高層溷合結構設計與施工1004[共100頁]

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1、1 高層混合結構設計與高層混合結構設計與施工施工湖南大學湖南大學 沈蒲生沈蒲生2一、高層混合結構的定義一、高層混合結構的定義 高層混合結構是指由鋼框架或型鋼高層混合結構是指由鋼框架或型鋼混凝土框架與鋼筋混凝土筒體（或剪混凝土框架與鋼筋混凝土筒體（或剪力墻）所組成的高層建筑結構。力墻）所組成的高層建筑結構。3 4 56二、高層混合結構的特點二、高層混合結構的特點n抗側剛度比鋼結構大，變形比鋼結構小；抗側剛度比鋼結構大，變形比鋼結構?。籲用鋼量比鋼結構省，造價比鋼結構低；用鋼量比鋼結構省，造價比鋼結構低；n結構的耐久性和耐火性比鋼結構好；結構的耐久性和耐火性比鋼結構好；n延性比混凝土結構好，自重比

2、混凝土結構輕；延性比混凝土結構好，自重比混凝土結構輕；n施工速度比混凝土結構快；施工速度比混凝土結構快；n結構所占面積比混凝土結構少。結構所占面積比混凝土結構少。上海靜安希爾頓酒店方案比較上海靜安希爾頓酒店方案比較3：43層，層，143.6m高。高。鋼筋混凝土鋼筋混凝土 核心筒，外核心筒，外 鋼框架結構。鋼框架結構。78 指指 標標 項項 目目高層混高層混合結構合結構鋼結構鋼結構鋼筋混凝鋼筋混凝土結構土結構 結構結構 自重自重總重量總重量/t每平方米結構重量每平方米結構重量/(t/m2)百分率百分率(%)66434 1.28 10054626 1.05 82 94111 1.80 1.42 施

3、工施工 工期工期上部結構工期上部結構工期/d比率比率 322 1 2420.75 434 1.47建筑使建筑使用空間用空間結構面積結構面積/m2結構面積結構面積/總面積量總面積量(%)1730 3.3 1320 2.5 4700 9.0用鋼量用鋼量總用鋼量總用鋼量/(kg/m2)型鋼用量型鋼用量/(kg/m2)鋼筋用量鋼筋用量/(kg/m2)133 69 64 165 141 24 施工施工 技術技術節(jié)點焊接量節(jié)點焊接量(%)高強螺栓量高強螺栓量(%)100 100 250 200 上海靜安希爾頓酒店三種結構方案技術經(jīng)濟分析上海靜安希爾頓酒店三種結構方案技術經(jīng)濟分析9三、高層混合結構的工程應用

4、三、高層混合結構的工程應用 國外：國外：研究工作始于上世紀研究工作始于上世紀60年代。年代。工程應用始于上世紀工程應用始于上世紀70年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有：美國芝加哥美國芝加哥 Gateway Building，36層，層，137m。法國巴黎法國巴黎 Main Mantparnasse 大樓，大樓，64層。層。英國倫敦英國倫敦 The National West Minster Bank Building.捷克捷克 Guezla大樓，大樓，36層。層。日本神奈縣海老名塔樓，日本神奈縣海老名塔樓，25層。層。新加坡新加坡 Overseas Union Building，64層。層

5、。法國法國 Anaconda Tower，40層。層。10美國芝加哥擬建的米格林美國芝加哥擬建的米格林-拜特勒大廈，拜特勒大廈，483m。1112 國內：國內：研究工作開始于上世紀研究工作開始于上世紀80年代。年代。工程應用開始于上世紀工程應用開始于上世紀90年代。代表性建筑有：年代。代表性建筑有：北京香格里拉飯店，北京香格里拉飯店，82.75m 上海希爾頓酒店，上海希爾頓酒店，143.6m 大連遠洋大廈，大連遠洋大廈，200.8m 深圳賽格廣場，深圳賽格廣場，291.6m 上海金茂大廈，上海金茂大廈，418m 上海環(huán)球金融中心大廈，上海環(huán)球金融中心大廈，492m13上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金

6、融中心上海金茂大廈上海金茂大廈上海金茂大廈平面圖和剖面圖上海金茂大廈平面圖和剖面圖1415塔頂高塔頂高450m，天，天線頂高線頂高610m。新型高層混合結構：新型高層混合結構：16地上地上103層，層，高高432m，外，外筒為鋼網(wǎng)筒結筒為鋼網(wǎng)筒結構，內筒為混構，內筒為混凝土結構?？偰两Y構?？傆娩摿考s用鋼量約4萬萬噸。噸。四、高層混合結構設計時需要四、高層混合結構設計時需要 重視的問題重視的問題 1、抗震性能問題、抗震性能問題 高層混合結構在意大利有成功的經(jīng)驗，但是，在美國和日高層混合結構在意大利有成功的經(jīng)驗，但是，在美國和日本的大地震中有損傷和破壞的紀錄，如：本的大地震中有損傷和破壞的紀錄，

