高层溷合结构设计与施工1004课件

1 高层混合结构设计与高层混合结构设计与施工施工湖南大学湖南大学 沈蒲生沈蒲生2一、高层混合结构的定义一、高层混合结构的定义 高层混合结构是指由钢框架或型钢高层混合结构是指由钢框架或型钢混凝土框架与钢筋混凝土筒体（或剪混凝土框架与钢筋混凝土筒体（或剪力墙）所组成的高层建筑结构。力墙）所组成的高层建筑结构。3 4 56二、高层混合结构的特点二、高层混合结构的特点n抗侧刚度比钢结构大，变形比钢结构小；抗侧刚度比钢结构大，变形比钢结构小；n用钢量比钢结构省，造价比钢结构低；用钢量比钢结构省，造价比钢结构低；n结构的耐久性和耐火性比钢结构好；结构的耐久性和耐火性比钢结构好；n延性比混凝土结构好，自重比混凝土结构轻；延性比混凝土结构好，自重比混凝土结构轻；n施工速度比混凝土结构快；施工速度比混凝土结构快；n结构所占面积比混凝土结构少。结构所占面积比混凝土结构少。上海静安希尔顿酒店方案比较上海静安希尔顿酒店方案比较3：43层，层，143.6m高。高。钢筋混凝土钢筋混凝土 核心筒，外核心筒，外 钢框架结构。钢框架结构。78 指指 标标 项项 目目高层混高层混合结构合结构钢结构钢结构钢筋混凝钢筋混凝土结构土结构 结构结构 自重自重总重量总重量/t每平方米结构重量每平方米结构重量/(t/m2)百分率百分率(%)66434 1.28 10054626 1.05 82 94111 1.80 1.42 施工施工 工期工期上部结构工期上部结构工期/d比率比率 322 1 2420.75 434 1.47建筑使建筑使用空间用空间结构面积结构面积/m2结构面积结构面积/总面积量总面积量(%)1730 3.3 1320 2.5 4700 9.0用钢量用钢量总用钢量总用钢量/(kg/m2)型钢用量型钢用量/(kg/m2)钢筋用量钢筋用量/(kg/m2)133 69 64 165 141 24 施工施工 技术技术节点焊接量节点焊接量(%)高强螺栓量高强螺栓量(%)100 100 250 200 上海静安希尔顿酒店三种结构方案技术经济分析上海静安希尔顿酒店三种结构方案技术经济分析9三、高层混合结构的工程应用三、高层混合结构的工程应用 国外：国外：研究工作始于上世纪研究工作始于上世纪60年代。年代。工程应用始于上世纪工程应用始于上世纪70年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有：美国芝加哥美国芝加哥 Gateway Building，36层，层，137m。法国巴黎法国巴黎 Main Mantparnasse 大楼，大楼，64层。层。英国伦敦英国伦敦 The National West Minster Bank Building.捷克捷克 Guezla大楼，大楼，36层。层。日本神奈县海老名塔楼，日本神奈县海老名塔楼，25层。层。新加坡新加坡 Overseas Union Building，64层。层。法国法国 Anaconda Tower，40层。层。10美国芝加哥拟建的米格林美国芝加哥拟建的米格林-拜特勒大厦，拜特勒大厦，483m。1112 国内：国内：研究工作开始于上世纪研究工作开始于上世纪80年代。年代。工程应用开始于上世纪工程应用开始于上世纪90年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有：北京香格里拉饭店，北京香格里拉饭店，82.75m 上海希尔顿酒店，上海希尔顿酒店，143.6m 大连远洋大厦，大连远洋大厦，200.8m 深圳赛格广场，深圳赛格广场，291.6m 上海金茂大厦，上海金茂大厦，418m 上海环球金融中心大厦，上海环球金融中心大厦，492m13上海环球金融中心上海环球金融中心上海金茂大厦上海金茂大厦上海金茂大厦平面图和剖面图上海金茂大厦平面图和剖面图1415塔顶高塔顶高450m，天，天线顶高线顶高610m。新型高层混合结构：新型高层混合结构：16地上地上103层，层，高高432m，外，外筒为钢网筒结筒为钢网筒结构，内筒为混构，内筒为混凝土结构。