[分享]超高层建筑的关键构件与节点设计“大汇总”

发表于2019-04-26    1380人浏览    1人跟帖    复制链接  只看楼主

  一、结构高宽比
  1.1概念
  ☞关于结构整体高宽比的讨论:
  ☞高度和高宽比是超高层结构设计的主要控制因素,也是决定结构刚度的重要指标。
  ◆基底倾覆力矩与建筑高度的平方成正比
  ◆建筑顶部侧移与建筑高度的四次方成正比,并按结构宽度的三次方递减
  ☞超高层结构由于占地和功能的限制,基底尺寸通常不会过大,一般为60~80m左右,因此,对于超过400m以上超高层,高宽比一般为7~9。
  ☞高宽比直接与超高层结构的受力性态相关:
  ◆高宽比<4,剪切变形为主,类似框架结构受力性态
  ◆高宽比=4~6,弯剪变形
  ◆高宽比>6,弯曲变形为主,剪切变形引起的有害位移通常不足10%
  ☞关于结构整体高宽比的讨论:
  ☞当高宽比超过8时,通常外筒设计为巨型框架 或 巨型支撑框架(框筒),有效提高结构的抗侧刚度。
  ☞当高宽比超过8时,横风向效应显著增强,在八度设防以下地区,风荷载通常成为控制因素。
  ☞关于核心筒高宽比的讨论:
  ☞核心筒高宽比的影响:
  对于常规的框架-核心筒结构体系,核心筒承担着大部分剪力和倾覆力矩,故核心筒高宽比也是一个重要参考因素。但对于超高层而言,巨型框架、支撑框筒等高度更大的外框结构常常取代了一般框架,因此,核心筒的承担剪力和倾覆力矩比例会降低。
  ☞核心筒面积比例:指核心筒的围合面积占楼面面积的比例,是另一个重要参考指标。
  ◆围合面积比例<20%,核心筒刚度偏弱,宜加强外框筒,采用支撑框筒或巨型结构
  ◆围合面积比例=20~30%,核心筒刚度适中
  ◆围合面积比例>30%,核心筒刚度较大,承担剪力和倾覆力矩比例大幅提高,应尤其注重核心筒的性能化设计及二道防线设计。
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  1.2 典型超高层建筑高宽比
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超高层建筑的关键构件与节点设计“大汇总”_4
  二、伸臂桁架结构
  2.1概念
  ☞超高层建筑框架-核心筒结构体系,存在侧向刚度不足、核心筒倾覆力矩偏大的缺陷 。
  ☞通过设置抗弯刚度较大的伸臂桁架,连接核心筒和外框架,可将周边柱的轴向刚度用来增加结构的抗倾覆力矩,显著提高结构的抗侧刚度,减小核心筒倾覆力矩。
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  2.2形式
  ☞形式1:两点连接方式;
  ☞形式2:单点上部连接方式;
  ☞形式3:单点下部连接方式;
  ☞形式4:单点中间连接方式。
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  ☞伸臂桁架结构形式比较
  ☞采用SAP2000对各种伸臂桁架形式进行了极限承载力分析
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  ☞伸臂桁架结构形式比较
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  ☞伸臂桁架结构形式比较
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  2.3连接节点
  ☞伸臂桁架与核心筒连接节点
  ☞伸臂桁架与框架柱连接节点
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  ☞伸臂桁架与核心筒连接节点
  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用单板与墙体内钢骨连接。
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  ◆方式2:伸臂桁架侧方(H型),采用双板在墙体内与钢骨连接。
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  ☞伸臂桁架与框架柱连接节点
  ◆方式1:伸臂桁架正方(工型),采用单板与柱体内钢骨连接。
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  ◆方式2:伸臂桁架侧方(H型),采用双板与柱体内钢骨连接。
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  三、巨型框架柱设计
  3.1概念
  ☞巨型框架-核心筒结构中重要的受力构件;
  ☞主要承担外筒重力荷载和倾覆弯矩;
  ☞巨型柱的地位非常重要,对构件选型需要重点考虑。
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  ☞上海中心巨型柱受力情况:
  竖向荷载分配:54%
  底部剪力分配:57%
  底部倾覆力矩分配:79%
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  3.2形式
  ☞目前常用的两种构件形式:
  ◆1、SRC型钢混凝土柱。包括:上海中心、深圳平安、上海环球金融中心等;
  ◆2、CFT钢管混凝土柱。包括:天津117、台北101、深圳京基中心等。
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  ☞巨型钢管混凝土柱
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  3.3受力性态(上海中心为例)
  ☞单工况作用下的轴力
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  ☞小震组合——通高小偏心受压
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  ☞中震震组合——1~2区为小偏压,3区为大偏压,4区为大偏拉,5~8区为小偏拉。
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  ☞大震组合——通高-小偏心受拉
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  3.4设计指标
  ☞材料:C70~C50;Q345GJ~Q390GJ
  ☞抗震等级:通高特一级
  ☞抗震性能目标:中震弹性、大震不屈服
  ☞轴压比限值:0.60 (1.2重力+1.3小震)
  ☞钢骨含钢率:标准段不小于4%,节点区及上下各一层范围内不小于5%,并根据节点计算的需要调整。
  ☞纵筋配筋率:标准段1.2%,节点区由于纵筋将被伸臂、环带桁架的杆件截断,取0.8%。☞配箍率:不小于1.0%;
  ☞剪压比:V <= 1/γRE(0.36*βc*fc*b*ho)
  3.5 实例
  ➜金茂大厦
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  ➜台北101
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  ➜环球金融中心
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  ☞连接节点
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  ➜上海中心
  ☞8层巨型框架+6道伸臂+核心筒体系
  ☞巨型框架:8根巨柱+8道环带桁架
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  ☞方案一:九肢格构式钢骨
  ◆九肢型钢分散布置,需通过缀板连接以协调抗力。但型钢肢数越多,传力越不直接,各肢协同工作的难度越大。
  ◆伸臂只和中间三肢型钢直接连接,需要通过大量的缀板连接后才能把力传递给其他六肢,传力途径不直接。
  ◆型钢间联系很弱,依靠缀板传力在节点区应力集中处,易产生纵向劈裂破坏和剪切破坏。
  ◆抗震性能不好。
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  ☞方案二:‘王’字形实腹式钢骨
  ◆可有效解决协同抗力和剪切破坏两个关键问题。
  ◆钢骨内部形成约束混凝土,提高巨型柱的抗压能力和延性。
  ◆在节点区域与伸臂和环带桁架的连接较方便,伸臂和环带的力可直传递给整个钢骨。
  ◆钢骨可在工厂焊接完成,现场可整体吊装,减少了现场焊接量。
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☞钢骨与伸臂的连接
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  ☞承载力验算
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  采用纤维单元法得到SRC巨型柱的空间屈服曲面。将巨型柱的内力状态和空间屈服曲面绘制在同一内力坐标下,进行比较,当荷载对应的空间点落在空间屈服曲面内时,则可以判定该构件满足承载力要求。
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  ☞延性分析
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  ☞钢骨吊装
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来源:筑龙论坛

来源:结构    微信公众号    中国幕墙网
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 发表于2019-04-26   |  只看该作者      

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