7、如：1994年年3月月27日，美國阿拉斯加大地震（日，美國阿拉斯加大地震（8.3-8.6級）中級）中，多棟，多棟6-14層房屋出現(xiàn)混凝土局部壓碎，個別柱箍筋拉層房屋出現(xiàn)混凝土局部壓碎，個別柱箍筋拉斷，主筋和型鋼屈曲，型鋼外鼓等現(xiàn)象。斷，主筋和型鋼屈曲，型鋼外鼓等現(xiàn)象。1995年年1月月17日，日本阪神地震（日，日本阪神地震（7.2級）中，多棟級）中，多棟6-11層的混合結構房屋的格構式型鋼混凝土柱的型鋼骨架層的混合結構房屋的格構式型鋼混凝土柱的型鋼骨架發(fā)生變形和外鼓等現(xiàn)象。發(fā)生變形和外鼓等現(xiàn)象。因此，他們認為高層混合結構房屋的高度不宜超過因此，他們認為高層混合結構房屋的高度不宜超過150m。1

8、7182 2、由于荷載和混凝土收縮徐變等因、由于荷載和混凝土收縮徐變等因 素影響產(chǎn)生的豎向變形差問題素影響產(chǎn)生的豎向變形差問題鋼柱鋼鋼柱柱鋼筋混鋼筋混凝土筒凝土筒鋼梁鋼梁結構變形結構變形鋼鋼柱柱鋼筋混鋼筋混凝土筒凝土筒鋼梁鋼梁結構因豎向變形產(chǎn)生的內力結構因豎向變形產(chǎn)生的內力19 鋼框架與鋼筋混凝土核心筒的質量、鋼框架與鋼筋混凝土核心筒的質量、剛度差別很大，自振周期不同，協(xié)同剛度差別很大，自振周期不同，協(xié)同 工作是一個問題。工作是一個問題。3、鋼框架與核心筒的協(xié)同工作問題、鋼框架與核心筒的協(xié)同工作問題20五、高層混合結構的抗震性能五、高層混合結構的抗震性能我國的部分試驗研究：我國的部分試驗研究：

9、龔炳年等：龔炳年等：23層混合結構模型動力特性試驗。層混合結構模型動力特性試驗。李國強等：李國強等：25層滬東造船廠綜合技術中心大樓層滬東造船廠綜合技術中心大樓結構模型振動臺試驗。結構模型振動臺試驗。呂西林等：呂西林等：60層上海世茂國際廣場大廈、層上海世茂國際廣場大廈、31層層北京北京LG大廈結構模型振動臺試驗。大廈結構模型振動臺試驗。徐培福等：徐培福等：30層型鋼框架層型鋼框架-核心筒結構模型擬靜核心筒結構模型擬靜力試驗。力試驗。我們：層模型低周反復荷載試驗和我們：層模型低周反復荷載試驗和13層框支框層框支框架架-核心筒模型擬動力試驗。核心筒模型擬動力試驗。211、高層混合結構層平面模型低

10、高層混合結構層平面模型低 周反復荷載試驗周反復荷載試驗墻為鋼筋混凝土墻為鋼筋混凝土墻；柱分鋼筋混墻；柱分鋼筋混凝土柱、型鋼柱凝土柱、型鋼柱和型鋼混凝土柱和型鋼混凝土柱三種類型，每種三種類型，每種類型類型2個試件個試件,共共6個試件。個試件。22 層模型加載裝置層模型加載裝置23層模型實驗室加載情況層模型實驗室加載情況24層模型不分縫剪力墻破壞情況層模型不分縫剪力墻破壞情況25層模型分縫剪力墻破壞情況層模型分縫剪力墻破壞情況26-30-20-100102030-300-200-1000100200300荷載/kN位移/mm-20-15-10-50510152025-300-200-1000100

11、200300荷載/kN位移/mm-15-10-50510152025-200-1000100200300荷載/kN位移/mm-30-20-100102030-200-150-100-50050100150200250荷載/kN位移/mm不分縫墻鋼筋混凝土柱荷載不分縫墻鋼筋混凝土柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線分縫墻鋼筋混凝土柱荷載分縫墻鋼筋混凝土柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線不分縫墻型鋼柱荷載不分縫墻型鋼柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線分縫墻型鋼柱荷載分縫墻型鋼柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線27-20-15-10-50510152025-300-200-1000100200300荷載/kN

12、位移/mm-40-200204060-200-1000100200300荷載/kN位移/mm不分縫墻勁性混凝土柱荷載不分縫墻勁性混凝土柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線分縫墻勁性混凝土柱荷載分縫墻勁性混凝土柱荷載-位移滯回曲線位移滯回曲線28試驗結果表明：試驗結果表明：（1）所有試件的延性都比較好，滯回曲線比）所有試件的延性都比較好，滯回曲線比 較豐滿?？蚣苤鶠樾弯撝托弯摶炷凛^豐滿。框架柱為型鋼柱和型鋼混凝土 柱時的延性比鋼筋混凝土柱時好。柱時的延性比鋼筋混凝土柱時好。（2）結構破壞時，墻、柱、梁的強度都能較）結構破壞時，墻、柱、梁的強度都能較 充分的利用。充分的利用。（3）剪力墻分縫對結構

