高层建筑结构设计第10章

高层建筑结构设计（第二版）•钱稼茹赵作周叶列平编著第10章高层建筑混合结构设计简介10.1概述10.2钢骨混凝土构件设计10.3圆钢管混凝土柱设计10.4钢-混凝土组合梁板设计第10章高层建筑混合结构设计简介10.1概述10.1.1组合结构构件类型1.钢骨混凝土构件钢骨混凝土构件是指在钢骨周围配置钢筋并浇筑混凝土的结构构件，简称SRC（SteelReinforcedConcrete）构件。图10-1钢骨混凝土梁、柱10.1概述10.1.1组合结构构件类型1.钢骨混凝土构件图10-2上海中心大厦钢骨混凝土巨柱截面图10-3钢骨混凝土剪力墙和钢骨混凝土筒(a)无端柱钢骨混凝土剪力墙;(b)有端柱钢骨混凝土剪力墙;(c)钢骨混凝土筒10.1概述10.1.1组合结构构件类型2.钢管混凝土构件3.钢板混凝土剪力墙钢管混凝土构件是指在钢管内填充混凝土的结构构件，简称CFST（ConcreteFilledSteelTube）。图10-4钢管混凝土截面(a)圆钢管混凝土;(b)方钢管混凝土;(c)钢管混凝土组合柱图10-5钢板混凝土剪力墙(a)单钢板混凝土剪力墙;(b)双钢板混凝土剪力墙10.1概述10.1.1组合结构构件类型4.钢-混凝土组合楼盖钢-混凝土组合楼盖分为：钢-混凝土组合楼盖和压型钢板-混凝土组合楼盖，两种组合构件也可复合使用。钢-混凝土组合楼盖的优点：钢-混凝土组合楼盖是利用钢梁承受截面弯矩产生的拉应力，混凝土承受压应力，使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度得到充分利用。钢-混凝土组合楼盖可减轻楼板结构重量，增大梁的跨度。钢梁可承担施工荷载，而压型钢板可作为楼板混凝土的模板，加快施工进度。图10-6钢-混凝土组合楼盖第10章高层建筑混合结构设计简介10.1概述10.1.2混合结构体系按抗侧力体系来分，一般有：混合框架结构、混合框架-钢筋（或钢骨）混凝土剪力墙（筒体）结构、钢框架-钢筋（或钢骨）混凝土剪力墙（筒体）结构、混合筒中筒结构。高层建筑混合结构的类型及其最大适用高度(m)表10-110.1概述10.1.2混合结构体系高层建筑混合结构的类型及其最大适用高度(m)表10-1续表10.1概述10.1.2混合结构体系混合框架：钢梁-钢骨（钢管）混凝土柱框架、钢骨混凝土梁-钢骨混凝土柱框架、钢梁-钢筋混凝土柱框架。混合框架梁柱连接的可能性表10-2组合剪力墙或组合筒体：钢骨混凝土剪力墙、钢板混凝土剪力墙、钢骨混凝土筒体。10.1概述10.1.2混合结构体系混合结构：由混合框架（或钢框架）与组合剪力墙或筒体构成的高层建筑结构体系，统称为混合结构。图10-7钢框架-混凝土核心筒结构图10-8钢骨混凝土框筒-钢筋混凝土核心筒结构10.1概述10.1.2混合结构体系高层建筑结构下部构件受力较大，采用承载力和刚度大的钢骨混凝土柱或钢管混凝土柱，上部结构采用钢筋混凝土柱，通过过渡层使上下层构件的受力平顺传递，并避免上下层刚度显著突变。柱沿竖向变化的可能性表10-3图10-9下部钢骨混凝土柱(或钢筋混凝土柱),上部钢柱混合结构第10章高层建筑混合结构设计简介10.1概述10.1.3高层建筑混合结构的有关设计规定对于框架-核心筒混合结构，若框架的抗侧刚度比核心筒的抗侧刚度小很多，框架不能承担足够大的水平地震力，无法起到第二道抗震防线的作用，这种情况下，称为“非双重结构体系”，全部水平地震剪力由核心筒承担；当框架具有足够大刚度时，框架与核心筒共同承担水平地震剪力，称为“双重结构体系《混合结构规程》规定：高层建筑混合结构框架部分的最小地震层剪力标准值应满足式（10-1），式中框架部分的地震层剪力分担率β的最小值按表10-4取值；框架部分的最小地震层剪力也不应小于按结构整体分析得到的框架部分的地震层剪力。