总凝土结构。总用钢量约用钢量约4万万吨。吨。四、高层混合结构设计时需要四、高层混合结构设计时需要 重视的问题重视的问题 1、抗震性能问题、抗震性能问题 高层混合结构在意大利有成功的经验，但是，在美国和日高层混合结构在意大利有成功的经验，但是，在美国和日本的大地震中有损伤和破坏的纪录，如：本的大地震中有损伤和破坏的纪录，如：1994年年3月月27日，美国阿拉斯加大地震（日，美国阿拉斯加大地震（8.3-8.6级）中，级）中，多栋多栋6-14层房屋出现混凝土局部压碎，个别柱箍筋拉断，层房屋出现混凝土局部压碎，个别柱箍筋拉断，主筋和型钢屈曲，型钢外鼓等现象。主筋和型钢屈曲，型钢外鼓等现象。1995年年1月月17日，日本阪神地震（日，日本阪神地震（7.2级）中，多栋级）中，多栋6-11层的混合结构房屋的格构式型钢混凝土柱的型钢骨架发层的混合结构房屋的格构式型钢混凝土柱的型钢骨架发生变形和外鼓等现象。生变形和外鼓等现象。因此，他们认为高层混合结构房屋的高度不宜超过因此，他们认为高层混合结构房屋的高度不宜超过150m。17182 2、由于荷载和混凝土收缩徐变等因、由于荷载和混凝土收缩徐变等因 素影响产生的竖向变形差问题素影响产生的竖向变形差问题钢柱钢钢柱柱钢筋混钢筋混凝土筒凝土筒钢梁钢梁结构变形结构变形钢钢柱柱钢筋混钢筋混凝土筒凝土筒钢梁钢梁结构因竖向变形产生的内力结构因竖向变形产生的内力19 钢框架与钢筋混凝土核心筒的质量、钢框架与钢筋混凝土核心筒的质量、刚度差别很大，自振周期不同，协同刚度差别很大，自振周期不同，协同 工作是一个问题。工作是一个问题。3、钢框架与核心筒的协同工作问题、钢框架与核心筒的协同工作问题20五、高层混合结构的抗震性能五、高层混合结构的抗震性能我国的部分试验研究：我国的部分试验研究：龚炳年等：龚炳年等：23层混合结构模型动力特性试验。层混合结构模型动力特性试验。李国强等：李国强等：25层沪东造船厂综合技术中心大楼结层沪东造船厂综合技术中心大楼结构模型振动台试验。构模型振动台试验。吕西林等：吕西林等：60层上海世茂国际广场大厦、层上海世茂国际广场大厦、31层层北京北京LG大厦结构模型振动台试验。大厦结构模型振动台试验。徐培福等：徐培福等：30层型钢框架层型钢框架-核心筒结构模型拟静核心筒结构模型拟静力试验。力试验。我们：层模型低周反复荷载试验和我们：层模型低周反复荷载试验和13层框支框架层框支框架-核心筒模型拟动力试验。核心筒模型拟动力试验。211、高层混合结构层平面模型低高层混合结构层平面模型低 周反复荷载试验周反复荷载试验墙为钢筋混凝土墙为钢筋混凝土墙；柱分钢筋混墙；柱分钢筋混凝土柱、型钢柱凝土柱、型钢柱和型钢混凝土柱和型钢混凝土柱三种类型，每种三种类型，每种类型类型2个试件个试件,共共6个试件。个试件。22 层模型加载装置层模型加载装置23层模型实验室加载情况层模型实验室加载情况24层模型不分缝剪力墙破坏情况层模型不分缝剪力墙破坏情况25层模型分缝剪力墙破坏情况层模型分缝剪力墙破坏情况26不分缝墙钢筋混凝土柱荷载不分缝墙钢筋混凝土柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线分缝墙钢筋混凝土柱荷载分缝墙钢筋混凝土柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线不分缝墙型钢柱荷载不分缝墙型钢柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线分缝墙型钢柱荷载分缝墙型钢柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线27不分缝墙劲性混凝土柱荷载不分缝墙劲性混凝土柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线分缝墙劲性混凝土柱荷载分缝墙劲性混凝土柱荷载-位移滞回曲线位移滞回曲线28试验结果表明：试验结果表明：（1）所有试件的延性都比较好，滞回曲线比）所有试件的延性都比较好，滞回曲线比 较丰满。