13、的延性有明顯的改）剪力墻分縫對結構的延性有明顯的改 善。善。292、外框支框筒、外框支框筒-內核心筒高層混合結構內核心筒高層混合結構模型的擬動力試驗模型的擬動力試驗30513層層高300mm14層 層高450mm現(xiàn)場模型照片現(xiàn)場模型照片31雙向千斤頂位移傳感器恒定豎向荷載位移傳感器位移傳感器雙向千斤頂雙向千斤頂試件加載圖試件加載圖雙向千斤頂位移傳感器恒定豎向荷載位移傳感器位移傳感器雙向千斤頂雙向千斤頂32南西北東模型裂縫圖模型裂縫圖33北三層樓板東西南北北南四層樓板東西五層樓板東南西北六層樓板東南東一層樓板南西北二層樓板東西南南北西十一層樓板東南西北十二層樓板東西南北西北東七層樓板南西北八層樓

14、板東南西北南東九層樓板西北十層樓板東北三層樓板東西南北北南四層樓板東西五層樓板東南西北六層樓板東南東一層樓板南西北二層樓板東西南南北西十一層樓板東南西北十二層樓板東西南北西北東七層樓板南西北八層樓板東南西北南東九層樓板西北十層樓板東北三層樓板東西南北北南四層樓板東西五層樓板東南西北六層樓板東南東一層樓板南西北二層樓板東西南南北西十一層樓板東南西北十二層樓板東西南北西北東七層樓板南西北八層樓板東南西北南東九層樓板西北十層樓板東北三層樓板東西南北北南四層樓板東西五層樓板東南西北六層樓板東南東一層樓板南西北二層樓板東西南南北西十一層樓板東南西北十二層樓板東西南北西北東七層樓板南西北八層樓板東南西北南

15、東九層樓板西北十層樓板東樓面裂縫圖樓面裂縫圖34底層核心筒破壞情況底層核心筒破壞情況第第4層核心筒破壞情況層核心筒破壞情況外框筒第外框筒第9層破壞情況層破壞情況外框筒轉換層破壞情外框筒轉換層破壞情況況350.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6-6-4-20246位移/mm時間/s 第13層位移實測值 第5層位移實測值 第13層位移計算值 第5層位移計算值0.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.6-15-10-5051015位移/mm時間/s 第13層位移實測值 第5層位移實測值 第13層位移計算值 第5層位

16、移計算值g22.0max A第第5、13層位移時程曲線試驗與計算對比層位移時程曲線試驗與計算對比 g62.0max A第第5、13層位移時程曲線試驗與計算對比層位移時程曲線試驗與計算對比 36工況工況1234加速度峰值加速度峰值 0.22g0.40g0.62g1.00g最大層間位移角最大層間位移角 試驗值試驗值1/4811/3281/1721/106最大層間位移角最大層間位移角 計算值計算值 1/5111/3091/1941/101最大層間位移角計算誤差最大層間位移角計算誤差(%)-5.96.1-9.45.0最大頂點相對位移最大頂點相對位移 試驗值試驗值 1/8471/4621/2941/17

17、7最大頂點相對位移最大頂點相對位移 計算值計算值 1/9201/4301/2611/156最大頂點相對位移計算誤差最大頂點相對位移計算誤差(%)-7.97.412.613.5 H/H/層間位移角層間位移角 、頂點最大相對位移、頂點最大相對位移 計算與試驗比較計算與試驗比較 H/37試驗結果表明：試驗結果表明：（1）核心筒是抵抗水平剪力的主要構件。）核心筒是抵抗水平剪力的主要構件。（2）連梁出現(xiàn)交叉裂縫，破壞最明顯。）連梁出現(xiàn)交叉裂縫，破壞最明顯。（3）結構具有良好的抗震性能，）結構具有良好的抗震性能，7度罕遇地震度罕遇地震 時，外框筒基本處于彈性狀態(tài)，時，外框筒基本處于彈性狀態(tài)，8、9度度 罕

18、遇地震時，內、外筒混凝土裂縫開展罕遇地震時，內、外筒混凝土裂縫開展 較嚴重。較嚴重。（4）鋼管混凝土柱承載力高，抗裂性和延性）鋼管混凝土柱承載力高，抗裂性和延性 都很好，直至結構破壞時一直保持完好。都很好，直至結構破壞時一直保持完好。383、滬東造船廠綜合技術中心大樓結、滬東造船廠綜合技術中心大樓結 構模型振動臺試驗構模型振動臺試驗共共25層，振動臺臺面輸入層，振動臺臺面輸入三種地震波：上海市人工三種地震波：上海市人工地震波；地震波；El centro 波；波；San Fernando 波。波。39隨著振型階數(shù)的增加，實測自隨著振型階數(shù)的增加，實測自振頻率加大，阻尼比減少。振頻率加大，阻尼比減

19、少。40試驗結果表明：試驗結果表明：（1）小震階段模型的頂點位移為）小震階段模型的頂點位移為1/600-1/1000，大，大 震階段為震階段為1/45，說明模型有較好的延性。，說明模型有較好的延性。（2）結構破壞主要集中于混凝土核心筒，表現(xiàn)為底層核）結構破壞主要集中于混凝土核心筒，表現(xiàn)為底層核 心筒混凝土受壓破壞、暗柱和角柱縱筋壓屈，而鋼心筒混凝土受壓破壞、暗柱和角柱縱筋壓屈，而鋼 框架處于彈性階段。結構整體破壞屬于彎曲型。框架處于彈性階段。結構整體破壞屬于彎曲型。（3）鋼框架梁與混凝土核心筒連接處受力復雜，預埋件）鋼框架梁與混凝土核心筒連接處受力復雜，預埋件 與混凝土的粘結易遭破壞，核心筒角

