1、超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)與建造技術(shù)目目 錄錄Click to add TitleClick to add TitleClick to add TitleClick to add Title第一章第一章 課題簡介課題簡介1.11.1課題研究背景課題研究背景（1 1）鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用）鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用19世紀(jì)80年代英國鐵路橋主要用于鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)壁防銹20世紀(jì)上半葉橋墩、棧橋、輸電塔主要增大鋼管柱的承載力20世紀(jì)下半葉至今超高層建筑外框巨柱具有承載力高、抗震性能好、提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度等特點(diǎn)1.11.1課題研究背景課題研究背景（2 2）國內(nèi)在建超高層結(jié)構(gòu)體系及巨柱

2、截面情況）國內(nèi)在建超高層結(jié)構(gòu)體系及巨柱截面情況序序號號項(xiàng)目名項(xiàng)目名稱稱高度（層高度（層數(shù)）數(shù)）巨柱類巨柱類型型根數(shù)根數(shù)（根）（根）最大截面最大截面尺寸（尺寸（m m）最大截面最大截面積（）積（）支撐桁架設(shè)置支撐桁架設(shè)置1 1廣州東廣州東塔塔530m530m（112112層）層）矩形鋼矩形鋼管柱管柱8 83.53.55.65.619.619.64 4道伸臂桁架道伸臂桁架+ +6 6道環(huán)帶桁架道環(huán)帶桁架2 2深圳平深圳平安安648/540m648/540m（104104層）層）鋼骨柱鋼骨柱8 83.23.26.5256.52520.8820.884 4道伸臂桁架道伸臂桁架+ +7 7道環(huán)帶桁架道環(huán)

3、帶桁架3 3上海中上海中心心632/580m632/580m（124124層）層）鋼骨柱鋼骨柱8 83.73.75.35.319.6119.614 4道伸臂桁架道伸臂桁架+ +8 8道環(huán)帶桁架道環(huán)帶桁架4 4武漢綠武漢綠地地636/575m636/575m（125125層）層）鋼骨柱鋼骨柱12123.33.34.64.615.1815.184 4道伸臂桁架道伸臂桁架+ +1010道環(huán)帶桁架道環(huán)帶桁架5 5天津天津117117597m597m（130130層）層）六邊形六邊形鋼管柱鋼管柱4 42 22 28 822.3/11.22.3/11.2332335.2335.233109109（含（含翼

4、墻）翼墻）4545（地上）（地上）無伸臂桁架無伸臂桁架+ +9 9道環(huán)帶桁架道環(huán)帶桁架 在最近十年，隨著超高層建筑不斷涌現(xiàn)，鋼管混凝土組合柱越來越多應(yīng)用于超高層建筑中。1.11.1課題研究背景課題研究背景（3 3）鋼管混凝土柱優(yōu)勢）鋼管混凝土柱優(yōu)勢承載力高，延性好，抗震性能優(yōu)越有利于鋼管的抗火和防火（內(nèi)部混凝土可吸收大量熱量）耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)（內(nèi)部澆筑混凝土，減少與外界空氣接觸）施工方便，節(jié)省工期（不需支、拆模板）1.21.2依托工程簡介依托工程簡介建筑面積：建筑面積：84.784.7萬萬m m2 2結(jié)構(gòu)高度：結(jié)構(gòu)高度：596.5m596.5m，建筑高度：，建筑高度：597m597m由由1

5、17117辦公樓及裙樓、總部辦公樓、商辦公樓及裙樓、總部辦公樓、商業(yè)廊及精品商業(yè)等組成，是集業(yè)廊及精品商業(yè)等組成，是集精品商精品商業(yè)、甲級寫字樓、餐飲娛樂業(yè)、甲級寫字樓、餐飲娛樂和和六星級六星級酒店酒店于一體的綜合性特大型超高層建于一體的綜合性特大型超高層建筑群。筑群。117117辦公樓地下辦公樓地下3 3層層( (局局部部4 4層層) )，地上共，地上共117117層層( (含設(shè)含設(shè)備層共備層共130130個(gè)結(jié)構(gòu)層個(gè)結(jié)構(gòu)層) ) ，塔，塔樓首層建筑平面尺寸約樓首層建筑平面尺寸約65m65m65m65m，42004200，以，以0.880.88漸變至頂層時(shí)平面尺漸變至頂層時(shí)平面尺寸約寸約45m