框架柱为型钢柱和型钢混凝土较丰满。框架柱为型钢柱和型钢混凝土 柱时的延性比钢筋混凝土柱时好。柱时的延性比钢筋混凝土柱时好。（2）结构破坏时，墙、柱、梁的强度都能较）结构破坏时，墙、柱、梁的强度都能较 充分的利用。充分的利用。（3）剪力墙分缝对结构的延性有明显的改）剪力墙分缝对结构的延性有明显的改 善。善。292、外框支框筒、外框支框筒-内核心筒高层混合结构内核心筒高层混合结构模型的拟动力试验模型的拟动力试验30513层层高300mm主体结构为主体结构为1313层组合筒中筒层组合筒中筒结构模型，模结构模型，模型的缩比为型的缩比为1/101/10（平面尺（平面尺寸寸1800180018001800，高，高47504750）14层 层高450mm现场模型照片现场模型照片31试件加载图试件加载图32模型裂缝图模型裂缝图33楼面裂缝图楼面裂缝图34底层核心筒破坏情况底层核心筒破坏情况第第4层核心筒破坏情况层核心筒破坏情况外框筒第外框筒第9层破坏情况层破坏情况外框筒转换层破坏情况外框筒转换层破坏情况35第第5、13层位移时程曲线试验与计算对比层位移时程曲线试验与计算对比 第第5、13层位移时程曲线试验与计算对比层位移时程曲线试验与计算对比 36工况工况1234加速度峰加速度峰值 0.22g0.40g0.62g1.00g最大最大层间位移角位移角 试验值1/4811/3281/1721/106最大最大层间位移角位移角 计算算值 1/5111/3091/1941/101最大最大层间位移角位移角计算算误差差(%)-5.96.1-9.45.0最大最大顶点相点相对位移位移 试验值 1/8471/4621/2941/177最大最大顶点相点相对位移位移 计算算值 1/9201/4301/2611/156最大最大顶点相点相对位移位移计算算误差差(%)-7.97.412.613.5层间位移角层间位移角 、顶点最大相对位移、顶点最大相对位移 计算与试验比较计算与试验比较 37试验结果表明：试验结果表明：（1）核心筒是抵抗水平剪力的主要构件。）核心筒是抵抗水平剪力的主要构件。（2）连梁出现交叉裂缝，破坏最明显。）连梁出现交叉裂缝，破坏最明显。（3）结构具有良好的抗震性能，）结构具有良好的抗震性能，7度罕遇地震度罕遇地震 时，外框筒基本处于弹性状态，时，外框筒基本处于弹性状态，8、9度度 罕遇地震时，内、外筒混凝土裂缝开展罕遇地震时，内、外筒混凝土裂缝开展 较严重。较严重。（4）钢管混凝土柱承载力高，抗裂性和延性）钢管混凝土柱承载力高，抗裂性和延性 都很好，直至结构破坏时一直保持完好。都很好，直至结构破坏时一直保持完好。383、沪东造船厂综合技术中心大楼结、沪东造船厂综合技术中心大楼结 构模型振动台试验构模型振动台试验共共25层，振动台台面输入层，振动台台面输入三种地震波：上海市人工三种地震波：上海市人工地震波；地震波；El centro 波；波；San Fernando 波。波。39随着振型阶数的增加，实测自振随着振型阶数的增加，实测自振频率加大，阻尼比减少。频率加大，阻尼比减少。40试验结果表明：试验结果表明：（1）小震阶段模型的顶点位移为）小震阶段模型的顶点位移为1/600-1/1000，大，大 震阶段为震阶段为1/45，说明模型有较好的延性。，说明模型有较好的延性。（2）结构破坏主要集中于混凝土核心筒，表现为底层核）结构破坏主要集中于混凝土核心筒，表现为底层核 心筒混凝土受压破坏、暗柱和角柱纵筋压屈，而钢心筒混凝土受压破坏、暗柱和角柱纵筋压屈，而钢 框架处于弹性阶段。结构整体破坏属于弯曲型。框架处于弹性阶段。结构整体破坏属于弯曲型。（3）钢框架梁与混凝土核心筒连接处受力复杂，预埋件）钢框架梁与混凝土核心筒连接处受力复杂，预埋件 与混凝土的粘结易遭破坏，核心筒角部节点区混凝与混凝土的粘结易遭破坏，核心筒角部节点区混凝 土破坏严重。土破坏严重。