20、部節(jié)點區(qū)混凝與混凝土的粘結易遭破壞，核心筒角部節(jié)點區(qū)混凝 土破壞嚴重。土破壞嚴重。（4）只要設計合理，根據(jù)現(xiàn)行）只要設計合理，根據(jù)現(xiàn)行建筑抗震設計規(guī)范建筑抗震設計規(guī)范設設 計的結構，能滿足計的結構，能滿足“小震不壞，中震可修，大震不小震不壞，中震可修，大震不 倒倒”的要求。的要求。高層混合結構好的抗震性能是建立在以下高層混合結構好的抗震性能是建立在以下的基礎之上：的基礎之上：1、結構的平面布置應盡可能規(guī)整；、結構的平面布置應盡可能規(guī)整；2、結構的整體性要好；、結構的整體性要好；3、型鋼混凝土構件采用實腹式型鋼配筋；、型鋼混凝土構件采用實腹式型鋼配筋；4、節(jié)點區(qū)箍筋要加密，梁與柱、梁與、節(jié)點區(qū)箍

21、筋要加密，梁與柱、梁與 墻的連接要可靠。墻的連接要可靠。41意大利的經(jīng)驗是：意大利的經(jīng)驗是：樓面梁多采用混凝土梁；樓面梁多采用混凝土梁；樓面梁與混凝土核心筒或剪力墻的樓面梁與混凝土核心筒或剪力墻的 連接多采用剛性連接；連接多采用剛性連接；在鋼框架上設置斜向支撐；在鋼框架上設置斜向支撐；基礎多采用樁基礎。基礎多采用樁基礎。42434445日本不同年代型鋼混凝土梁柱配筋形式變化日本不同年代型鋼混凝土梁柱配筋形式變化4647六、高層混合結構的豎向變形六、高層混合結構的豎向變形 差分析差分析不利因素：不利因素：豎向荷載在各豎向構件中的壓縮量不等。豎向荷載在各豎向構件中的壓縮量不等。混凝土會發(fā)生收縮、徐

22、變變形，鋼材不會。混凝土會發(fā)生收縮、徐變變形，鋼材不會。溫度。溫度。有利因素：有利因素：樓面標高測量控制。樓面標高測量控制。樓面高差混凝土找平。樓面高差混凝土找平。鋼筋對混凝土收縮、徐變變形會產(chǎn)生約束。鋼筋對混凝土收縮、徐變變形會產(chǎn)生約束。混凝土核心筒超前施工?；炷梁诵耐渤笆┕ぁ?8（一）結構自重等豎向荷載作用下考慮施工（一）結構自重等豎向荷載作用下考慮施工 過程影響的豎向變形差分析過程影響的豎向變形差分析49 考慮施工過程的特點：結構逐步形成，荷載逐層施加，考慮施工過程的特點：結構逐步形成，荷載逐層施加，豎向變形差隨著樓面標高測量控制和混凝土找平而減少，豎向變形差隨著樓面標高測量控制和混

23、凝土找平而減少，計算較復雜，因此可采用近似加載法計算。計算較復雜，因此可采用近似加載法計算。矩陣方程為：矩陣方程為：K=P式中，式中，K保持保持不變，不變，P為上為上三角矩陣。三角矩陣。50例題例題1：近似解與精確解結近似解與精確解結果相近，一次解與果相近，一次解與精確解結果相差較精確解結果相差較大。大。51豎向荷載下的變形：豎向荷載下的變形：s1d1s4s3s2d4d3d2S1為第為第1層豎向構件的最小壓縮量，層豎向構件的最小壓縮量，d1為第為第1層豎向構件層豎向構件的豎向變形差。由于標高測量控制和樓面找平關系，如的豎向變形差。由于標高測量控制和樓面找平關系，如果各層層高、梁柱截面以及豎向荷

24、載相同，可近似取：果各層層高、梁柱截面以及豎向荷載相同，可近似?。篠4=4S1 d4=4d152（二）考慮豎向荷載和混凝土收縮徐變產(chǎn)（二）考慮豎向荷載和混凝土收縮徐變產(chǎn) 生的豎向變形差實用分析方法生的豎向變形差實用分析方法 僅考慮豎向構件在軸力作用下的變形。僅考慮豎向構件在軸力作用下的變形。筒體應力較小，混凝土徐變?yōu)榫€性徐筒體應力較小，混凝土徐變?yōu)榫€性徐 變，迭加原理適用。變，迭加原理適用。計算徐變收縮豎向位移時，不考慮水平計算徐變收縮豎向位移時，不考慮水平 構件對相鄰豎向構件變形的約束。構件對相鄰豎向構件變形的約束。1、基本假定、基本假定53 2、鋼筋混凝土軸壓構件分批加載時混凝土徐變、鋼筋