ii(10-1)fVβV　　框架部分层剪力分担率β的最小值表10-410.1概述10.1.3高层建筑混合结构的有关设计规定高层建筑混合结构的抗震等级表10-510.1概述10.1.3高层建筑混合结构的有关设计规定高层建筑混合结构的抗震等级表10-5续表10.1概述10.1.3高层建筑混合结构的有关设计规定弹性层间位移角限值表10-6罕遇地震作用下高层建筑混合结构的弹塑性层间位移角，混合框架结构不应大于1/50，其余结构不应大于1/100第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求图10-10钢骨混凝土梁柱截面形式及其箍筋弯钩构造(a)、(b)、(c)钢骨混凝土梁;(d)、(e)钢骨混凝土柱dv—箍筋直径10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求1.截面构造及纵筋配置图10-11钢骨混凝土梁、柱截面构造要求(a)钢骨混凝土梁;(b)钢骨混凝土柱图10-12钢骨混凝土梁纵向构造钢筋间距10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求2.箍筋配置（1）钢骨混凝土梁的箍筋配置（2）钢骨混凝土柱的箍筋配置SRC梁箍筋直径和间距的要求表10-7SRC柱箍筋加密区的最小体积配箍率表10-810.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求2.箍筋配置（2）钢骨混凝土柱的箍筋配置SRC柱箍筋直径和间距要求表10-9图10-13钢骨混凝土柱箍筋构造箍筋无支长度（即纵筋间距，见图10-13）不宜大于200mm（一级抗震）、250mm（二、三级抗震）、300mm（四级抗震和非抗震结构）。10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求2.箍筋配置（3）箍筋弯钩图10-10钢骨混凝土梁柱截面形式及其箍筋弯钩构造(a)、(b)、(c)钢骨混凝土梁;(d)、(e)钢骨混凝土柱dv—箍筋直径10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求3.钢骨含钢率及钢骨板材钢骨混凝土梁、柱及钢骨混凝土剪力墙（筒体）边缘构件(1)非抗震和三、四级抗震结构，不小于2%(2)一、二级抗震结构，不小于4%(3)特一级抗震结构，不小于6%(4)含钢率不宜大于15%钢骨板材的宽厚比限值表10-10图10-14表10-10中符号的含义10.2钢骨混凝土构件设计10.2.1一般规定和要求3.钢骨含钢率及钢骨混凝土梁、柱的钢骨一般可不设抗剪连接件，但在过渡层、过渡段、钢骨与混凝土间传力较大部位以及计算需要在钢骨上设置抗剪连接件时，宜采用栓钉作为抗剪连接件（图10-15）。图10-15柱中钢骨栓钉设置要求第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.2钢骨混凝土构件的受力性能和特点图10-16SRC构件受剪粘结破坏(a)SRC梁;(b)SRC柱图10-17钢骨混凝土与钢筋混凝土框架柱受剪滞回性能对比(a)钢骨混凝土框架柱;(b)钢筋混凝土框架柱第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.3钢骨混凝土梁、柱正截面承载力计算1.承载力叠加法基本公式2.钢骨混凝土梁正截面承载力计算ssrcyussreyu+10-2+10-3NNNMMM（）（）M(10-4)rcssuyMM　　1[](10-5b)γssbyssssyREMWf　　s(10-5a)ssbyssssyMWf　　持久、短暂设计状况地震设计状况(1)除顶层和轴压比小于0.15者外，一、二、三级框架柱和中间层框支柱：(2)特一级和9度时的框架柱、框支柱，以及一级框架结构的框架柱：(3)特一、一、二、三级框架，以及框支柱的底层柱下端截面、和转换层相连的框支柱上端截面，其弯矩设计值应分别乘以《抗震规范》规定的增大系数。底层柱纵向钢筋宜按柱上、下端的不利情况配置(4)非抗震结构、不需进行抗震验算结构和四级抗震结构中框架柱上、下端截面的弯矩设计值取组合的弯矩值。(5)对于角柱，其弯矩设计值应按以上各计算值再乘以不小于1.1的增大系数。10.2钢骨混凝土构件设计10.2.3钢骨混凝土梁、柱正截面承载力计算3.