（4）只要设计合理，根据现行）只要设计合理，根据现行建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范设设 计的结构，能满足计的结构，能满足“小震不坏，中震可修，大震不小震不坏，中震可修，大震不 倒倒”的要求。的要求。高层混合结构好的抗震性能是建立在以下高层混合结构好的抗震性能是建立在以下的基础之上：的基础之上：1、结构的平面布置应尽可能规整；、结构的平面布置应尽可能规整；2、结构的整体性要好；、结构的整体性要好；3、型钢混凝土构件采用实腹式型钢配筋；、型钢混凝土构件采用实腹式型钢配筋；4、节点区箍筋要加密，梁与柱、梁与、节点区箍筋要加密，梁与柱、梁与 墙的连接要可靠。墙的连接要可靠。41意大利的经验是：意大利的经验是：楼面梁多采用混凝土梁；楼面梁多采用混凝土梁；楼面梁与混凝土核心筒或剪力墙的楼面梁与混凝土核心筒或剪力墙的 连接多采用刚性连接；连接多采用刚性连接；在钢框架上设置斜向支撑；在钢框架上设置斜向支撑；基础多采用桩基础。基础多采用桩基础。42434445日本不同年代型钢混凝土梁柱配筋形式变化日本不同年代型钢混凝土梁柱配筋形式变化4647六、高层混合结构的竖向变形六、高层混合结构的竖向变形 差分析差分析不利因素：不利因素：竖向荷载在各竖向构件中的压缩量不等。竖向荷载在各竖向构件中的压缩量不等。混凝土会发生收缩、徐变变形，钢材不会。混凝土会发生收缩、徐变变形，钢材不会。温度。温度。有利因素：有利因素：楼面标高测量控制。楼面标高测量控制。楼面高差混凝土找平。楼面高差混凝土找平。钢筋对混凝土收缩、徐变变形会产生约束。钢筋对混凝土收缩、徐变变形会产生约束。混凝土核心筒超前施工。混凝土核心筒超前施工。48（一）结构自重等竖向荷载作用下考虑施工（一）结构自重等竖向荷载作用下考虑施工 过程影响的竖向变形差分析过程影响的竖向变形差分析49 考虑施工过程的特点：结构逐步形成，荷载逐层施加，考虑施工过程的特点：结构逐步形成，荷载逐层施加，竖向变形差随着楼面标高测量控制和混凝土找平而减少，竖向变形差随着楼面标高测量控制和混凝土找平而减少，计算较复杂，因此可采用近似加载法计算。计算较复杂，因此可采用近似加载法计算。矩阵方程为：矩阵方程为：K=P式中，式中，K保持保持不不变，P为上上三角矩三角矩阵。50例题例题1：近似解与精确解结近似解与精确解结果相近，一次解与果相近，一次解与精确解结果相差较精确解结果相差较大。大。51竖向荷载下的变形：竖向荷载下的变形：s1d1s4s3s2d4d3d2S1为第为第1层竖向构件的最小压缩量，层竖向构件的最小压缩量，d1为第为第1层竖向构件层竖向构件的竖向变形差。由于标高测量控制和楼面找平关系，如的竖向变形差。由于标高测量控制和楼面找平关系，如果各层层高、梁柱截面以及竖向荷载相同，可近似取：果各层层高、梁柱截面以及竖向荷载相同，可近似取：S4=4S1 d4=4d152（二）考虑竖向荷载和混凝土收缩徐变产（二）考虑竖向荷载和混凝土收缩徐变产 生的竖向变形差实用分析方法生的竖向变形差实用分析方法 仅考虑竖向构件在轴力作用下的变形。仅考虑竖向构件在轴力作用下的变形。筒体应力较小，混凝土徐变为线性徐筒体应力较小，混凝土徐变为线性徐 变，迭加原理适用。变，迭加原理适用。计算徐变收缩竖向位移时，不考虑水平计算徐变收缩竖向位移时，不考虑水平 构件对相邻竖向构件变形的约束。构件对相邻竖向构件变形的约束。1、基本假定、基本假定53 2、钢筋混凝土轴压构件分批加载时混凝土徐变、钢筋混凝土轴压构件分批加载时混凝土徐变 收缩分析的简化方法收缩分析的简化方法（1）徐变的计算）徐变的计算定义：定义：在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移在荷载保持不变的情况下，变形随时间推移 继续增大的现象。继续增大的现象。特点：特点：早期发展快，但可以延续数年。早期发展快，但可以延续数年。