25、混凝土軸壓構件分批加載時混凝土徐變 收縮分析的簡化方法收縮分析的簡化方法（1）徐變的計算）徐變的計算定義：定義：在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移在荷載保持不變的情況下，變形隨時間推移 繼續(xù)增大的現(xiàn)象。繼續(xù)增大的現(xiàn)象。特點：特點：早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年。早期發(fā)展快，但可以延續(xù)數(shù)年。混凝土的徐變與混凝混凝土的徐變與混凝土的材料組成、應力土的材料組成、應力大小、養(yǎng)護情況和加大小、養(yǎng)護情況和加載齡期等許多因素有載齡期等許多因素有關，情況較復雜。關，情況較復雜。54c0a,ht,11(,)(,)2.35nniiiiiiit tt tEE 0ha,11(,)(,)2.35nniiciiiitt

26、tEE c0hav(,)2.35tE 0.05180.0055av0.6710.1790.244ttee假定混凝土的應力較小，徐變是線性的，迭加原理適用。假定混凝土的應力較小，徐變是線性的，迭加原理適用。根據(jù)根據(jù)ACI規(guī)范可得混凝土的徐變應變公式如下：規(guī)范可得混凝土的徐變應變公式如下：式中，式中，i、ai、h、ti、分別為第分別為第 i 級荷載時的荷載增量以及級荷載時的荷載增量以及加載齡期、構件厚度、持荷時間、環(huán)境相對濕度有關的徐變影響加載齡期、構件厚度、持荷時間、環(huán)境相對濕度有關的徐變影響系數(shù)。當系數(shù)。當 t 時，時，ti i1。時刻時刻t的徐變應變的徐變應變:最終徐變應變最終徐變應變:55

27、c0lc0(,)(,)it tt0.0064l0.7110.456ite0501001502002503003504000.70.80.91.01.10501001502002503003504000.70.80.91.01.1 avt/d02004006008000.20.30.40.50.60.70.802004006008000.20.30.40.50.60.70.8 t/dl56（2）收縮的計算）收縮的計算定義：定義：混凝土在空氣中結硬時體積減小的現(xiàn)象?；炷猎诳諝庵薪Y硬時體積減小的現(xiàn)象。收縮率：收縮率：310-4。收縮。收縮=凝縮凝縮+干縮。干縮。特點：特點：早期快，可延續(xù)早期快，可

28、延續(xù)12年。年。混凝土的收縮與混凝混凝土的收縮與混凝土的組成及配合比，土的組成及配合比，尤其是水灰比；養(yǎng)護尤其是水灰比；養(yǎng)護條件；使用時的溫度條件；使用時的溫度與濕度有關。與荷載與濕度有關。與荷載的大小無關。的大小無關。576sh,cph78010 cph、和分別是養(yǎng)護條件、環(huán)境相對濕度和構件厚度的影響系數(shù)。各系數(shù)可按書p.276-277計算。shsh,()tt 式中，式中，持續(xù)時間影響系數(shù)，持續(xù)時間影響系數(shù)，（潮濕（潮濕養(yǎng)護），養(yǎng)護），（蒸汽養(yǎng)護），（蒸汽養(yǎng)護），t 是養(yǎng)護終了以是養(yǎng)護終了以后的天數(shù)。后的天數(shù)。混凝土收縮應變可按下列公式計算：混凝土收縮應變可按下列公式計算：(35)tttt(

29、55)ttt58（3）混凝土豎向承重構件收縮、徐變變形的計算）混凝土豎向承重構件收縮、徐變變形的計算ABCCnij1c1c2sh1iiiitintit(1)前（）級荷載在時段產(chǎn)生的徐變(2)第級荷載在時段產(chǎn)生的徐變(3)第1層構件在時段產(chǎn)生的收縮第第 i 層豎向構件收縮、徐變由以下幾部分組成：層豎向構件收縮、徐變由以下幾部分組成：1c1c1,1ijjc1,h,av,l,2.35(1)jjjjjjhEc2c 2,1ijjc 2,h,av,2.35jjjjjhEshsh,1ijjsh,sh,t,(1)jjjjhc1c2sh 分析表明，高層混合結構豎向變形分析表明，高層混合結構豎向變形差的大小為差的

30、大小為0.5mm1.0mm/m。其中：由于荷載引起的豎向變形差其中：由于荷載引起的豎向變形差約占約占1/3；由于混凝土的收縮、徐；由于混凝土的收縮、徐變引起的豎向變形差約占變引起的豎向變形差約占2/3。有些因素和施工措施可以減小豎向有些因素和施工措施可以減小豎向變形差，如縱向受力鋼筋和核心筒變形差，如縱向受力鋼筋和核心筒超前施工等。超前施工等。5960cccshccs(a)承受均布壓應力鋼筋混凝土構件(b)自由徐變和自由收縮應變(c)考慮配筋影響的最終徐變收縮應變（三）（三）配筋率影響的計算配筋率影響的計算scsh()11(1)n混凝土截面最終收混凝土截面最終收縮徐變應變：縮徐變應變：式中：式