6、45m45m45m，21002100 。1.31.3課題的提出及研究重難點(diǎn)課題的提出及研究重難點(diǎn)（1 1）課題的提出）課題的提出 超高層建筑外框柱的結(jié)構(gòu)形式以鋼管混凝土柱和勁性混凝土柱居超高層建筑外框柱的結(jié)構(gòu)形式以鋼管混凝土柱和勁性混凝土柱居多，鋼管混凝土柱因受力性能好、經(jīng)濟(jì)、施工方便而被廣泛使用。鋼多，鋼管混凝土柱因受力性能好、經(jīng)濟(jì)、施工方便而被廣泛使用。鋼管混凝土柱截面一般有圓形、矩形兩類，截面面積一般在管混凝土柱截面一般有圓形、矩形兩類，截面面積一般在1010以內(nèi)。以內(nèi)。 天津天津117117大廈建筑方案設(shè)計(jì)之初，大廈建筑方案設(shè)計(jì)之初，建設(shè)單位對建筑外立面提出了建設(shè)單位對建筑外立面提出了

7、開闊視野、簡潔明朗的要求，在滿足建筑外立面效果的前提下，外框開闊視野、簡潔明朗的要求，在滿足建筑外立面效果的前提下，外框必須采用少柱，框柱數(shù)量減少勢必會增大鋼管柱截面，必須采用少柱，框柱數(shù)量減少勢必會增大鋼管柱截面，而而600600米超高米超高層建筑，結(jié)構(gòu)自重巨大，且風(fēng)荷載、地震荷載作用下，鋼管柱截面將層建筑，結(jié)構(gòu)自重巨大，且風(fēng)荷載、地震荷載作用下，鋼管柱截面將發(fā)生巨大變化，巨型鋼管柱在設(shè)計(jì)、施工都缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累和借發(fā)生巨大變化，巨型鋼管柱在設(shè)計(jì)、施工都缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的積累和借鑒，而其受力的安全性、施工質(zhì)量對工程建設(shè)至關(guān)重要。鑒，而其受力的安全性、施工質(zhì)量對工程建設(shè)至關(guān)重要。 針對巨型鋼管混

8、凝土柱設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜性及應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)確針對巨型鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)與施工的復(fù)雜性及應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)確保天津保天津117117大廈巨型鋼管混凝土柱的成功實(shí)施，特成立超高層結(jié)構(gòu)大廈巨型鋼管混凝土柱的成功實(shí)施，特成立超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)與建造技術(shù)課題研究小組復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)與建造技術(shù)課題研究小組。1.31.3課題的提出及研究重難點(diǎn)課題的提出及研究重難點(diǎn)（2 2）研究重難點(diǎn)）研究重難點(diǎn) 1 1、巨型截面是否適用尚不清楚，且相關(guān)規(guī)范中巨型截面鋼管混凝土柱承載力計(jì)巨型截面是否適用尚不清楚，且相關(guān)規(guī)范中巨型截面鋼管混凝土柱承載力計(jì)算算沒有現(xiàn)成的公式可以借鑒。沒有現(xiàn)成的公式可以借鑒

9、。 2 2、天津天津117117大廈巨型柱內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到大廈巨型柱內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到C70C70，最高泵送高度達(dá)到，最高泵送高度達(dá)到583.660m583.660m，要，要求混凝土必須具備自密實(shí)、低收縮、低水化熱等綜合指標(biāo)。為確保現(xiàn)場施工質(zhì)量，求混凝土必須具備自密實(shí)、低收縮、低水化熱等綜合指標(biāo)。為確?，F(xiàn)場施工質(zhì)量，必須必須解決混凝土高強(qiáng)與低水化熱、低收縮之間的矛盾，低水化熱、低收縮與自密實(shí)解決混凝土高強(qiáng)與低水化熱、低收縮之間的矛盾，低水化熱、低收縮與自密實(shí)性能之間的矛盾，自密實(shí)性能與低粘度之間的矛盾，低粘度與高強(qiáng)之間的矛盾。性能之間的矛盾，自密實(shí)性能與低粘度之間的矛盾，低粘度與高強(qiáng)之間的矛盾。

