多高层建筑结构第十章

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 。 设置加强层、水平环带、巨型斜向支撑等。
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施工方面

核心筒应超前外钢框架施工 。 一般高层建筑超4～8层，超高
层建筑可超8～15层。
刚性节点先铰接后刚接 ，保证施 工期间构件竖向自由变形。 加强标高测量控制和楼面找平。 调整钢柱的下料长度 。
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4、钢管混凝土柱
（1）钢管的直径不宜小于400mm，壁厚不宜小于8mm。 （2）钢管壁厚与外径的比值D/t宜在 （20～100） fy为钢材的屈服强度。 （3）圆钢管混凝土柱的套箍指标 faAa/fcAc 不应小于0.5，也 不宜大于2.5。 （4）柱的长细比不宜大于80。 （5）轴向压力偏心率 e0/rc 不宜大于1.0。 （6）矩形钢管柱的短边尺寸不宜小于400mm，壁厚不宜小 于8mm，截面高宽比不宜大于2。
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减少竖向变形差的措施：
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
养护方法。 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
徐变和收缩。
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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 能相等或接近 ，控制竖向构件的轴压比 。 适当增大竖向构件的配筋率 ，且相邻竖向构件的配筋率应 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 。
第10章 高层混合结构设计
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10.1 高层混合结构的形式及特点
1、高层混合结构的形式
由外围钢框架或型钢混凝土、钢管混凝土框架与钢 筋混凝土核心筒所组成的框架-核心筒结构，以及 由外围钢框筒或型钢混凝土、钢管混凝土框筒与钢 筋混凝土核心筒所组成的筒中筒结构，称为高层混 合结构。如：
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国外应用情况：
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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[3]
指 标 结构 自重 施工 工期 建筑使 用空间 用钢量 项 目 高层混 合结构 66434 1.28 100 322 1 1730 3.3 133 69 64 钢结构 54626 1.05 82 242 0.75 1320 2.5 165 141 24 钢筋混凝 土结构 94111 1.80 1.42 434 1.47 4700 9.0 － － －
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5、钢梁或型钢混凝土梁与筒体的连接
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6、改善混凝土筒体延性的措施
（1）加强角部配筋。 （2）减小剪应力水平。 （3）连梁采用交叉配筋。 （4）采用带`竖缝剪力墙。 （5）在连梁中设置水平缝。 （6）筒体剪力墙的开洞位置尽可能对称。 （7）采用钢板剪力墙。
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钢梁 钢 柱 钢筋混 凝土筒
钢 柱 钢梁 钢筋混凝土筒
结构变形
结构因竖向变形产生的内力
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10.2 高层混合结构的布置
1、一般原则
（1）平面宜简单、规则、对称，宜采用方形、矩形、 多边形、圆形等规则平面。 （2）外围钢框架柱采用H形截面时，宜将柱截面强轴 方向布置在外围筒体平面内，角柱宜采用十字形、 方形或圆形截面。楼盖主梁不宜搁置在核心筒或 内筒的连梁上。 （3）竖向刚度宜均匀变化。 （4）外围框架平面内梁柱应采用刚性连接，楼面梁与 核心筒及外围框架可采用刚接或铰接。 （5）抗侧刚度不足时，可设置加强层、水平环带等。
1、弹性分析时，宜考虑钢梁与混凝土楼板的共同作用， 梁的刚度可取钢梁刚度的1.5~2.0倍。 2、型钢混凝土构件、钢管混凝土柱的刚度可按下列公式 计算： EI = EcIc + EaIa EA = EcAc + EaAa GA = GcAc + GaAa 3、竖向荷载作用计算时，宜考虑竖向变形差的影响。 4、多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04，风荷载作用下 的阻尼比可取为0.02~0.04。 5、设置伸臂横架的楼层以及楼板开大洞的楼层应考虑楼 板平面内变形的影响。
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国内应用情况：
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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上海环球金融中心
上海金茂大厦
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巨型 柱 带状 桁架
巨型斜 撑
三层楼高 的外伸桁 架 核心筒
混凝土 周边墙
巨型柱
上海环球金融中心结构示意图
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上海环球金融中心伸臂桁架及水平环带图
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2、最大适用高度
最大适用高度（m)
结构体系 非抗震
抗震设防烈度
8度 6度 7度 9度 70 70 80 90
设计
钢框架-钢筋混凝土核心筒 框架-核心筒 型钢（钢管）混凝土框架-钢 筋混凝土核心筒 钢外筒-钢筋混凝土核心筒 筒中筒 型钢（钢管）混凝土外筒-钢 筋混凝土核心筒 210 240 280 300
注：钢结构抗震等级，抗震设防烈度为6、7、8、9度时应分别取四、三、二、一级。
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2、构件承载能力调整系数取值
型钢（钢管）混凝土构件承载力抗震调整系数
正截面承载力 斜截面承载力
型钢混凝土梁
0.75
型钢混凝土柱及钢管混凝土柱
0.80
剪力墙 支撑 各类构件及节点
0.85 0.80 0.85
钢构件承载力抗震调整系数
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3、型钢混凝土梁柱节点