31、中：61（四）混合結構核心筒超前施工的影響（四）混合結構核心筒超前施工的影響i+mij1 混凝土核心筒超前施混凝土核心筒超前施工的目的是：使樓面施工工的目的是：使樓面施工到達這一層之前，核心筒到達這一層之前，核心筒由于荷載和混凝土的收縮、由于荷載和混凝土的收縮、徐變產(chǎn)生的變形已經(jīng)完成徐變產(chǎn)生的變形已經(jīng)完成了一部分，當樓面施工到了一部分，當樓面施工到這一層時，豎向變形差比這一層時，豎向變形差比不超前施工的小。不超前施工的小。62 上海地區(qū)部分混合結構核心筒超前施工情況上海地區(qū)部分混合結構核心筒超前施工情況 工程項目工程項目 核心筒超前施工層數(shù)核心筒超前施工層數(shù)核心核心 筒占標準筒占標準 層面積（

32、層面積（%）金茂大廈金茂大廈 15 26 震旦大廈震旦大廈 6-12 世茂國際廣場世茂國際廣場 12-15 24 上海銀行上海銀行 6-10 21 商品交易大廈商品交易大廈 9 香港新世界香港新世界 10 核心筒超前施工的層數(shù)應根據(jù)筒體的承載力、穩(wěn)核心筒超前施工的層數(shù)應根據(jù)筒體的承載力、穩(wěn)定和變形計算確定。文獻定和變形計算確定。文獻65介紹了經(jīng)驗確定法、介紹了經(jīng)驗確定法、簡單估算法和整體分析法，可供設計和施工參考。簡單估算法和整體分析法，可供設計和施工參考。63例題例題2：上海環(huán)球金融中心核心筒超前施工分析：上海環(huán)球金融中心核心筒超前施工分析70 64混合結構層高混合結構層高3.6m，總高度，

33、總高度216m(60層層)。其他情況與例其他情況與例題題1相同。相同。環(huán)境相對濕度環(huán)境相對濕度40，潮濕，潮濕養(yǎng)護天數(shù)養(yǎng)護天數(shù)4d，施工速度，施工速度4 d/層，層，剪力墻豎向分布鋼筋的配筋率剪力墻豎向分布鋼筋的配筋率0.2。例題例題3：算例平面圖算例平面圖65樓樓 層層不考慮鋼筋影響時徐變收縮豎向位移不考慮鋼筋影響時徐變收縮豎向位移考慮鋼筋影響時豎向位移考慮鋼筋影響時豎向位移徐變徐變/mm/mm收縮收縮/mm/mm總豎向變形總豎向變形/mm/mm豎向變形豎向變形/mm/mm減小量減小量/%/%1 11.211.211.321.322.532.532.482.481.821.825 55.98

34、5.985.465.4611.4311.4311.2211.221.871.87101011.8311.839.159.1520.9720.9720.5720.571.921.92151517.4117.4111.9411.9429.3529.3528.7828.781.931.93202022.6122.6114.1814.1836.8036.8036.0836.081.951.95252529.5829.5817.3817.3846.9646.9646.0346.031.991.99303035.9935.9919.8919.8955.8855.8854.7454.742.042.0435

35、3541.6041.6021.9821.9863.5763.5762.2662.262.072.07404046.3146.3123.7823.7870.0970.0968.6268.622.102.10454554.4254.4227.0427.0481.4681.4679.6579.652.232.23505061.4261.4229.6029.6091.0391.0388.8988.892.352.35555566.5866.5831.7531.7598.3498.3495.9295.922.452.45606069.7169.7133.6233.62103.34103.34100.64

36、100.642.612.61（1）剪力墻）剪力墻B點的徐變和收縮豎向位移點的徐變和收縮豎向位移/mm 混凝土豎混凝土豎向收縮、向收縮、徐變變形徐變變形量約為量約為0.5mm/m。66（2）配筋率和核心筒超前施工的影響）配筋率和核心筒超前施工的影響01020304050600204060801001200102030405060020406080100120配筋率 豎向位移/mm樓 層0.0%0.2%0.5%1.0%2.0%3.0%4.0%5.0%102030405060020406080100102030405060020406080100 豎向位移/mm樓 層 m=0 m=5 m=10 m=

37、15 m=2067例題例題4：南京紫峰大廈：南京紫峰大廈29墻和柱不考慮施工調整時的豎墻和柱不考慮施工調整時的豎向變形量約為向變形量約為0.65mm/m。6869（四）減少豎向變形差的措施（四）減少豎向變形差的措施n材料方面材料方面 盡量采用高強度的混凝土，且混凝土必須采取合理的盡量采用高強度的混凝土，且混凝土必須采取合理的 養(yǎng)護方法。養(yǎng)護方法。避免過大的水灰比。避免過大的水灰比。盡量增加骨料的含量，選用彈性模量較大的骨料盡量增加骨料的含量，選用彈性模量較大的骨料。盡量使用快硬水泥，減少混凝土的徐變。盡量使用快硬水泥，減少混凝土的徐變。使用減水劑以增加混凝土的強度，減小混凝土的使用減水劑以增加

