第10章-高层混合结构设计课件.ppt
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- 10 高层 混合结构 设计 课件
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1、精选可编辑ppt1第第1010章章 高层混合结构设计高层混合结构设计10.110.1混合结构体系及布置混合结构体系及布置10.2 10.2 混合结构设计的有关规定混合结构设计的有关规定10.3 10.3 钢骨(型钢)混凝土框架钢骨(型钢)混凝土框架10.4 10.4 钢骨(型钢、钢板)混凝土剪力墙钢骨(型钢、钢板)混凝土剪力墙10.5 10.5 圆钢管混凝土柱圆钢管混凝土柱精选可编辑ppt210.1 10.1 混合结构体系及布置混合结构体系及布置n 混合结构混合结构由钢框架由钢框架(框筒框筒)、型钢、型钢(钢骨钢骨)混凝土框混凝土框架架(框筒框筒)、钢管混凝土框架、钢管混凝土框架(框筒框筒)、
2、钢筋混凝土核心、钢筋混凝土核心筒体及钢筒体及钢-混凝土组合楼板所组成的共同承受水平和混凝土组合楼板所组成的共同承受水平和竖向作用的建筑结构。竖向作用的建筑结构。一、一、混合结构构件类型混合结构构件类型(一一)型钢混凝土构件型钢混凝土构件在型钢周围配置钢筋并浇筑混在型钢周围配置钢筋并浇筑混凝土的结构构件,又称钢骨混凝土构件,简称凝土的结构构件,又称钢骨混凝土构件,简称SRC.型钢混凝土课用于梁型钢混凝土课用于梁(型钢混凝土梁型钢混凝土梁)、柱、柱(型钢混型钢混凝土柱凝土柱),剪力墙,剪力墙(型钢混凝土剪力墙型钢混凝土剪力墙)(图(图10-1)精选可编辑ppt3(二)钢管混凝土构件(二)钢管混凝土
3、构件钢管混凝土构件是在钢管内钢管混凝土构件是在钢管内部充填浇筑混凝土的结构构件,钢管内部一般不再部充填浇筑混凝土的结构构件,钢管内部一般不再配置钢筋,简称配置钢筋,简称CFST。钢管截面有圆钢管、方管、矩形管等(图钢管截面有圆钢管、方管、矩形管等(图10-2)圆钢管内的混凝土受到钢管的有效约束,可显著圆钢管内的混凝土受到钢管的有效约束,可显著提高其抗压强度和极限压应变;提高其抗压强度和极限压应变;方管、矩形管对混凝土约束效果较小,一般不考方管、矩形管对混凝土约束效果较小,一般不考虑混凝土抗压强度提高;虑混凝土抗压强度提高;混凝土可增强钢管的稳定性,使钢材的强度得以混凝土可增强钢管的稳定性,使钢
4、材的强度得以充分发挥;充分发挥;钢管混凝土柱是一种比较理想的受压构件形式,钢管混凝土柱是一种比较理想的受压构件形式,具有良好的抗震性能,主要用于高层建筑中的柱。具有良好的抗震性能,主要用于高层建筑中的柱。精选可编辑ppt4(三)型钢混凝土剪力墙(三)型钢混凝土剪力墙(钢板混凝土剪力墙)钢板混凝土剪力墙)在在混凝土剪力墙的边缘构件中布置型钢,中部可以布混凝土剪力墙的边缘构件中布置型钢,中部可以布置钢板置钢板(图(图10-3)。)。剪力墙两端的暗柱和翼柱中设置型钢后,承载力和变形能剪力墙两端的暗柱和翼柱中设置型钢后,承载力和变形能力大幅度提高;力大幅度提高;剪力墙端部设有型钢后,使钢梁与剪力墙的连
5、接更方便;剪力墙端部设有型钢后,使钢梁与剪力墙的连接更方便;剪力墙中设置钢板后可增强抗侧移能力,减小墙的厚度。剪力墙中设置钢板后可增强抗侧移能力,减小墙的厚度。(四)钢(四)钢-混凝土组合楼盖混凝土组合楼盖一般由钢梁一般由钢梁+压型钢板压型钢板+混凝土板组成(图混凝土板组成(图10-4)。)。利用钢材利用钢材(钢梁和压型钢板钢梁和压型钢板)承受构件截面上的拉力、混凝承受构件截面上的拉力、混凝土承受压力,使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得土承受压力,使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得到充分别用。到充分别用。组合梁板中的钢梁可以承担施工荷载,而压型钢板则可直组合梁板中的钢梁可以承担施工荷载