（1）型钢柱在梁水平翼缘处应设置加劲肋，其构造不应 影响混凝土浇筑密实。 （2）箍筋间距不宜大于柱端加密区的1.5倍，直径不宜小 于柱端箍筋加密区箍筋直径。 （3）梁中钢筋穿过节点时，不宜穿过柱型钢翼缘；需穿 过柱腹板时，柱腹板截面损失率不宜大于25%，否 则需补强加固。
强度破坏（梁、柱、支撑、节点板件、螺栓、焊缝）
0.75
屈曲稳定（柱、支撑）
0.80
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3、型钢混凝土柱的轴压比
µ ＝N/(fcA＋faAa) N
型钢混凝土柱轴压比限值 抗震等级 轴压比限值 一 0.70 二 0.80 三 0.90
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4、型钢钢板可不作稳定验算的宽厚比
型钢板件宽厚比限值
钢号 b/tf Q235 Q345 Q390 23 19 18 梁 Hw/tw 107 91 83 柱 H、十、T形截面 b/tf 23 19 18 Hw/tw 96 81 75 箱形截面 Hw/tw 72 61 56
（1）钢筋混凝土核心筒承担了绝大部分的剪力，但核心筒 的弹性极限变形能力小，易开裂，开裂后内力会向钢 框架转移，要防止钢框架较早发生破坏。 （2）楼面梁与外框架和核心筒连接应牢靠，保证钢框架与 混凝土核心筒能协同工作。 （3）由于混凝土收缩、徐变的影响，混凝土核心筒与钢框 架之间会产生竖向变形差，使内力向钢框架转移，有 可能导致钢框架较早发生破坏。
总重量/t 每平方米结构重量/(t/m2) 百分率(%) 上部结构工期/d 比率 结构面积/m2 结构面积/总面积量(%) 总用钢量/(kg/m2) 型钢用量/(kg/m2) 钢筋用量/(kg/m2)
施工 技术
节点焊接量(%) 高强螺栓量(%)
100 100
250 200
－ －
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2、高层混合结构的受力特点
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广州电视塔
塔顶高450m，天 线顶高610m。
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广州西塔
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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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。
0.2g 0.3g
200 160 120 100 220 190 150 130 260 210 160 140 280 230 170 150
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3、房屋高宽比限值
房屋高宽比限值
结构体系 非抗震设计
框架-核心筒 筒中筒
8 8
6度、7度 7 8
抗震设防烈度 8度 6 7
9度 4 5
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10.3 内力与变形计算的一般方法
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10.7 主要构造措施
1、型钢混凝土梁
（1）混凝土粗骨料粒径不宜大于25mm。 （2）最小配筋率不宜小于0.30%。 （3）型钢的混凝土保护层厚度不宜小于100mm。 （4）纵向受力钢筋宜采用机械连接。 （5）箍筋的直径和间距应符合下表要求：
抗震等级 一 二 三 四` 箍筋直径 ≥12 ≥10 ≥10 ≥8 非加密区箍筋间距 ≤180 ≤200 ≤250 250 加密区箍筋间距 ≤120 ≤150 ≤180 200
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10.4 结构刚度对受力性能的影响
1、适当增加钢框架的刚度可有效地增大钢框架 承受的弯矩和剪力，使内力的分布更均匀， 并可减小结构的侧移。
2、加强层可明显减小柱的轴力，加强层的位置 对内力和变形有较大影响，加强层的数量宜 适当。结构的内力和变形在加强层处发生突 变。
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3、高层混合结构在竖向荷载作用下，随着钢框 架与混凝土筒体的刚度比增加，钢框架承担 的轴力将加大。 4、加强层的设置可增加钢框架与核心筒的协同 工作性能，但将使加强层及其附近楼层的内 力发生突变。设计时应对加强层相连的构件 予以加强。
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5、增加楼板厚度有利于钢框架与混凝土核心筒的 协同工作。增加楼板厚度可减小增大结构刚度， 减小结构低阶自振周期，增加结构高阶自振周 期。增加楼板厚度可减小结构侧向变形。增加 楼板厚度可减小结构的剪力滞后效应。
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10.5 高层混合结构的竖向变形 差问题
产生竖向变形差的因素：
●荷载作用下，墙、柱等竖向构件的轴向应力不 可能相等，各竖向构件中的压缩量不等，因此， 各竖向构件之间会出现竖向变形差。 ● 在荷载保持不变的情况下，由于混凝土的收缩、 徐变特性，混凝土核心筒的竖向变形会继续加大， 但钢材无收缩、徐变，钢框架的竖向变形不会随 着时间的推移而加大，也会产生竖向变形差。 ● 温度变化也会使竖向构件产生竖向变形差。
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正在施工中的上海 环球金融中心大厦
正在施工中的 广州电视塔
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10.6 截面设计方法
1、结构抗震等级
结构类型 房屋高度（m） 钢框架-混凝土核心筒 混凝土核心筒 混凝土核心筒 型钢（钢管）混凝土框 型钢（钢管）混 架-混凝土核心筒 凝土框架 房屋高度（m） 钢框架-混凝土核心筒 混凝土核心筒 混凝土核心筒 型钢（钢管）混凝土框 型钢（钢管）混 架-混凝土核心筒 凝土框架 6度 ≤150 ＞150 二 一 二 二 三 ≤180 二 二 三 二 ＞180 一 二 二 抗震设防烈度 7度 8度 ≤130 ＞130 ≤100 ＞100 一 特一 一 特一 二 一 一 特一 二 ≤150 一 二 二 一 ＞150 特一 一 一 一 ≤120 一 一 一 一 ＞120 特一 特一 一 9度 ≤70 特一 特一 一 ≤90 特一 特一 一
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2、型钢混凝土柱
（1）长细比不宜大于80。 （2）混凝土粗骨料粒径不宜大于25mm。 （3）型钢含钢率不宜小于4%。 （4）纵向受力钢筋不宜大于300mm，直径不应小于 14mm。 （5）箍筋的直径和间距应符合下表要求：
抗震等级 一 二 三 箍筋直径 ≥12 ≥10 ≥8 非加密区箍筋间距 ≤150 ≤200 ≤200 加密区箍筋间距 ≤100 ≤100 ≤150
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。