、徐变特性。混凝土则只有当应力很小时，应力与应变才接近直线，应力稍大时便不是线性关系。材料和构件还可能开裂，混凝土还具有收缩、徐变性能。 混凝土的收缩、徐变性能将使结构产生内力重分布，给结构的分析带来复杂性。研究明，混凝土结构沿高度方向1m高的缩短量约1mm，其中，由于荷载引起的压缩量约占1/3，由于收缩、徐变引起的缩短约占2/3。 在混合结构中，竖向荷载下的竖向变形差可能导致结构内力发生很大的变化，要引起重视。 null2．钢框架与钢筋混凝土筒体的刚度相差很大，楼面刚度不如钢筋混凝土楼面好，钢梁与混凝土筒体的连接要加强。但是，在混凝土压缩、收缩和徐变完成之前又希望能自由变形，防止内力向钢框架转移。 3．钢筋混凝土筒体的延性比钢框架差很多，为了不使混凝土筒体过早破坏，应增加筒体的延性。 null二．内力分析方法 混合结构内力与位移计算按弹性方法进行，不考虑塑性内力重分布影响。在进行内力与位移计算时，现浇楼面可考虑与钢梁一道共同工作；在进行罕遇地震下弹塑性分析时，可以不考虑组合楼板，只考虑钢梁工作。 null  1.  竖向荷载下的内力分析 可按空间结构计算，也可以近似按平面结构 计算。构件轴向变形、混凝土收缩、徐变的影响不可忽略。 2.  水平荷载下的内力 （1）可按空间结构计算，也可近似按框架—剪 力墙结构或框筒—核心筒结构计算。 （2）混合结构在风荷载及地震荷载作用下，按 弹性方法计算的最大层间位移与层高的比 值不宜超过表1的规定。 null表1 的限值 注：H指房屋高度。 null （3）抗震设计时，钢框架—钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25%和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小者；型钢混凝土框架—钢筋混凝土筒体各层框架柱所承担的地震剪力应符合框架—剪力墙结构的规定。 （4）在进行弹性阶段的内力和位移计算时，对钢梁及钢柱可采用钢材的截面计算，对型钢混凝土构件的抗弯刚度和剪切刚度可分别采用型钢的相应刚度与钢筋混凝土的相应刚度之和。 null （5）在进行结构弹性分析时，宜考虑钢梁与混凝土楼面的共同作用，梁的刚度可取钢梁刚度的1.5~2.0倍，但应保证钢梁与楼板有可靠的连接。 （6）竖向荷载作用时，宜考虑柱、墙在过程中轴向变形差异的响，并宜考虑在长期荷载作用下由于钢筋混凝土筒体的徐变、收缩对钢梁及柱产生的内力不利影响。 当钢筋混凝土筒体先于钢框架施工时，应考虑施工阶段钢筋混凝土筒体在风力及其他荷载作用下的不利受力状态，型钢混凝土构件应验算在浇筑混凝土之前钢框架在施工荷载及可能的风载作用下的承载力、稳定及位移，并据此确定钢框架安装与浇筑混凝土楼层的间隔层数。null 柱间钢支撑两端与柱或钢筋混凝土筒体的连接可作为铰接计算。 混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04。 钢—混凝土混合结构房屋抗震设计时，钢筋混凝土筒体及型钢混凝土框架的抗震等级应按表2确定，并应符合相应的计算和构造措施。 null表2 钢—混凝土混合结构房屋抗震等级 null 钢—混凝土混合结构中的钢构件应按国家现行《钢结构设计》GB50017及《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99进行设计；钢筋混凝土构件应按现行国家标准《混凝土设计规范》GB50010及《型钢混凝土组合结构技术规程》JGJ138进行截面设计。 有地震作用组合时，型钢混凝土构件和钢构件的承载力调整系数 应按表3和表4选用。 null表3 型钢混凝土构件承载力调整系数null表4 钢构件承载力调整系数 null 型钢混凝土构件中，型钢钢板的宽厚比满足表5的要求时，可不进行局部稳定验算（图3）。 表5 型钢钢板宽厚比nullnull表6 钢—混凝土混合结构房屋适用的最大高度（m） 注：1 房屋高度指室外地面标高至主要屋面高度，不包 括突出屋面的水箱、电梯机房、框架等的高度； 2 当房屋高度超过表中数值时，结构设计应有可靠 依据并采取进一步有效措施。三．设计一般规定和结构布置要求 （一）一般规定 1.混合结构高层建筑适用的最大高度宜符合 表6的要求。 null表7 高 宽 比 限 值 2.混合结构高层建筑的高宽比不宜大于表7的规定 null (二) 结构布置要求 1. 建筑平面的外型宜简单规则，宜采用方形、矩形等规则对称的平面，并尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合。建筑的开间、进深宜统一。   2. 