6、,而压型钢板则可直接作为楼板混凝土的横板,加快施工进度,减轻楼板自重。接作为楼板混凝土的横板,加快施工进度,减轻楼板自重。精选可编辑ppt5二、钢二、钢混凝土混合结构体系混凝土混合结构体系n 我国现行我国现行高层建筑混凝土结构技术规程高层建筑混凝土结构技术规程和和高高层民用建筑钢结构技术规程层民用建筑钢结构技术规程中钢中钢混凝土混合结混凝土混合结构体系有。构体系有。钢框架钢框架钢筋混凝土核心筒钢筋混凝土核心筒(或剪力墙或剪力墙);钢框架钢框架型钢混凝土核心筒型钢混凝土核心筒(或剪力墙或剪力墙);型钢混凝土框架型钢混凝土框架钢筋混凝土核心筒钢筋混凝土核心筒(或剪力墙或剪力墙);型钢混凝土框架型钢
7、混凝土框架型钢混凝土核心筒型钢混凝土核心筒(或剪力墙或剪力墙);钢框筒钢框筒混凝土核心筒;混凝土核心筒;钢框筒钢框筒型钢混凝土核心筒;型钢混凝土核心筒;精选可编辑ppt6三、高层建筑混合结构的结构布置和概念设计三、高层建筑混合结构的结构布置和概念设计(一)结构总体布置(一)结构总体布置 高层混合结构房屋的总体布置原则与高层建筑混凝高层混合结构房屋的总体布置原则与高层建筑混凝土结构基本相同。土结构基本相同。l混合结构房屋平面的外形宜简单规则:混合结构房屋平面的外形宜简单规则:宜采用方形、矩形、宜采用方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形多边形、圆形、椭圆形等规则对称等规则对称的平面;的平面;尽量使结构
8、的抗侧力中心与水平合力中心重合;尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合;建筑的开间、进深宜统一;建筑的开间、进深宜统一;筒中筒结构体系中,当外围钢框架柱筒中筒结构体系中,当外围钢框架柱采用采用H形形截面时,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;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。楼盖主梁不宜搁置在核心筒或内筒的连梁上。精选可编辑ppt7l混合结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化,混合结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化,构件截面宜由下至上逐渐减少,无突变。构件截面宜由
9、下至上逐渐减少,无突变。混合结构的外围框架柱沿高度宜采用同类结构构件;混合结构的外围框架柱沿高度宜采用同类结构构件;当采当采用不同类型和材料的构件时,应设置过渡层。用不同类型和材料的构件时,应设置过渡层。对于刚度突变的楼层,如转换层、加强层、空旷的顶层、对于刚度突变的楼层,如转换层、加强层、空旷的顶层、顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻近楼层,应采取可靠的过渡加强措施。楼层,应采取可靠的过渡加强措施。钢框架部分设置支撑时,宜采用偏心支撑和耗能支撑,支钢框架部分设置支撑时,宜采用偏心支撑和耗能支撑,支撑宜连续布置,且在相互垂直的两个
10、方向均宜布置,并相撑宜连续布置,且在相互垂直的两个方向均宜布置,并相互交接;支撑框架在地下部分宜延伸至基础。互交接;支撑框架在地下部分宜延伸至基础。l混合结构中,外围框架平面内梁与柱应采用刚性连混合结构中,外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接;楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可接;楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可采用刚接或铰接。采用刚接或铰接。l楼盖体系应具有良好的水平刚度和整体性。楼盖体系应具有良好的水平刚度和整体性。精选可编辑ppt8(二)概念设计(二)概念设计l保证钢筋混凝土筒体的承载力及延性保证钢筋混凝土筒体的承载力及延性地震时高层建筑混地震时高层建筑混合结构破坏主要集