38、混凝土的強度，減小混凝土的 徐變和收縮。徐變和收縮。70n 設計方面設計方面 結構平面布置均勻對稱，豎向構件重力荷載下壓應力盡可結構平面布置均勻對稱，豎向構件重力荷載下壓應力盡可 能相等或接近能相等或接近，控制豎向構件的軸壓比，控制豎向構件的軸壓比。適當增大豎向構件的配筋率適當增大豎向構件的配筋率，且相鄰豎向構件的配筋率應，且相鄰豎向構件的配筋率應 盡量接近盡量接近。在構件體積不變的前提下，適當增加構件截面的厚度在構件體積不變的前提下，適當增加構件截面的厚度。盡量采用剛性節(jié)點。盡量采用剛性節(jié)點。外鋼框架柱盡量采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱外鋼框架柱盡量采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱。設置加強層

39、、水平環(huán)帶、巨型斜向支撐等。設置加強層、水平環(huán)帶、巨型斜向支撐等。71n 施工方面施工方面 核心筒應超前外鋼框架施工核心筒應超前外鋼框架施工。一般高層建筑超一般高層建筑超48層，超高層，超高 層建筑可超層建筑可超815層。層。剛性節(jié)點先鉸接后剛接剛性節(jié)點先鉸接后剛接，保證施，保證施 工期間構件豎向自由變形。工期間構件豎向自由變形。加強標高測量控制和樓面找平。加強標高測量控制和樓面找平。調整鋼柱的下料長度調整鋼柱的下料長度。正在施工中的正在施工中的上海金茂大廈上海金茂大廈72七、框架與核心筒的協(xié)同工作七、框架與核心筒的協(xié)同工作 鋼框架梁柱連接節(jié)點、樓面梁與框架柱和混凝土鋼框架梁柱連接節(jié)點、樓面梁

40、與框架柱和混凝土墻的連接形式：墻的連接形式：剛接剛接：整體性好，框架與筒體協(xié)同工作好。：整體性好，框架與筒體協(xié)同工作好。鉸接鉸接：整體性差，施工方便。：整體性差，施工方便。半剛性連接半剛性連接：整體性較差，施工較方便。：整體性較差，施工較方便。通常的做法是：框架梁柱連接采用剛性節(jié)點，樓通常的做法是：框架梁柱連接采用剛性節(jié)點，樓面梁與框架和混凝土墻連接采用鉸接節(jié)點，從上面梁與框架和混凝土墻連接采用鉸接節(jié)點，從上到下設置幾道外伸桁架將框架與筒體拉接在一起。到下設置幾道外伸桁架將框架與筒體拉接在一起。（一）加強節(jié)點連接剛性（一）加強節(jié)點連接剛性737475767724層，層高層，層高3.6m，連，連

41、梁與鋼框架和混凝土梁與鋼框架和混凝土核心筒的連接以及鋼核心筒的連接以及鋼框架中鋼梁與鋼柱的框架中鋼梁與鋼柱的連接按剛接、半剛性連接按剛接、半剛性連接和鉸接三種情況連接和鉸接三種情況考慮?？紤]。類場地土，設防烈類場地土，設防烈度為度為8度，基本地震加度，基本地震加速度為速度為0.15g。例題例題5：78幾種情況下的側移曲線比較：幾種情況下的側移曲線比較：79（二）設置加強層（二）設置加強層80例題例題6 87：81 在高層混合結構中設置加強層不只是在高層混合結構中設置加強層不只是出于減少結構側向變形的需要考慮，更出于減少結構側向變形的需要考慮，更重要的是出于保證核心筒與外部鋼框架重要的是出于保證

42、核心筒與外部鋼框架協(xié)調工作的工作考慮。協(xié)調工作的工作考慮。8283八、工程設計與施工實例八、工程設計與施工實例實例實例1 上海環(huán)球金融中心上海環(huán)球金融中心70：地上地上95層，地下層，地下4層，高層，高492m。建筑面積建筑面積33萬萬m2，總用鋼量，總用鋼量2.6萬噸。萬噸。鋼筋混凝土核心筒，外框架的角柱為型鋼混凝鋼筋混凝土核心筒，外框架的角柱為型鋼混凝土柱，其他柱為鋼柱。土柱，其他柱為鋼柱。建筑設計為美國建筑設計為美國KPF建筑師事務所，結構設計建筑師事務所，結構設計為美國為美國Leslie E.Robertson Associates，華，華東建筑設計研究院有限公司為設計顧問單位，并東建

43、筑設計研究院有限公司為設計顧問單位，并完成施工圖設計。完成施工圖設計。84帶狀桁帶狀桁架架巨型斜撐巨型斜撐巨型巨型柱柱混凝土混凝土周邊墻周邊墻三層樓高的三層樓高的外伸桁架外伸桁架核心筒核心筒巨型巨型柱柱8586878889正在施工中的上海正在施工中的上海環(huán)球金融中心大廈環(huán)球金融中心大廈90實例實例2 湖南文化大廈湖南文化大廈 91 原設計為原設計為3131層，層，99.599.5，鋼筋混凝土鋼筋混凝土結構，塔樓設結構，塔樓設1616層中庭，層中庭，19971997年施年施工完地下室和工完地下室和5 5層裙房后因故停工層裙房后因故停工營業(yè)。營業(yè)。20002000年保利南方房產(chǎn)接手，年保利南方房產(chǎn)