混凝土的徐变与混凝土混凝土的徐变与混凝土的材料组成、应力大小、的材料组成、应力大小、养护情况和加载龄期等养护情况和加载龄期等许多因素有关，情况较许多因素有关，情况较复杂。复杂。54假定混凝土的应力较小，徐变是线性的，迭加原理适用。假定混凝土的应力较小，徐变是线性的，迭加原理适用。根据根据ACI规范可得混凝土的徐变应变公式如下：规范可得混凝土的徐变应变公式如下：式中，式中，i、ai、h、ti、分分别为第第 i 级荷荷载时的荷的荷载增量以及加增量以及加载龄期、构件厚度、持荷期、构件厚度、持荷时间、环境相境相对湿度有关的徐湿度有关的徐变影响系影响系数。当数。当 t 时，时，ti i1。时刻时刻t的徐变应变的徐变应变:最终徐变应变最终徐变应变:5556（2）收缩的计算）收缩的计算定义：定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。收缩率：收缩率：310-4。收缩。收缩=凝缩凝缩+干缩。干缩。特点：特点：早期快，可延续早期快，可延续12年。年。混凝土的收缩与混凝混凝土的收缩与混凝土的组成及配合比，土的组成及配合比，尤其是水灰比；养护尤其是水灰比；养护条件；使用时的温度条件；使用时的温度与湿度有关。与荷载与湿度有关。与荷载的大小无关。的大小无关。57式中，式中，持续时间影响系数，持续时间影响系数，（潮湿（潮湿养护），养护），（蒸汽养护），（蒸汽养护），t 是养护终了以是养护终了以后的天数。后的天数。混凝土收缩应变可按下列公式计算：混凝土收缩应变可按下列公式计算：58（3）混凝土竖向承重构件收缩、徐变变形的计算）混凝土竖向承重构件收缩、徐变变形的计算第第 i 层竖向构件收缩、徐变由以下几部分组成：层竖向构件收缩、徐变由以下几部分组成：分析表明，高层混合结构竖向变形分析表明，高层混合结构竖向变形差的大小为差的大小为0.5mm1.0mm/m。其中：由于荷载引起的竖向变形差其中：由于荷载引起的竖向变形差约占约占1/3；由于混凝土的收缩、徐；由于混凝土的收缩、徐变引起的竖向变形差约占变引起的竖向变形差约占2/3。有些因素和施工措施可以减小竖向有些因素和施工措施可以减小竖向变形差，如纵向受力钢筋和核心筒变形差，如纵向受力钢筋和核心筒超前施工等。超前施工等。5960（三）（三）配筋率影响的计算配筋率影响的计算混凝土截面最终收混凝土截面最终收缩徐变应变：缩徐变应变：式中：式中：61（四）混合结构核心筒超前施工的影响（四）混合结构核心筒超前施工的影响 混凝土核心筒超前施工混凝土核心筒超前施工的目的是：使楼面施工到的目的是：使楼面施工到达这一层之前，核心筒由达这一层之前，核心筒由于荷载和混凝土的收缩、于荷载和混凝土的收缩、徐变产生的变形已经完成徐变产生的变形已经完成了一部分，当楼面施工到了一部分，当楼面施工到这一层时，竖向变形差比这一层时，竖向变形差比不超前施工的小。不超前施工的小。62 上海地区部分混合结构核心筒超前施工情况上海地区部分混合结构核心筒超前施工情况 工程项目工程项目 核心筒超前施工层数核心筒超前施工层数核心核心 筒占标准筒占标准 层面积（层面积（%）金茂大厦金茂大厦 15 26 震旦大厦震旦大厦 6-12 世茂国际广场世茂国际广场 12-15 24 上海银行上海银行 6-10 21 商品交易大厦商品交易大厦 9 香港新世界香港新世界 10 核心筒超前施工的层数应根据筒体的承载力、稳核心筒超前施工的层数应根据筒体的承载力、稳定和变形计算确定。文献定和变形计算确定。文献65介绍了经验确定法、介绍了经验确定法、简单估算法和整体分析法，可供设计和施工参考。简单估算法和整体分析法，可供设计和施工参考。63例题例题2：上海环球金融中心核心筒超前施工分析：上海环球金融中心核心筒超前施工分析70 64混合结构层高混合结构层高3.6m，总高度，总高度216m(60层层)。其他情况与例其他情况与例题题1相同。相同。环境相对湿度环境相对湿度40，潮湿，潮湿养护天数养护天数4d，施工速度，施工速度4 d/层，层，剪力墙竖向分布钢筋的配筋率剪力墙竖向分布钢筋的配筋率0.2。