11、中于混凝土筒体,表现为混凝土筒体底部混合结构破坏主要集中于混凝土筒体,表现为混凝土筒体底部混凝土受压破坏以及暗柱和角柱的纵筋压屈。凝土受压破坏以及暗柱和角柱的纵筋压屈。l增强外围框架的刚度及承载力增强外围框架的刚度及承载力混合结构高层建筑中,外混合结构高层建筑中,外围框架平面内梁与柱应采用刚性连接,以增强外围框架的侧向围框架平面内梁与柱应采用刚性连接,以增强外围框架的侧向刚度及水平承载力。刚度及水平承载力。l设置外伸桁架加强层设置外伸桁架加强层采用外伸桁架加强层可以将筒体剪采用外伸桁架加强层可以将筒体剪力墙的部分弯曲变形转换成框架柱的轴向变形,以减小水平荷力墙的部分弯曲变形转换成框架柱的轴向变
12、形,以减小水平荷载作用下的侧移。载作用下的侧移。(三)混合结构高层建筑适用的最大高度(三)混合结构高层建筑适用的最大高度(表表10-1)CECS 230:2008高层建筑钢高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程混凝土混合结构设计规程规定规定的最大高度见的最大高度见pp312表表10-1。(四)混合结构高层建筑的最大高宽比(四)混合结构高层建筑的最大高宽比(表表10-2)(五五)丙类建筑混合结构的抗震等级丙类建筑混合结构的抗震等级(表表10-3)(pp316表表10-5)精选可编辑ppt910.2 10.2 混合结构设计的有关规定混合结构设计的有关规定一、一、结构计算结构计算n 1、弹性分析时,宜考
13、虑钢梁与现浇混凝土楼板的共、弹性分析时,宜考虑钢梁与现浇混凝土楼板的共同作用,梁的刚度可取钢梁刚度的同作用,梁的刚度可取钢梁刚度的1.52.0倍,但应倍,但应保证钢梁与楼板有可靠连接。弹塑性分析时,可不保证钢梁与楼板有可靠连接。弹塑性分析时,可不考虑楼板与梁的共同作用。考虑楼板与梁的共同作用。n 2、结构弹性阶段的内力和位移计算时构件刚度取值结构弹性阶段的内力和位移计算时构件刚度取值型钢混凝土构件、钢管混凝土柱的刚度:型钢混凝土构件、钢管混凝土柱的刚度:精选可编辑ppt10无端柱型钢混凝土剪力墙可近似按相同截面的混凝土剪力无端柱型钢混凝土剪力墙可近似按相同截面的混凝土剪力墙计算其轴向、抗弯和抗
14、剪刚度墙计算其轴向、抗弯和抗剪刚度不计端部型钢对截面不计端部型钢对截面刚度的提高作用;刚度的提高作用;有端柱型钢混凝土剪力墙可有端柱型钢混凝土剪力墙可按按H形混凝土截面计算其轴向形混凝土截面计算其轴向和抗弯刚度,端柱内型钢可折算为等效混凝土面积计入和抗弯刚度,端柱内型钢可折算为等效混凝土面积计入H形截面的翼缘面积,墙的抗剪刚度可不计入型钢作用;形截面的翼缘面积,墙的抗剪刚度可不计入型钢作用;钢板混凝土剪力墙可将钢板折算为等效混凝土面积计算其钢板混凝土剪力墙可将钢板折算为等效混凝土面积计算其轴向、抗弯和抗剪刚度。轴向、抗弯和抗剪刚度。n 3、竖向荷载作用计算时,宜考虑钢柱、型钢混凝土竖向荷载作用
15、计算时,宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖向变形差异柱与钢筋混凝土核心筒竖向变形差异引起的结构附加内力,计算竖向变形差异时宜考虑引起的结构附加内力,计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调整等因素的影响混凝土收缩、徐变、沉降及施工调整等因素的影响.n 4、混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为、混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04。风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时,阻尼比风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时,阻尼比可取为可取为0.020.04。精选可编辑ppt11二、内力及位移要求二、内力及位移要求n 1、高层建筑混合结构框架部分的