10、 3 3、本工程巨型鋼管混凝土柱截面為六邊形，非圓鋼管，混凝土初凝前對管壁側(cè)本工程巨型鋼管混凝土柱截面為六邊形，非圓鋼管，混凝土初凝前對管壁側(cè)壓力影響大，易造成局部變形。巨型柱混凝土施工期經(jīng)歷冬季與夏季，施工環(huán)境差壓力影響大，易造成局部變形。巨型柱混凝土施工期經(jīng)歷冬季與夏季，施工環(huán)境差異大，且泵送壓力達(dá)到異大，且泵送壓力達(dá)到15MPa15MPa以上，以上，在復(fù)雜氣象條件及高壓作用下混凝土工作性能在復(fù)雜氣象條件及高壓作用下混凝土工作性能易造成不利影響。易造成不利影響。 4 4、巨型組合截面柱組拼單元多，大部分單元都存在三個(gè)方向的拼接焊縫，部分巨型組合截面柱組拼單元多，大部分單元都存在三個(gè)方向的拼

11、接焊縫，部分核心單元同時(shí)存在上、下、四周六個(gè)方向的焊縫。焊縫縱橫交錯，焊接填充量巨大，核心單元同時(shí)存在上、下、四周六個(gè)方向的焊縫。焊縫縱橫交錯，焊接填充量巨大，若焊縫順序不當(dāng)，若焊縫順序不當(dāng)，焊接過程中的焊接收縮勢必會帶來較大的焊接殘余應(yīng)力，對工程焊接過程中的焊接收縮勢必會帶來較大的焊接殘余應(yīng)力，對工程的質(zhì)量造成影響。的質(zhì)量造成影響。 5 5、巨型柱采用了超大截面多腔體鋼管混凝土柱，節(jié)點(diǎn)處柱內(nèi)設(shè)置了密集的水平巨型柱采用了超大截面多腔體鋼管混凝土柱，節(jié)點(diǎn)處柱內(nèi)設(shè)置了密集的水平橫隔板和縱向加勁肋，混凝土澆筑的密實(shí)度、鋼管壁與混凝土之間的粘結(jié)性能受到橫隔板和縱向加勁肋，混凝土澆筑的密實(shí)度、鋼管壁與混

12、凝土之間的粘結(jié)性能受到不利影響，鋼管混凝土柱截面大幅增大對混凝土檢測帶來難題，不利影響，鋼管混凝土柱截面大幅增大對混凝土檢測帶來難題，必須采取新手段對必須采取新手段對鋼管柱中混凝土的澆筑質(zhì)量以及鋼管與混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行必要的檢測與評估。鋼管柱中混凝土的澆筑質(zhì)量以及鋼管與混凝土的粘結(jié)性能進(jìn)行必要的檢測與評估。第二章第二章 課題主要研究內(nèi)容課題主要研究內(nèi)容2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（1 1）研究背景）研究背景特點(diǎn)特點(diǎn): :結(jié)構(gòu)中大量使用結(jié)構(gòu)中大量使用鋼鋼- -混凝土組合構(gòu)件混凝土組合構(gòu)件，結(jié)構(gòu)體系也以鋼，結(jié)構(gòu)體系也以鋼- -混

13、凝土混混凝土混合結(jié)構(gòu)體系為主。合結(jié)構(gòu)體系為主。底部軸力巨大、柱截面形式越來越復(fù)雜。底部軸力巨大、柱截面形式越來越復(fù)雜。理論研究還不完善，設(shè)計(jì)方法也不夠成熟。理論研究還不完善，設(shè)計(jì)方法也不夠成熟。上海中心上海中心深圳平安深圳平安廣州東塔廣州東塔天津天津1172.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究1）結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的平面布置位置結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件的平面布置位置是影響超高層建筑抗側(cè)效率重要因素之一，相同平面形狀、不同立柱布置對截面抗彎剛度的影響。采用正方形平面，在保證立柱