例题例题3：算例平面图算例平面图65楼楼 层不考不考虑钢筋影响筋影响时徐徐变收收缩竖向位移向位移考考虑钢筋影响筋影响时竖向位移向位移徐徐变/mm/mm收收缩/mm/mm总竖向向变形形/mm/mm竖向向变形形/mm/mm减小量减小量/%/%1 11.211.211.321.322.532.532.482.481.821.825 55.985.985.465.4611.4311.4311.2211.221.871.87101011.8311.839.159.1520.9720.9720.5720.571.921.92151517.4117.4111.9411.9429.3529.3528.7828.781.931.93202022.6122.6114.1814.1836.8036.8036.0836.081.951.95252529.5829.5817.3817.3846.9646.9646.0346.031.991.99303035.9935.9919.8919.8955.8855.8854.7454.742.042.04353541.6041.6021.9821.9863.5763.5762.2662.262.072.07404046.3146.3123.7823.7870.0970.0968.6268.622.102.10454554.4254.4227.0427.0481.4681.4679.6579.652.232.23505061.4261.4229.6029.6091.0391.0388.8988.892.352.35555566.5866.5831.7531.7598.3498.3495.9295.922.452.45606069.7169.7133.6233.62103.34103.34100.64100.642.612.61（1）剪力墙）剪力墙B点的徐变和收缩竖向位移点的徐变和收缩竖向位移/mm 混凝土竖混凝土竖向收缩、向收缩、徐变变形徐变变形量约为量约为0.5mm/m。66（2）配筋率和核心筒超前施工的影响）配筋率和核心筒超前施工的影响67例题例题4：南京紫峰大厦：南京紫峰大厦29墙和柱不考虑施工调整时的竖墙和柱不考虑施工调整时的竖向变形量约为向变形量约为0.65mm/m。6869（四）减少竖向变形差的措施（四）减少竖向变形差的措施n材料方面材料方面 尽量采用高强度的混凝土，且混凝土必须采取合理的尽量采用高强度的混凝土，且混凝土必须采取合理的 养护方法。养护方法。避免过大的水灰比。避免过大的水灰比。尽量增加骨料的含量，选用弹性模量较大的骨料尽量增加骨料的含量，选用弹性模量较大的骨料。尽量使用快硬水泥，减少混凝土的徐变。尽量使用快硬水泥，减少混凝土的徐变。使用减水剂以增加混凝土的强度，减小混凝土的使用减水剂以增加混凝土的强度，减小混凝土的 徐变和收缩。徐变和收缩。70n 设计方面设计方面 结构平面布置均匀对称，竖向构件重力荷载下压应力尽可结构平面布置均匀对称，竖向构件重力荷载下压应力尽可 能相等或接近能相等或接近，控制竖向构件的轴压比，控制竖向构件的轴压比。适当增大竖向构件的配筋率适当增大竖向构件的配筋率，且相邻竖向构件的配筋率应，且相邻竖向构件的配筋率应 尽量接近尽量接近。在构件体积不变的前提下，适当增加构件截面的厚度在构件体积不变的前提下，适当增加构件截面的厚度。尽量采用刚性节点。尽量采用刚性节点。外钢框架柱尽量采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱外钢框架柱尽量采用钢管混凝土柱或型钢混凝土柱。设置加强层、水平环带、巨型斜向支撑等。设置加强层、水平环带、巨型斜向支撑等。71n 施工方面施工方面 核心筒应超前外钢框架施工核心筒应超前外钢框架施工。一般高层建筑超一般高层建筑超48层，超高层，超高 层建筑可超层建筑可超815层。层。刚性节点先铰接后刚接刚性节点先铰接后刚接，保证施，保证施 工期间构件竖向自由变形。工期间构件竖向自由变形。加强标高测量控制和楼面找平。