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超高层建筑的关键构件与节点设计“大汇总”

来源:筑龙论坛  作者:编辑  日期:2019-4-24
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    高度和高宽比是超高层结构设计的主要控制因素,也是决定结构刚度的重要指标。

  本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  一、结构高宽比

  1.1概念

  ☞关于结构整体高宽比的讨论:

  ☞高度和高宽比是的主要控制因素,也是决定结构的重要指标。

  ◆基底倾覆与建筑高度的平方成正比

  ◆建筑顶部侧移与建筑高度的四次方成正比,并按结构宽度的三次方递减

  ☞超高层结构由于占地和功能的限制,基底尺寸通常不会过大,一般为60~80m左右,因此,对于超过400m以上超高层,高宽比一般为7~9。

  ☞高宽比直接与超高层结构的受力性态相关:

  ◆高宽比<4,为主,类似受力性态

  ◆高宽比=4~6,弯剪变形

  ◆高宽比>6,为主,剪切变形引起的有害位移通常不足10%

  ☞关于结构整体高宽比的讨论:

  ☞当高宽比超过8时,通常外筒设计为巨型 或 巨型支撑框架(框筒),有效提高结构的抗侧刚度。

  ☞当高宽比超过8时,横风向效应显著增强,在八度设防以下地区,通常成为控制因素。

  ☞关于高宽比的讨论:

  ☞核心筒高宽比的影响:

  对于常规的框架-体系,核心筒承担着大部分和倾覆力矩,故核心筒高宽比也是一个重要参考因素。但对于超高层而言,巨型框架、支撑框筒等高度更大的外框结构常常取代了一般框架,因此,核心筒的承担剪力和倾覆力矩比例会降低。

  ☞核心筒面积比例:指核心筒的围合面积占楼面面积的比例,是另一个重要参考指标。

  ◆围合面积比例<20%,核心筒刚度偏弱,宜加强外框筒,采用支撑框筒或

  ◆围合面积比例=20~30%,核心筒刚度适中

  ◆围合面积比例>30%,核心筒刚度较大,承担剪力和倾覆力矩比例大幅提高,应尤其注重核心筒的性能化设计及二道防线设计。

  1.2 典型高宽比

  二、伸臂结构

  2.1概念

  ☞超框架-核心筒结构体系,存在侧向刚度不足、核心筒倾覆力矩偏大的缺陷 。

  ☞通过设置较大的伸臂桁架,连接核心筒和外框架,可将周边柱的轴向刚度用来增加结构的抗倾覆力矩,显著提高结构的抗侧刚度,减小核心筒倾覆力矩。

  2.2形式

  ☞形式1:两点连接方式;

  ☞形式2:单点上部连接方式;

  ☞形式3:单点下部连接方式;

  ☞形式4:单点中间连接方式。

  ☞伸臂桁架结构形式比较

  ☞采用SAP2000对各种伸臂桁架形式进行了极限分析

  ☞伸臂桁架结构形式比较

  ☞伸臂桁架结构形式比较

  2.3连接

  ☞伸臂桁架与核心筒连接节点

  ☞伸臂桁架与连接节点

  ☞伸臂桁架与核心筒连接节点

  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用与墙体内钢骨连接。

  ◆方式2:伸臂桁架侧方(H型),采用双板在墙体内与钢骨连接。

  ☞伸臂桁架与框架柱连接节点

  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用单板与柱体内钢骨连接。

  ◆方式2:伸臂桁架侧方(H型),采用双板与柱体内钢骨连接。

  三、巨型框架柱设计

  3.1概念

  ☞巨型框架-核心筒结构中重要的受力;

  ☞主要承担外筒重力和倾覆;

  ☞巨型柱的地位非常重要,对构件选型需要重点考虑。

  ☞巨型柱受力情况:

  竖向荷载分配:54%

  底部剪力分配:57%

  底部倾覆力矩分配:79%

  3.2形式

  ☞目前常用的两种构件形式:

  ◆1、柱。包括:上海中心、深圳平安、上海环球金融中心等;

  ◆2、CFT柱。包括:天津117、台北101、深圳京基中心等。

  ☞巨型钢管混凝土柱

  3.3受力性态(上海中心为例)

  ☞单工况作用下的轴力

  ☞小震组合——通高小偏心受压

  ☞中震震组合——1~2区为小偏压,3区为大偏压,4区为大偏拉,5~8区为小偏拉。

  ☞大震组合——通高-小偏心受拉

  3.4设计指标

  ☞材料:C70~C50;Q345GJ~Q390GJ

  ☞等级:通高特一级

  ☞抗震性能目标:中震、大震不屈服

  ☞限值:0.60 (1.2重力+1.3小震)

  ☞钢骨含钢率:标准段不小于4%,节点区及上下各一层范围内不小于5%,并根据节点计算的需要调整。

  ☞纵筋配筋率:标准段1。2%,节点区由于纵筋将被伸臂、环带桁架的截断,取0。8%。 ☞配箍率:不小于1。0%;

  ☞:V <= 1/γRE(0.36*βc*fc*b*ho)

  3.5 实例

  ➜金茂大厦

  ➜台北101

  ➜环球金融中心

  ☞连接节点

  ➜上海中心

  ☞8层巨型框架+6道伸臂+核心筒体系

  ☞巨型框架:8根巨柱+8道环带桁架

  ☞方案一:九肢格构式钢骨

  ◆九肢型钢分散布置,需通过缀板连接以协调。但型钢肢数越多,传力越不直接,各肢协同工作的难度越大。

  ◆伸臂只和中间三肢型钢直接连接,需要通过大量的缀板连接后才能把力传递给其他六肢,传力途径不直接。

  ◆型钢间联系很弱,依靠缀板传力在节点区集中处,易产生纵向劈裂破坏和剪切破坏。

  ◆抗震性能不好。

  ☞方案二:‘王’字形实腹式钢骨

  ◆可有效解决协同抗力和剪切破坏两个关键问题。

  ◆钢骨内部形成约束混凝土,提高巨型柱的抗压能力和延性。

  ◆在节点区域与伸臂和环带桁架的连接较方便,伸臂和环带的力可直传递给整个钢骨。

  ◆钢骨可在工厂完成,现场可整体,减少了现场焊接量。

  ☞钢骨与伸臂的连接

  ☞承载力验算

  采用单元法得到SRC巨型柱的空间屈服。将巨型柱的状态和空间屈服曲面绘制在同一内力坐标下,进行比较,当荷载对应的空间点落在空间屈服曲面内时,则可以判定该构件满足承载力要求。

  ☞延性分析

  ☞钢骨吊装

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