高层混合结构设计与施工

现场模型照片
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位移传感器
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法国 Anaconda Tower，40层。
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美国芝加哥拟建的米格林-拜特勒大厦，483m。
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国内：
研究工作开始于上世纪80年代。 工程应用开始于上世纪90年代。代表性建筑有：
●北京香格里拉饭店，82.75m ●上海希尔顿酒店，143.6m ●大连远洋大厦，200.8m ●深圳赛格广场，291.6m ●上海金茂大厦，418m ●上海环球金融中心大厦，492m
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施工 节点焊接量(%) 技术 高强螺栓量(%)
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三、高层混合结构的工程应用
国外：
研究工作始于上世纪60年代。 工程应用始于上世纪70年代。代表性建筑有：
●美国芝加哥 Gateway Ⅲ Building，36层，137m。 ●法国巴黎 Main Mantparnasse 大楼，64层。 ●英国伦敦 The National West Minster Bank Building . ●捷克 Guezla大楼，36层。 ●日本神奈县海老名塔楼，25层。 ●新加坡 Overseas Union Building ，64层。
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五、高层混合结构的抗震性能
我国的部分试验研究：
●龚炳年等：23层混合结构模型动力特性试验。 ●李国强等：25层沪东造船厂综合技术中心大楼
结构模型振动台试验。 ●吕西林等：60层上海世茂国际广场大厦、31层
北京LG大厦结构模型振动台试验。 ●徐培福等：30层型钢框架-核心筒结构模型拟静
力试验。 ●我们：层模型低周反复荷载试验和13层框支框
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位移/mm
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分缝墙钢筋混凝土柱荷载-位移滞回曲线
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位移/mm
不分缝墙型钢柱荷载-位移滞回曲线
精品分缝墙型钢柱荷载-位移滞回曲线 26
荷载/kN 荷载/kN
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高层混合结构设计与施工
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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 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。
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二、高层混合结构的特点
抗侧刚度比钢结构大，变形比钢结构小； 用钢量比钢结构省，造价比钢结构低； 结构的耐久性和耐火性比钢结构好； 延性比混凝土结构好，自重比混凝土结构轻； 施工速度比混凝土结构快； 结构所占面积比混凝土结构少。
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/kN 荷载/kN
荷载/kN
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不分缝墙钢筋混凝土柱荷载-位移滞回曲线
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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：
1994年3月27日，美国阿拉斯加大地震（8.3-8.6级）中 ，多栋6-14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。
1995年1月17日，日本阪神地震（7.2级）中，多栋611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。
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上海静安希尔顿酒店方案比较[3]：
43层， 143.6m高。
钢筋混凝土 核心筒，外
钢框架结构。
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上海静安希尔顿酒店三种结构方案技术经济分析
指标
项目
高层混 钢结构 钢筋混凝
合结构
土结构
结构 自重
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
总重量/t 每平方米结构重量/(t/m2) 百分率(%)
66434 1.28 100
54626 1.05 82
因此，他们认为高层混合结构房屋的高度不宜超过150m。
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2、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
钢梁
钢 柱
钢筋混 凝土筒
结构变形
钢梁
钢 钢柱 柱
钢筋混 凝土筒
结构因竖向变形产生的内力
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3、钢框架与核心筒的协同工作问题
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 工作是一个问题。
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位移/mm
不分缝墙劲性混凝土柱荷载-位移滞回曲线 分缝墙劲性混凝土柱荷载-位移滞回曲线
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试验结果表明：
（1）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
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
充分的利用。
（3）剪力墙分缝对结构的延性有明显的改
善。
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2、外框支框筒-内核心筒高层混合结构 模型的拟动力试验
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5~13层层 高300mm
1~4层 层 高450mm
主体结构为13 层组合筒中筒 结构模型，模 型的缩比为 1/10（平面尺 寸1800×1800， 高4750）
架-核心筒模型拟动力试验。
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1、高层混合结构层平面模型低 周反复荷载试验
墙为钢筋混凝土 墙；柱分钢筋混 凝土柱、型钢柱 和型钢混凝土柱 三种类型，每种 类型2个试件,共 6个试件。
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层模型加载装置
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层模型实验室加载情况
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层模型不分缝剪力墙破坏情况
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层模型分缝剪力墙破坏情况
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上海环球金融中心
上海金茂大厦
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上海金茂大厦平面图和剖面图
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新型高层混合结构：
塔顶高450m，天
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线顶高610m。 15
地上103层， 高432m，外 筒为钢网筒结 构，内筒为混 凝土结构。总 用钢量约4万 吨。
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四、高层混合结构设计时需要 重视的问题
1、抗震性能问题
94111 1.80 1.42
施工 上部结构工期/d 工期 比率
322
242
1
0.75
434 1.47
建筑使 结构面积/m2 用空间 结构面积/总面积量(%)
1730 3.3
1320 2.5
4700 9.0
用钢量
总用钢量/(kg/m2) 型钢用量/(kg/m2) 钢筋用量/(kg/m2)
133 165