加强标高测量控制和楼面找平。调整钢柱的下料长度调整钢柱的下料长度。正在施工中的正在施工中的上海金茂大厦上海金茂大厦72七、框架与核心筒的协同工作七、框架与核心筒的协同工作 钢框架梁柱连接节点、楼面梁与框架柱和混凝土墙钢框架梁柱连接节点、楼面梁与框架柱和混凝土墙的连接形式：的连接形式：刚接刚接：整体性好，框架与筒体协同工作好。：整体性好，框架与筒体协同工作好。铰接铰接：整体性差，施工方便。：整体性差，施工方便。半刚性连接半刚性连接：整体性较差，施工较方便。：整体性较差，施工较方便。通常的做法是：框架梁柱连接采用刚性节点，楼通常的做法是：框架梁柱连接采用刚性节点，楼面梁与框架和混凝土墙连接采用铰接节点，从上到面梁与框架和混凝土墙连接采用铰接节点，从上到下设置几道外伸桁架将框架与筒体拉接在一起。下设置几道外伸桁架将框架与筒体拉接在一起。（一）加强节点连接刚性（一）加强节点连接刚性737475767724层，层高层，层高3.6m，连，连梁与钢框架和混凝土核梁与钢框架和混凝土核心筒的连接以及钢框架心筒的连接以及钢框架中钢梁与钢柱的连接按中钢梁与钢柱的连接按刚接、半刚性连接和铰刚接、半刚性连接和铰接三种情况考虑。接三种情况考虑。类场地土，设防烈度类场地土，设防烈度为为8度，基本地震加速度，基本地震加速度为度为0.15g。例题例题5：78几种情况下的侧移曲线比较：几种情况下的侧移曲线比较：79（二）设置加强层（二）设置加强层80例题例题6 87：81 在高层混合结构中设置加强层不只是在高层混合结构中设置加强层不只是出于减少结构侧向变形的需要考虑，更出于减少结构侧向变形的需要考虑，更重要的是出于保证核心筒与外部钢框架重要的是出于保证核心筒与外部钢框架协调工作的工作考虑。协调工作的工作考虑。8283八、工程设计与施工实例八、工程设计与施工实例实例实例1 上海环球金融中心上海环球金融中心70：地上地上95层，地下层，地下4层，高层，高492m。建筑面积建筑面积33万万m2，总用钢量，总用钢量2.6万吨。万吨。钢筋混凝土核心筒，外框架的角柱为型钢混凝钢筋混凝土核心筒，外框架的角柱为型钢混凝土柱，其他柱为钢柱。土柱，其他柱为钢柱。建筑设计为美国建筑设计为美国KPF建筑师事务所，结构设计为建筑师事务所，结构设计为美国美国Leslie E.Robertson Associates，华东建，华东建筑设计研究院有限公司为设计顾问单位，并完成筑设计研究院有限公司为设计顾问单位，并完成施工图设计。施工图设计。84带状桁带状桁架架巨型斜撑巨型斜撑巨型巨型柱柱混凝土混凝土周边墙周边墙三层楼高的三层楼高的外伸桁架外伸桁架核心筒核心筒巨型巨型柱柱8586878889正在施工中的上海正在施工中的上海环球金融中心大厦环球金融中心大厦90实例实例2 湖南文化大厦湖南文化大厦 91 原设计为原设计为3131层，层，99.599.5，钢筋混钢筋混凝土结构，塔楼设凝土结构，塔楼设1616层中庭，层中庭，19971997年施工完地下室和年施工完地下室和5 5层裙房后因故层裙房后因故停工营业。停工营业。20002000年保利南方房产接年保利南方房产接手，改为手，改为2727层，层，99.98m99.98m高，但面积高，但面积增加到增加到6.746.74万万m m2 2。经检测，已施工。经检测，已施工的框架柱混凝土强度比设计要求低。的框架柱混凝土强度比设计要求低。92设计时曾考虑三种方案：设计时曾考虑三种方案：n按原设计施工：面积不能满足要求，按原设计施工：面积不能满足要求，50%50%的框的框架柱要加固，大剧院要停业。架柱要加固，大剧院要停业。n加转换层的钢筋混凝土结构：面积可达要求，加转换层的钢筋混凝土结构：面积可达要求，但但50%50%的框架柱要加固，大剧院要停业。的框架柱要加固，大剧院要停业。n高层混合结构：面积可满足要求，自重轻，工高层混合结构：面积可满足要求，自重轻，工程量小，施工速度快。程量小，施工速度快。最后决定采用混合结构。最后决定采用混合结构。