16、最小地震层剪力、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下式的要求,同时也不应小于按结构标准值应满足下式的要求,同时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。整体分析得到的框架部分的地震层剪力。Vfi Vi Vfi第第i楼层框架部分的地震层剪力;楼层框架部分的地震层剪力;Vi第第i楼层的总地震层剪力;楼层的总地震层剪力;框架部分的地震层剪力分担率框架部分的地震层剪力分担率(表表10-4)。当框架部分的地震层剪力按上式调整时,由地震作用产当框架部分的地震层剪力按上式调整时,由地震作用产生的该楼层各构件的剪力、弯矩和轴力标准值均应进行生的该楼层各构件的剪力、弯矩和轴力标准值均
17、应进行相应调整。相应调整。对于非双重抗侧力体系,剪力墙或核心筒应承担对于非双重抗侧力体系,剪力墙或核心筒应承担100的的地震剪力。地震剪力。精选可编辑ppt12n 2、在风荷载和多遇地震作用下,其结构最大弹性在风荷载和多遇地震作用下,其结构最大弹性层间位移角不宜大于层间位移角不宜大于(表表10-5)的限值。的限值。n 3、罕遇地震作用下高层建筑混合结构的弹塑性层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间位移角,混合框架结构不应大于150,其余结,其余结构不应大于构不应大于1100。n 4、地震设计状况下,型钢地震设计状况下,型钢(钢管钢管)混凝土构件的承载混凝土构
18、件的承载力抗震调整系数力抗震调整系数 RE(表(表10-6)。n 地震设计状况下,钢构件的承载力抗震调整系数地震设计状况下,钢构件的承载力抗震调整系数 RE(表(表10-7)。精选可编辑ppt1310.3 10.3 钢骨(型钢)混凝土框架钢骨(型钢)混凝土框架一、一、一般规定和构造要求一般规定和构造要求 常用实腹式钢骨混凝土梁、柱的截面形式如(图常用实腹式钢骨混凝土梁、柱的截面形式如(图10-5)。)。当在外包混凝土中配置一定量的构造钢筋时,钢骨当在外包混凝土中配置一定量的构造钢筋时,钢骨与外包混凝土能较好地协调变形,共同承受荷载作用与外包混凝土能较好地协调变形,共同承受荷载作用.(一)截面构
19、造及纵筋配置(一)截面构造及纵筋配置钢骨混凝土梁、柱的构造要求见钢骨混凝土梁、柱的构造要求见(图图10-6)。钢筋的混凝土保护层厚度按钢筋的混凝土保护层厚度按混凝土规范混凝土规范采用,采用,梁、柱钢骨的保护层厚度不小于梁、柱钢骨的保护层厚度不小于100mm和和150mm。钢骨混凝土梁受拉纵向钢筋配筋率不少于钢骨混凝土梁受拉纵向钢筋配筋率不少于0.2。精选可编辑ppt14梁的受压侧角部应各配置一根梁的受压侧角部应各配置一根 16以上的纵筋。以上的纵筋。梁的受拉侧和受压侧纵筋均不宜超过两排,梁的受拉侧和受压侧纵筋均不宜超过两排,梁中纵梁中纵向钢筋尽量避免穿过柱中钢骨翼缘。向钢筋尽量避免穿过柱中钢骨
20、翼缘。当梁的腹板高度大于当梁的腹板高度大于600mm时,在梁的两个侧面沿时,在梁的两个侧面沿高度配置纵向构造钢筋高度配置纵向构造钢筋(腰筋腰筋)。纵向构造钢筋的间。纵向构造钢筋的间距不大于距不大于300mm(图图10-7)。钢骨混凝土柱受压侧纵向钢筋的配筋率不应小于钢骨混凝土柱受压侧纵向钢筋的配筋率不应小于0.2,全部纵向钢筋的配筋率不应小于,全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6,在四角,在四角各配置一根直径不小于各配置一根直径不小于16mm的纵向钢筋。的纵向钢筋。精选可编辑ppt15(二)箍筋配置(二)箍筋配置l (1)(1)钢骨混凝土梁的箍筋钢骨混凝土梁的箍筋钢骨混凝土梁的最小面积配箍率不小
