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      超高層建筑的關鍵構件與節點設計“大匯總”

      來源:筑龍論壇  作者:編輯  日期:2019-4-24
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          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。

        本篇文章內容由[中國幕墻網]編輯部整理發布:

        一、結構高寬比

        1.1概念

        ☞關于結構整體高寬比的討論:

        ☞高度和高寬比是超高層(詞條“超高層”由行業大百科提供)結構設計(詞條“結構設計”由行業大百科提供)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(詞條“變形”由行業大百科提供)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(詞條“剪力”由行業大百科提供)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(詞條“超高層建筑”由行業大百科提供)高寬比

        二、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。

        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。

        ☞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

        ☞伸臂桁架結構形式比較

        ☞伸臂桁架結構形式比較

        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

        ☞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。

        ◆方式2:伸臂桁架側方(H型),采用雙板在墻體內與鋼骨連接。

        ☞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。

        ◆方式2:伸臂桁架側方(H型),采用雙板與柱體內鋼骨連接。

        三、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(詞條“構件”由行業大百科提供);

        ☞主要承擔外筒重力荷載(詞條“荷載”由行業大百科提供)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。

        ☞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%

        3.2形式

        ☞目前常用的兩種構件形式:

        ◆1、SRC(詞條“SRC”由行業大百科提供)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。

        ☞巨型鋼管混凝土柱

        3.3受力性態(上海中心為例)

        ☞單工況作用下的軸力

        ☞小震組合——通高小偏心受壓

        ☞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。

        ☞大震組合——通高-小偏心受拉

        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(詞條“桿件”由行業大百科提供)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

        ➜臺北101

        ➜環球金融中心

        ☞連接節點

        ➜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

        ☞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。

        ☞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。

        ☞鋼骨與伸臂的連接

        ☞承載力驗算

        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。

        ☞延性分析

        ☞鋼骨吊裝

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      原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-4-24/45930-1.htm
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