14、總面積相等的情況下，根據(jù)立柱布置的不同，分A、B、C、D四個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算，其平面布置圖如下圖所示。假定模型A的平面沿X軸與Y軸的抗彎剛度均為EI，通過計(jì)算可得其余模型的截面抗彎剛度及相對剛度。模型A模型B模型C模型D4個(gè)角柱4個(gè)角柱+4個(gè)中柱4個(gè)角柱+12個(gè)中柱4個(gè)中柱2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究當(dāng)平面形狀與立柱的截面面積保持不變的情況下，截面的抗彎剛度隨著柱子當(dāng)平面形狀與立柱的截面面積保持不變的情況下，截面的抗彎剛度隨著柱子面積與中和軸的距離的平

15、方成正比，面積與中和軸的距離的平方成正比，即柱子布置在正方形的四個(gè)角上，截面的抗彎即柱子布置在正方形的四個(gè)角上，截面的抗彎剛最大；反之，柱子均布置在兩條中和軸，截面的抗彎剛度最小，為前者的剛最大；反之，柱子均布置在兩條中和軸，截面的抗彎剛度最小，為前者的50%50%。天津天津117117大廈（四根巨柱布置在塔樓角部）能夠較完美滿足結(jié)構(gòu)平面抗彎剛度大廈（四根巨柱布置在塔樓角部）能夠較完美滿足結(jié)構(gòu)平面抗彎剛度最大化的需求。最大化的需求。2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)

16、體系選型研究2）外框架的布置形式采用1中分析作為參照的正方形平面，在保證立柱總面積相等的情況下，根據(jù)外框類型的不同（分別為稀柱體系、帶支撐巨型框架體系、密柱框筒體系、斜交網(wǎng)格體系），分A、B、C、D四個(gè)模型進(jìn)行計(jì)算，其平面布置圖如下圖所示。模型A模型B模型C模型D稀柱體系帶支撐巨型框架體系密柱框筒體系斜交網(wǎng)格體系注：對于注：對于B B、D D模型，在外框立面上沿整個(gè)結(jié)構(gòu)高度布置有斜撐。不同模型外框豎向構(gòu)件模型，在外框立面上沿整個(gè)結(jié)構(gòu)高度布置有斜撐。不同模型外框豎向構(gòu)件與斜撐構(gòu)件在水平面內(nèi)的軸向剛度相同。與斜撐構(gòu)件在水平面內(nèi)的軸向剛度相同。2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超

17、高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究通過上表可知，支撐桁架筒-核心筒體系的模型B的平面抗彎剛度最大。因此天津117大廈采用巨柱設(shè)置在角部的帶支撐巨型框架結(jié)構(gòu)體系，屬于超高層建筑中抗側(cè)效率較高的結(jié)構(gòu)體系。2）外框架的布置形式截面抗彎剛度相對值2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究通過超高層結(jié)構(gòu)體系選型比較，最終確定天津通過超高層結(jié)構(gòu)體系選型比較，最終確定天津117117大廈結(jié)構(gòu)

18、體系為巨大廈結(jié)構(gòu)體系為巨型框架支撐型框架支撐+ +鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，外框筒由鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系，外框筒由4 4根巨型截面多腔體異根巨型截面多腔體異形鋼管混凝土柱、環(huán)帶桁架、巨型斜撐組成。形鋼管混凝土柱、環(huán)帶桁架、巨型斜撐組成。3 3）結(jié)構(gòu)體系選定）結(jié)構(gòu)體系選定天津天津117117大廈整體結(jié)構(gòu)體系大廈整體結(jié)構(gòu)體系2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究3 3）結(jié)構(gòu)體系選定）結(jié)構(gòu)體系選定巨型柱巨型柱翼墻翼墻天津天津117117大廈地下室結(jié)構(gòu)體系大廈地