9394 钢筋钢筋用量用量 （t）钢材钢材用量用量 （t）混凝土混凝土量量 （m3 3）结结 构构 造造价价 方案方案1 3084 3084 19000 19000 838838元元/m2 2 方案方案2 3292 3292 20800 20800 858858元元/m2 2 方案方案3 940 940 2914 2914 9200 9200 861861元元/m2 2 表表7.17 7.17 工程造价工程造价比较比较Y Y方向前两阶振型方向前两阶振型95振振 型型频频 率率周期周期/s振型参与振型参与 系数系数振型参与质量振型参与质量 （%）1 1 2 20.2820.2821.4371.4373.5433.5430.6960.6961.511.510.770.77 64.864.8 18.918.9 表表7.18 7.18 结构结构y y向前二阶模向前二阶模态态96楼楼 层层多模态推覆多模态推覆时程分析均值时程分析均值 误差（绝对值）误差（绝对值）楼楼 层层 位位 移移 （mm）层层间间位位移移（mm）楼楼 层层 位位 移移 （mm）层层间间位位移移（mm）楼层位移楼层位移 （%）层间位移层间位移 (%）1 4 8 12 16 20 24 28 0.8 6.0 18.3 30.9 44.0 58.5 75.5 94.2 0.8 2.2 3.3 3.5 4.1 4.9 5.3 5.5 0.9 6.8 20.6 33.8 45.0 56.9 75.3 100.1 0.9 2.4 3.4 3.2 4.2 5.4 5.7 5.5 11.4 11.5 11.4 8.6 2.2 2.9 0.2 5.9 11.2 9.7 1.7 8.1 3.7 8.5 5.8 0.4 表表7.22 77.22 7度多遇地震下楼层位移比较度多遇地震下楼层位移比较97楼楼 层层多模态推覆多模态推覆时程分析均值时程分析均值 误差（绝对值）误差（绝对值）楼楼 层层 位位 移移 （mm）层层间间位位移移（mm）楼楼 层层 位位 移移 （mm）层层间间位位移移（mm）楼层位移楼层位移 （%）层间位移层间位移 (%）1 4 8 12 16 20 24 28 1.7 11.8 35.4 62.4 93.4 127.4 163.6 201.6 2.1 4.5 6.7 7.6 8.7 11.2 11.8 10.4 1.8 13.5 41.0 69.0 95.1 122.1 162.6 212.2 1.9 4.7 7.0 6.8 8.3 10.9 12.6 10.5 5.3 12.2 13.7 9.5 1.8 4.2 0.6 5.0 14.1 4.3 3.3 10.9 4.0 2.4 6.1 0.6 表表7.23 77.23 7度罕遇地震下楼层位移比较度罕遇地震下楼层位移比较98结束语结束语（1）高层混合结构将两种或两种以上的结构组）高层混合结构将两种或两种以上的结构组 合在一起，做成新的结构，是设计理念上合在一起，做成新的结构，是设计理念上 的升华。的升华。（2）高层混合结构设计要特别处理好竖向变形差）高层混合结构设计要特别处理好竖向变形差 问题。设计要与施工相结合，要从材料、设问题。设计要与施工相结合，要从材料、设 计计算和施工措施等多方面考虑减小竖向变计计算和施工措施等多方面考虑减小竖向变 形差。形差。99（3）水平构件和节点的刚性是保证钢框架与混）水平构件和节点的刚性是保证钢框架与混 凝土核心筒协同工作的基础，合理地设置凝土核心筒协同工作的基础，合理地设置 加强层，保证节点连接的可靠性，对高层加强层，保证节点连接的可靠性，对高层 混合结构的受力性能十分重要。混合结构的受力性能十分重要。（4）在好的结构布置、认真的结构计算以及合）在好的结构布置、认真的结构计算以及合 理的构造措施的情况下，高层混合结构具理的构造措施的情况下，高层混合结构具 有良好的抗震性能。当然，我国已经建成有良好的抗震性能。当然，我国已经建成 的高层混合结构尚需经受大震的检验。的高层混合结构尚需经受大震的检验。100谢谢各位！谢谢各位！