结构的竖向布置宜符合下列要求： （1）结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化，构件截面宜由下至上逐渐减小，无突变； （2）当框架的上部与下部的类型和材料不同时，应设置过渡层； （3）对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出的部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层，应采取可靠的过渡加强措施； （4）钢框架部分采用支撑时，宜采用偏心支撑和耗能支撑，支撑宜连续布置，且在相互垂直的两个方向均宜布置，并相互交接；支撑框架在地下部分，宜延伸至基础。 null 3． 混合结构体系的高层建筑，7度抗震设防且房屋高度不大于130m时，宜在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱；7度抗震设防且房屋高度大于130m及8、9度抗震设防时，应在楼面钢梁或型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体交接处及筒体四角设置型钢柱。 4．混合结构体系的高层建筑，应由钢筋混凝土筒体承受主要的水平力，并应采取有效措施，保证钢筋混凝土筒体的延性。 5．混合结构中，外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接；楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可采用刚接或铰接； null6．钢框架—钢筋混凝土筒体结构中，当采用H型截面柱时，宜将柱截面强轴方向布置在外围框架平面内；角柱宜采用方形、十字形或圆形截面。 7．混合结构中，可采用外伸桁架加强层，必要时可同时布置周边桁架。外伸桁架平面宜与抗侧力墙体的中心线重合。外伸桁架应与抗侧力墙体刚接且宜伸入并贯通抗侧力墙体，外伸桁架与外围框架柱宜采用铰接或半刚接。 null8．当布置有外伸桁架时，应采取有效措施，减少由于外柱与混凝土筒体竖向变形差异引起的桁架杆件内力的变化。 9．楼面宜采用压型钢板现浇混凝土组合楼板、现浇混凝土楼板或预应力叠合楼板，楼板与钢梁应可靠连接。 10．对于建筑无楼面有较大开口或为转换层时，应采用现浇楼板。对楼板开口较大部位宜采用考虑楼板变形的程序进行内力和位移计算，或采取设置刚性水平支撑等加强层措施。null四．构造要求 1. 型钢混凝土梁应满足下列构造要求： （1）混凝土强度等级不宜低于C30，混凝土粗骨料最大直径不宜大于25mm；型钢宜采用Q235及Q345级钢材； （2）梁纵向钢筋配置率不宜小于0.30%； （3）梁中型钢的保护层厚度不宜小于100mm，梁纵筋与型钢骨架的最小净距不应小于30mm，且不小于梁纵筋直径的1.5倍； （4）梁纵向受力钢筋不宜超过二排，且第二排只宜在最外侧设置； null（5）梁中纵向受力钢筋宜采用机械连接。如纵向钢筋需贯穿型钢柱腹板并以900弯折固定在柱截面内时，抗震设计的弯折前直段长度不小于0.4倍钢筋抗震锚固长度laE弯折直段长度不应小于15倍纵向钢筋直径；非抗震设计的弯折前直段长度不应小于0.4倍钢筋锚固长度la，弯折直段长度不应小于12倍纵向钢筋直径； （6）梁上开洞不宜大于梁截面高度的0.4倍，且不宜大于内含型钢高度的0.7倍，并应位于梁高及型钢高度的中间区域； （7）型钢混凝土悬臂梁自由端的纵向受力钢筋应设置专门的锚固件，型钢梁的自由端上宜设置栓钉。 null 2. 型钢混凝土梁沿梁全长箍筋的配置应满足下列要求： （1）箍筋的最小面积配筋率应符合《高规》框架梁箍筋最小面积配筋率，且不应小于0.15%； （2）梁箍筋的直径和间距应符合飙的要求，且箍筋间距不应大于梁截面高度的1/2。抗震设计时，梁端箍筋应加密，箍筋加密区范围，一级时取梁截面高度的2倍，二、三级取梁截面高度的1.5倍；当梁净跨小于梁截面的4倍时，梁全跨应加密设置。 null表8 梁箍筋直径和间距（mm） null3．当考虑地震作用组合时，钢—混凝土混合结构中型钢混凝土柱的轴压比不宜大于表9的限值。 表9 型钢混凝土柱轴压比限值 注: 1.框支柱的轴压比限值应比表中数值减少0.10采 用；       2.剪跨比不大于2的柱，其轴压比限值应比表中数 值减少0.05采用； 3.当混凝土强度等级大于C60时，表中数值宜减 少0.05。 null图4 钢梁和型钢混凝土梁与钢筋混凝土筒体 的连接构造示意 （a）刚接 （b）铰接 （c）铰接 null五．减小混合结构竖向变形差影响的措施 1．先施工核心筒，比周围钢柱超前10层左右高，利用时间差减小竖向变形差； 2．核心筒与周围柱结构之间设置多道外伸桁架（钢臂），桁架在施工期间能自由移动，待相对位移大部分完成后再刚性连接； 3．每10层左右作为一个单元对钢柱的下料长度进行调整，以补偿内外结构竖向变形差； null4．每10层左右设计一种特殊节点，它可以允许竖向的自由伸缩，但能有效的传递水平剪力，把竖向变形差限制在这些层以内； 5．调整混凝土的组成材料及配合比，采用合理的措施和养护方法，减小混凝土的徐变和收缩。