19、下室結(jié)構(gòu)體系巨型柱巨型柱2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究截面類型選定截面類型選定天津天津117117大廈四根巨柱均勻承擔(dān)了約大廈四根巨柱均勻承擔(dān)了約55%55%塔樓總重量，同時(shí)承載了塔樓塔樓總重量，同時(shí)承載了塔樓側(cè)向力作用下約側(cè)向力作用下約80%80%的傾覆彎矩，罕遇地震作用下，巨柱最大軸力的傾覆彎矩，罕遇地震作用下，巨柱最大軸力約約2020萬萬噸噸。因此需要巨大的巨柱截面來滿足結(jié)構(gòu)的承載力以及剛度的要求。因此需要巨大的巨柱截面來滿足結(jié)構(gòu)的承載力以及剛

20、度的要求。4 4）巨柱結(jié)構(gòu)選型）巨柱結(jié)構(gòu)選型序號序號指標(biāo)指標(biāo)鋼管混凝土柱鋼管混凝土柱鋼骨混凝土柱鋼骨混凝土柱1軸向承載力2抗彎承載力3混凝土施工難度4鋼筋施工難度5樓面形式的選擇余地鋼管混凝土與鋼骨混凝土柱優(yōu)缺點(diǎn)對比表鋼管混凝土與鋼骨混凝土柱優(yōu)缺點(diǎn)對比表截面形狀選定截面形狀選定巨柱需在每個(gè)建筑分區(qū)均與雙向轉(zhuǎn)換桁架以及巨型支撐連接，結(jié)合建巨柱需在每個(gè)建筑分區(qū)均與雙向轉(zhuǎn)換桁架以及巨型支撐連接，結(jié)合建筑外立面角部削角的需求，因此將巨柱設(shè)置為六邊形。筑外立面角部削角的需求，因此將巨柱設(shè)置為六邊形。2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（2 2）

21、超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究）超高層建筑巨型框架結(jié)構(gòu)體系選型研究截面類型選定截面類型選定4 4）巨柱結(jié)構(gòu)選型）巨柱結(jié)構(gòu)選型核心筒核心筒+ +巨型鋼柱巨型鋼柱核心筒核心筒+ +巨型鋼柱巨型鋼柱+ +轉(zhuǎn)換桁架轉(zhuǎn)換桁架+ +巨型斜撐巨型斜撐2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3 3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究1）結(jié)構(gòu)整體剛度研究分析內(nèi)外筒剪力分布內(nèi)外筒傾覆力矩分布從剪力和傾覆力矩內(nèi)外筒分擔(dān)比例分析看，從剪力和傾覆力矩內(nèi)外筒分擔(dān)比例分析看，117117大廈所選取的帶有大廈所選取的帶有巨型

22、支撐的巨型框架結(jié)構(gòu)體系，巨型支撐的巨型框架結(jié)構(gòu)體系，顯著緩解了傳統(tǒng)鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)顯著緩解了傳統(tǒng)鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)高層，混凝土內(nèi)筒強(qiáng)，型鋼外筒弱，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響高層，混凝土內(nèi)筒強(qiáng)，型鋼外筒弱，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響；從而在從而在實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防的前提下，明顯降低了混凝土核心筒在罕遇地震下剛度實(shí)現(xiàn)多道設(shè)防的前提下，明顯降低了混凝土核心筒在罕遇地震下剛度退化，內(nèi)力重分配對型鋼外框架的不利作用，顯著的提高了結(jié)構(gòu)的整退化，內(nèi)力重分配對型鋼外框架的不利作用，顯著的提高了結(jié)構(gòu)的整體安全儲備。體安全儲備。2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3 3）