21、于钢骨混凝土梁的最小面积配箍率不小于0.3(特一特一级级)、0.25(一、二级一、二级)和和.2(三、四级和非抗震三、四级和非抗震);箍筋直径和间距应符合(表箍筋直径和间距应符合(表10-8)(pp20表表10-7)的要的要求,箍筋间距不应大于梁高的求,箍筋间距不应大于梁高的12。抗震设计的框架钢骨混凝土梁端部箍筋应加密,在抗震设计的框架钢骨混凝土梁端部箍筋应加密,在距梁端距梁端1.5倍梁高的范围内,箍筋直径和间距应符合倍梁高的范围内,箍筋直径和间距应符合(表(表10-8)(pp20表表10-7)的要求;的要求;当梁净跨小于梁截面高度的当梁净跨小于梁截面高度的4倍时,全跨箍筋按加密倍时,全跨箍
22、筋按加密要求配置。要求配置。精选可编辑ppt16l(2)(2)钢骨混凝土柱的箍筋钢骨混凝土柱的箍筋抗震设防的钢骨混凝土柱两端抗震设防的钢骨混凝土柱两端1.5倍截面高度范围内倍截面高度范围内箍筋应加密;当柱净高小于柱截面高度的箍筋应加密;当柱净高小于柱截面高度的4倍时,柱倍时,柱全高箍筋应加密。全高箍筋应加密。柱箍筋加密区的最小体积配箍率应符合柱箍筋加密区的最小体积配箍率应符合(式式10-1)的要的要求;其求;其最小体积配箍特征值最小体积配箍特征值 v(表表10-9),非加密区的,非加密区的体积配箍率不应小于加密区体积配箍率的一半。体积配箍率不应小于加密区体积配箍率的一半。箍筋直径、间距应符合(
23、表箍筋直径、间距应符合(表10-10)要求)要求(pp321表表10-10)箍筋的无支长度箍筋的无支长度a(纵筋间距纵筋间距)(图图10-8)不宜大于不宜大于200mm(一级一级),250mm(二、三级二、三级),300mm(四级及非四级及非抗震抗震);l(3)(3)箍筋弯钩箍筋弯钩抗震设防的结构,抗震设防的结构,RC梁端、柱端箍筋加密区的箍筋末端应做梁端、柱端箍筋加密区的箍筋末端应做成成135 弯钩,弯钩平直段长度不小于弯钩,弯钩平直段长度不小于10d(d为箍筋直径为箍筋直径)或或50mm,也可采用焊接封闭箍筋。,也可采用焊接封闭箍筋。精选可编辑ppt17(三)钢骨(三)钢骨(型钢型钢)l
24、(1)(1)含钢率含钢率钢骨混凝土梁、柱及钢骨混凝土剪力墙钢骨混凝土梁、柱及钢骨混凝土剪力墙(筒体筒体)边缘边缘构件范围内的钢骨含钢率:非抗震和三、四级抗震构件范围内的钢骨含钢率:非抗震和三、四级抗震结构不小于结构不小于2;一、二级抗震结构不小于;一、二级抗震结构不小于4;特;特一级抗震结构不小于一级抗震结构不小于6;含钢率不宜大于含钢率不宜大于15。l(2)(2)板件厚度和宽厚比板件厚度和宽厚比钢骨板材的厚度不应小于钢骨板材的厚度不应小于6mm;宽厚比应满足(表宽厚比应满足(表10-11)的要求)的要求(pp321表表10-10)。钢骨制作时需预留纵筋和箍筋贯通孔的位置。钢骨制作时需预留纵筋
25、和箍筋贯通孔的位置。精选可编辑ppt18二、钢骨混凝土构件二、钢骨混凝土构件正截面正截面承载力计算承载力计算(一)计算方法(一)计算方法目前,世界各国对型钢混凝土构件正截面承载力计算目前,世界各国对型钢混凝土构件正截面承载力计算可归纳为三种方法:可归纳为三种方法:考虑外包混凝土对型钢刚度的提高作用,按钢结考虑外包混凝土对型钢刚度的提高作用,按钢结构稳定理论计算;构稳定理论计算;假定构件内的型钢与外包混凝土协同工作,采用假定构件内的型钢与外包混凝土协同工作,采用钢筋混凝土构件正截面承载力计算方法计算;钢筋混凝土构件正截面承载力计算方法计算;叠加法,即型钢混凝土构件的正截面承载力等于叠加法,即型钢
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