钢骨混凝土柱弯矩设计值cbua=1.210-7MM（）ccb=10-6MM（）10.2钢骨混凝土构件设计10.2.3钢骨混凝土梁、柱正截面承载力计算4.钢骨混凝土柱正截面承载力计算sscbssc00bssssc0c-=10-8-=-10-9NNNNNNNNN（）（）图10-18对称配筋SRC截面(a)绕强轴弯曲工字形钢骨;(b)绕弱轴弯曲工字形钢骨;(c)十字形钢骨;(d)箱形钢骨10.2钢骨混凝土构件设计10.2.3钢骨混凝土梁、柱正截面承载力计算4.钢骨混凝土柱正截面承载力计算钢骨部分承担的轴力和弯矩设计值按下式确定：00N1-(10-10)NmsscysssscyysscMMb　　钢骨弯矩钢骨轴力bc0u0b-(10-10a)-sssscyNNNNNN　　钢筋混凝土部分承担的轴力和弯矩：rcssccyrcssccy=-(1011)=-NNNMMMNsscy-Msscy相关曲线形状系数m表10-11第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.4钢骨混凝土梁柱及核心区斜截面受剪承载力计算1.最小截面尺寸钢骨混凝土梁柱cbb00.410-12aVfbh（）cbb0RE1[0.32]10-12bVfbh（）持久、短暂设计状况地震设计状况2.框架梁的剪力设计值混凝土部分持久、短暂设计状况地震设计状况rcucbb00.2510-13aVfbh（）rcucbb0RE1[0.20]10-13bVfbh（）rbbbvbGbn=+10-14lMMVVl（）10.2钢骨混凝土构件设计10.2.4钢骨混凝土梁柱及核心区斜截面受剪承载力计算3.框架柱的剪力设计值一、二、三级框架柱和框支柱的柱端箍筋加密区的剪力设计值：tbcccvcn=10-15MMVH（）一级和9度框架柱、框支柱柱端箍筋加密区：tbcuacuan=1.210-16MMVH（）4.受剪承载力计算rcssuyssyssvww+10-17=10-18VVVVfth（）（）5.梁柱节点核心区受剪计算钢骨混凝土梁柱节点核心区受剪承载力的计算也同样采用叠加法，即由钢筋混凝土的受剪承载力和钢骨腹板的受剪承载力叠加，具体计算公式见《钢骨规程》。第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.5钢骨混凝土柱的轴压力限值图10-19定值轴力下钢骨混凝土构件的弯矩-曲率关系(Af)(10-19)cssssNnfA　　钢骨混凝土柱轴压力限值系数n表10-12第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.6钢骨混凝土柱的二阶效应2-40iccb0b07-6=1+1.251010-20a/-=10-20b=1.3-0.026/(10-20c)lehhNNNNlh（）（）（）10.2.7钢骨混凝土柱脚图10-20钢骨混凝土柱脚(a)非埋入式柱脚;(b)埋入式柱脚10.2钢骨混凝土构件设计10.2.7钢骨混凝土柱脚图10-21埋入式柱脚的内力传递(a)埋深较大时;(b)埋深较浅时图10-22柱脚钢骨栓钉布置(a)非埋入式;(b)埋入式第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10.2.8梁柱连接1.钢骨混凝土梁柱连接图10-23梁柱钢骨的连接形式(1)水平加劲肋形式(图10-23a)：应力传递平顺合理，是常用的钢骨连接形式，但由于有水平加劲肋的存在，混凝土浇筑有一些困难。(2)水平三角加劲肋形式(图10-23b、c)：改善了图(a)形式的混凝土浇筑条件，但应力传递性能比图(a)差。三角加劲肋使柱腹板产生比较大的应(3)垂直加劲肋形式(图10-23d、e)：混凝土易于浇筑，但梁翼缘的应力通过柱翼缘和垂直加劲肋(4)梁翼缘贯通形式(图10-23f)：将柱翼缘切断后焊在贯通的梁翼缘上，其传力性能和(图10-23a)大致相同，应力传递没有什么问题，但混凝土浇10.2钢骨混凝土构件设计10.2.8梁柱连接2.钢筋混凝土梁-钢骨混凝土柱连接图10-24钢筋混凝土梁与钢骨混凝土柱连接第10章高层建筑混合结构设计简介10.2钢骨混凝土构件设计10