23、巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2 2）巨柱承載力分析研究）巨柱承載力分析研究巨柱承載力理論計(jì)算巨柱承載力理論計(jì)算巨柱正截面承載力用有限元算法，計(jì)算時(shí)采用如下假定：巨柱正截面承載力用有限元算法，計(jì)算時(shí)采用如下假定：應(yīng)變分布符合平截面假定；應(yīng)變分布符合平截面假定；鋼筋、鋼骨不發(fā)生局部屈曲；鋼筋、鋼骨不發(fā)生局部屈曲；鋼骨與鋼筋采用理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。鋼骨與鋼筋采用理想彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。111111lmcicisjsjijlmxcicicisjsjsjijlmycicicisjsjsjijNAAMA xA xMA yA y2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面

24、鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3 3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2）巨柱承載力分析研究巨柱承載力理論計(jì)算上述方法必須借助于軟件或編程以實(shí)現(xiàn)單元的劃分及承載力的積分運(yùn)算，分析采用ANSYS通用有限元分析軟件進(jìn)行。對巨柱截面進(jìn)行細(xì)分，通過對各種極限狀態(tài)下的截面各單元應(yīng)力進(jìn)行積分，獲取截面的承載力曲面。巨柱正截面承載力曲線（巨柱正截面承載力曲線（PMMPMM相關(guān)曲線）相關(guān)曲線）巨柱巨柱ANSYSANSYS有限元分析模型有限元分析模型2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨

25、型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2）巨柱承載力分析研究巨柱承載力試驗(yàn)由北京工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了117大廈巨型柱試驗(yàn)，共設(shè)計(jì)了6個(gè)1/12縮尺的多腔體鋼管混凝土巨型柱模型試件。巨柱縮尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ图虞d裝置2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2）巨柱承載力分析研究巨柱承載力試驗(yàn)結(jié)論如下：結(jié)論如下：1、軸心受壓條件下，計(jì)算分析所得的多腔體鋼管混凝土巨型柱原型的承載力與模型試件軸心受壓承載力實(shí)測結(jié)果較為接近。2、在多腔

26、體鋼管混凝土巨型柱的腔體內(nèi)配置一定數(shù)量的鋼筋，可提高腔體內(nèi)混凝土的工作性能，特別是在彈塑性變形階段的工作性能。3、巨柱截面在變形過程中，角部鋼板連接的焊縫應(yīng)力集中現(xiàn)象易于發(fā)生，往往導(dǎo)致此處鋼板焊縫首先損傷乃至開裂破壞。4、巨柱試驗(yàn)驗(yàn)證了巨柱截面理論分析的可靠性，并為巨柱構(gòu)造設(shè)計(jì)提供了有效建議。巨柱截面應(yīng)變（驗(yàn)證平截面假定）巨柱截面應(yīng)變（驗(yàn)證平截面假定）巨柱角部焊縫破壞巨柱角部焊縫破壞2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2 2）巨柱承載力分析研究）巨柱承載力分

27、析研究巨柱剛度退化分析巨柱剛度退化分析側(cè)向荷載作用下巨型框架約承擔(dān)了側(cè)向荷載作用下巨型框架約承擔(dān)了80%80%的傾覆彎矩的傾覆彎矩，雖然巨柱承擔(dān)了約，雖然巨柱承擔(dān)了約55%55%的建筑重量，但巨柱在罕遇地震下仍可能出現(xiàn)拉力。巨柱內(nèi)部混凝土受的建筑重量，但巨柱在罕遇地震下仍可能出現(xiàn)拉力。巨柱內(nèi)部混凝土受拉可能退出工作，對于巨柱軸向剛度有較大影響。北京工業(yè)大學(xué)針對此現(xiàn)象拉可能退出工作，對于巨柱軸向剛度有較大影響。北京工業(yè)大學(xué)針對此現(xiàn)象進(jìn)行了普通矩形鋼管混凝土柱往復(fù)拉壓試驗(yàn)，以獲取拉壓反復(fù)作用下，鋼管進(jìn)行了普通矩形鋼管混凝土柱往復(fù)拉壓試驗(yàn)，以獲取拉壓反復(fù)作用下，鋼管混凝土柱的真實(shí)剛度?；炷林恼鎸?shí)