44、接手，改為改為2727層，層，99.98m99.98m高，但面積增加高，但面積增加到到6.746.74萬萬m m2 2。經(jīng)檢測，已施工的框。經(jīng)檢測，已施工的框架柱混凝土強度比設計要求低。架柱混凝土強度比設計要求低。92設計時曾考慮三種方案：設計時曾考慮三種方案：n按原設計施工：面積不能滿足要求，按原設計施工：面積不能滿足要求，50%50%的框的框架柱要加固，大劇院要停業(yè)。架柱要加固，大劇院要停業(yè)。n加轉換層的鋼筋混凝土結構：面積可達要求，加轉換層的鋼筋混凝土結構：面積可達要求，但但50%50%的框架柱要加固，大劇院要停業(yè)。的框架柱要加固，大劇院要停業(yè)。n高層混合結構：面積可滿足要求，自重輕，工

45、高層混合結構：面積可滿足要求，自重輕，工程量小，施工速度快。程量小，施工速度快。最后決定采用混合結構。最后決定采用混合結構。9394 鋼筋鋼筋用量用量 （t）鋼材鋼材用量用量 （t）混凝土混凝土量量 （m3 3）結構造價結構造價 方案方案1 3084 3084 19000 19000 838 838元元/m2 2 方案方案2 3292 3292 20800 20800 858 858元元/m2 2 方案方案3 940 940 2914 2914 9200 9200 861 861元元/m2 2 表表7.17 7.17 工程造價比較工程造價比較Y Y方向前兩階振型方向前兩階振型95振振 型型頻頻

46、 率率周期周期/s振型參與振型參與 系數(shù)系數(shù)振型參與質量振型參與質量 （%）1 1 2 20.2820.2821.4371.4373.5433.5430.6960.6961.511.510.770.77 64.864.8 18.918.9 表表7.18 7.18 結構結構y y向前二階模態(tài)向前二階模態(tài)96樓樓 層層多模態(tài)推覆多模態(tài)推覆時程分析均值時程分析均值 誤差（絕對值）誤差（絕對值）樓層位移樓層位移 （mm）層間位移層間位移（mm）樓層位移樓層位移 （mm）層間位移層間位移（mm）樓層位移樓層位移 （%）層間位移層間位移 (%）1 4 8 12 16 20 24 28 0.8 6.0 18

47、.3 30.9 44.0 58.5 75.5 94.2 0.8 2.2 3.3 3.5 4.1 4.9 5.3 5.5 0.9 6.8 20.6 33.8 45.0 56.9 75.3 100.1 0.9 2.4 3.4 3.2 4.2 5.4 5.7 5.5 11.4 11.5 11.4 8.6 2.2 2.9 0.2 5.9 11.2 9.7 1.7 8.1 3.7 8.5 5.8 0.4 表表7.22 77.22 7度多遇地震下樓層位移比較度多遇地震下樓層位移比較97樓樓 層層多模態(tài)推覆多模態(tài)推覆時程分析均值時程分析均值 誤差（絕對值）誤差（絕對值）樓層位移樓層位移 （mm）層間位移層間

48、位移（mm）樓層位移樓層位移 （mm）層間位移層間位移（mm）樓層位移樓層位移 （%）層間位移層間位移 (%）1 4 8 12 16 20 24 28 1.7 11.8 35.4 62.4 93.4 127.4 163.6 201.6 2.1 4.5 6.7 7.6 8.7 11.2 11.8 10.4 1.8 13.5 41.0 69.0 95.1 122.1 162.6 212.2 1.9 4.7 7.0 6.8 8.3 10.9 12.6 10.5 5.3 12.2 13.7 9.5 1.8 4.2 0.6 5.0 14.1 4.3 3.3 10.9 4.0 2.4 6.1 0.6 表表

49、7.23 77.23 7度罕遇地震下樓層位移比較度罕遇地震下樓層位移比較98結束語結束語（1）高層混合結構將兩種或兩種以上的結構組）高層混合結構將兩種或兩種以上的結構組 合在一起，做成新的結構，是設計理念上合在一起，做成新的結構，是設計理念上 的升華。的升華。（2）高層混合結構設計要特別處理好豎向變形差）高層混合結構設計要特別處理好豎向變形差 問題。設計要與施工相結合，要從材料、設問題。設計要與施工相結合，要從材料、設 計計算和施工措施等多方面考慮減小豎向變計計算和施工措施等多方面考慮減小豎向變 形差。形差。99（3）水平構件和節(jié)點的剛性是保證鋼框架與混）水平構件和節(jié)點的剛性是保證鋼框架與混 凝土核心筒協(xié)同工作的基礎，合理地設置凝土核心筒協(xié)同工作的基礎，合理地設置 加強層，保證節(jié)點連接的可靠性，對高層加強層，保證節(jié)點連接的可靠性，對高層 混合結構的受力性能十分重要?；旌辖Y構的受力性能十分重要。（4）在好的結構布置、認真的結構計算以及合）在好的結構布置、認真的結構計算以及合 理的構造措施的情況下，高層混合結構具理的構造措施的情況下，高層混合結構具 有良好的抗震性能。當然，我國已經(jīng)建成有良好的抗震性能。當然，我國已經(jīng)建成 的高層混合結構尚需經(jīng)受大震的檢驗。的高層混合結構尚需經(jīng)受大震的檢驗。100謝謝各位！謝謝各位！