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超高層建筑關鍵構件與節點設計,很全面的總結

發布時間:2020-12-30 16:48 | 瀏覽:157

內容摘要:?關于結構整體高寬比的討論: ?高度和高寬比是超高層結構設計的主要控制因素,也是決定結構剛度的重要指標。 ◆基底傾覆力矩與建筑高度的平方成正比 ◆建筑頂部側移與建筑高度的四次方成正比,并按結構寬度的三次方遞減 ?超高層結構由于占地和功能的限制,基底尺寸通常不會過大,一般為60~80m左右,因此,對于超過400m以上超高層,高寬比一般為7~9。 ?高寬比直接與超高層結構的受力性態相關:

?關于結構整體高寬比的討論: 

?高度和高寬比是超高層結構設計的主要控制因素,也是決定結構剛度的重要指標。 

   ◆基底傾覆力矩與建筑高度的平方成正比  

   ◆建筑頂部側移與建筑高度的四次方成正比,并按結構寬度的三次方遞減  

?超高層結構由于占地和功能的限制,基底尺寸通常不會過大,一般為60~80m左右,因此,對于超過400m以上超高層,高寬比一般為7~9。 

?高寬比直接與超高層結構的受力性態相關: 

  ◆高寬比<4,剪切變形為主,類似框架結構受力性態  

  ◆高寬比=4~6,彎剪變形 

  ◆高寬比>6,彎曲變形為主,剪切變形引起的有害位移通常不足10% 

?關于結構整體高寬比的討論: 

?當高寬比超過8時,通常外筒設計為巨型框架 或 巨型支撐框架(框筒),有效提高結構的抗側剛度。 

?當高寬比超過8時,橫風向效應顯著增強,在八度設防以下地區,風荷載通常成為控制因素。

?關于核心筒高寬比的討論: 

?核心筒高寬比的影響: 

對于常規的框架-核心筒結構體系,核心筒承擔著大部分剪力和傾覆力矩,故核心筒高寬比也是一個重要參考因素。但對于超高層而言,巨型框架、支撐框筒等高度更大的外框結構常常取代了一般框架,因此,核心筒的承擔剪力和傾覆力矩比例會降低。

?核心筒面積比例:指核心筒的圍合面積占樓面面積的比例,是另一個重要參考指標。 

  ◆圍合面積比例<20%,核心筒剛度偏弱,宜加強外框筒,采用支撐框筒或巨型結構 

  ◆圍合面積比例=20~30%,核心筒剛度適中  

  ◆圍合面積比例>30%,核心筒剛度較大,承擔剪力和傾覆力矩比例大幅提高,應尤其注重核心筒的性能化設計及二道防線設計。



1.2 典型超高層建筑高寬比


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伸臂桁架結構



2.1概念


?超高層建筑框架-核心筒結構體系,存在側向剛度不足、核心筒傾覆力矩偏大的缺陷 。 

?通過設置抗彎剛度較大的伸臂桁架,連接核心筒和外框架,可將周邊柱的軸向剛度用來增加結構的抗傾覆力矩,顯著提高結構的抗側剛度,減小核心筒傾覆力矩。


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2.2形式


?形式1:兩點連接方式; 

?形式2:單點上部連接方式; 

?形式3:單點下部連接方式; 

?形式4:單點中間連接方式。


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?伸臂桁架結構形式比較  

?采用SAP2000對各種伸臂桁架形式進行了極限承載力分析


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?伸臂桁架結構形式比較


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?伸臂桁架結構形式比較


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2.3連接節點


?伸臂桁架與核心筒連接節點 

?伸臂桁架與框架柱連接節點


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?伸臂桁架與核心筒連接節點  

  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用單板與墻體內鋼骨連接。


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  ◆方式2:伸臂桁架側方(H型),采用雙板在墻體內與鋼骨連接。


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?伸臂桁架與框架柱連接節點

  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用單板與柱體內鋼骨連接。


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  ◆方式2:伸臂桁架側方(H型),采用雙板與柱體內鋼骨連接。


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巨型框架柱設計



3.1概念


?巨型框架-核心筒結構中重要的受力構件; 

?主要承擔外筒重力荷載和傾覆彎矩; 

?巨型柱的地位非常重要,對構件選型需要重點考慮。


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?上海中心巨型柱受力情況: 

           豎向荷載分配:54%

           底部剪力分配:57%

           底部傾覆力矩分配:79%


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3.2形式


?目前常用的兩種構件形式: 

  ◆1、SRC型鋼混凝土柱。包括:上海中心、深圳平安、上海環球金融中心等; 

  ◆2、CFT鋼管混凝土柱。包括:天津117、臺北101、深圳京基中心等。


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?巨型鋼管混凝土柱


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3.3受力性態(上海中心為例)


?單工況作用下的軸力


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?小震組合——通高小偏心受壓


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?中震震組合——1~2區為小偏壓,3區為大偏壓,4區為大偏拉,5~8區為小偏拉。


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?大震組合——通高-小偏心受拉


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3.4設計指標


?材料:C70~C50;Q345GJ~Q390GJ

?抗震等級:通高特一級  

?抗震性能目標:中震彈性、大震不屈服  

?軸壓比限值:0.60 (1.2重力+1.3小震)  

?鋼骨含鋼率:標準段不小于4%,節點區及上下各一層范圍內不小于5%,并根據節點計算的需要調整。 

?縱筋配筋率:標準段1.2%,節點區由于縱筋將被伸臂、環帶桁架的桿件截斷,取0.8%。?配箍率:不小于1.0%; 

?剪壓比:V <= 1/γRE(0.36*βc*fc*b*ho)



3.5 實例


?金茂大廈


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?臺北101


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?環球金融中心


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?連接節點


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?上海中心

?8層巨型框架+6道伸臂+核心筒體系 

?巨型框架:8根巨柱+8道環帶桁架


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?方案一:九肢格構式鋼骨  

  ◆九肢型鋼分散布置,需通過綴板連接以協調抗力。但型鋼肢數越多,傳力越不直接,各肢協同工作的難度越大。

  ◆伸臂只和中間三肢型鋼直接連接,需要通過大量的綴板連接后才能把力傳遞給其他六肢,傳力途徑不直接。 

  ◆型鋼間聯系很弱,依靠綴板傳力在節點區應力集中處,易產生縱向劈裂破壞和剪切破壞。 

  ◆抗震性能不好。

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?方案二:‘王’字形實腹式鋼骨  

  ◆可有效解決協同抗力和剪切破壞兩個關鍵問題。 

  ◆鋼骨內部形成約束混凝土,提高巨型柱的抗壓能力和延性。 

  ◆在節點區域與伸臂和環帶桁架的連接較方便,伸臂和環帶的力可直傳遞給整個鋼骨。 

  ◆鋼骨可在工廠焊接完成,現場可整體吊裝,減少了現場焊接量。


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?鋼骨與伸臂的連接


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?承載力驗算


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采用纖維單元法得到SRC巨型柱的空間屈服曲面。將巨型柱的內力狀態和空間屈服曲面繪制在同一內力坐標下,進行比較,當荷載對應的空間點落在空間屈服曲面內時,則可以判定該構件滿足承載力要求。


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?延性分析


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?鋼骨吊裝


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來源:鋼構聯盟




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