28、剛度。反復(fù)拉壓試驗(yàn)?zāi)Ｐ洼S向剛度K-軸向應(yīng)變曲線2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究2 2）巨柱承載力分析研究）巨柱承載力分析研究巨柱剛度退化分析巨柱剛度退化分析試驗(yàn)結(jié)論如下：試驗(yàn)結(jié)論如下：各試件的抗壓剛度明顯大于抗拉剛度，混凝土受拉退出工作現(xiàn)象比較各試件的抗壓剛度明顯大于抗拉剛度，混凝土受拉退出工作現(xiàn)象比較嚴(yán)重。嚴(yán)重。在彈塑性變形后期無栓釘段容易出現(xiàn)薄弱的截面，這種薄弱的截面在在彈塑性變形后期無栓釘段容易出現(xiàn)薄弱的截面，這種薄弱的截面在軸向往復(fù)拉壓荷載作用下

29、性能退化較快，導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件的后期承載力、剛度軸向往復(fù)拉壓荷載作用下性能退化較快，導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件的后期承載力、剛度和延性顯著下降，十分不利。和延性顯著下降，十分不利。在鋼管柱的腔體內(nèi)鋼板上焊接一定數(shù)量的栓釘，可明顯提高鋼管與腔在鋼管柱的腔體內(nèi)鋼板上焊接一定數(shù)量的栓釘，可明顯提高鋼管與腔體內(nèi)混凝土共同工作的性能，特別是彈塑性變形階段的工作性能。體內(nèi)混凝土共同工作的性能，特別是彈塑性變形階段的工作性能?！拜S力F-位移U”曲線”（有栓釘段）“軸力F-位移U”曲線”（無栓釘段）2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力

30、性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究3 3）巨柱焊縫形式研究分析）巨柱焊縫形式研究分析項(xiàng)目部委托同濟(jì)大學(xué)對巨型鋼管混凝土柱的截面組裝焊縫性能進(jìn)行研究。由于巨柱截面巨大，為了試驗(yàn)?zāi)軌蚋媚M焊縫影響，需降低試件的縮尺比例。試驗(yàn)根據(jù)焊縫位置以及焊縫形式設(shè)計(jì)了2腔以及4腔截面。2腔模型截面示意圖4腔模型截面示意圖2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究3 3）巨柱焊縫形式研究分析）巨柱焊縫形式研究分析試驗(yàn)、分析結(jié)論如下：試驗(yàn)、分析結(jié)論如下：天津天津117117

31、大廈巨型鋼管混凝土柱組裝焊縫可采用大廈巨型鋼管混凝土柱組裝焊縫可采用以下方案：橫向焊縫均采用全熔透，縱向外部焊縫采用全熔透，僅對影響較以下方案：橫向焊縫均采用全熔透，縱向外部焊縫采用全熔透，僅對影響較小的縱向內(nèi)部焊縫采用部分熔透形式。小的縱向內(nèi)部焊縫采用部分熔透形式。部分熔透形式角焊縫形式一級全熔透形式一級全熔透形式2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究4 4）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)巨型柱承擔(dān)了近巨型柱承擔(dān)了近50%50%的

32、上部結(jié)構(gòu)豎向荷載。在水平地震作用下，由巨柱的上部結(jié)構(gòu)豎向荷載。在水平地震作用下，由巨柱和支撐組成的和支撐組成的外筒承擔(dān)的底層剪力占基底總剪力外筒承擔(dān)的底層剪力占基底總剪力65%65%，底層傾覆力矩占基底，底層傾覆力矩占基底總傾覆力矩總傾覆力矩80%80%。巨柱是主體結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵構(gòu)件之一，因此巨柱的柱腳構(gòu)造設(shè)計(jì)尤為重巨柱是主體結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵構(gòu)件之一，因此巨柱的柱腳構(gòu)造設(shè)計(jì)尤為重要。巨柱柱腳的設(shè)計(jì)目標(biāo)同巨柱，即中震彈性和大震不屈服。根據(jù)荷載組合要。巨柱柱腳的設(shè)計(jì)目標(biāo)同巨柱，即中震彈性和大震不屈服。根據(jù)荷載組合分析，只有大震不屈服工況柱腳出現(xiàn)拉力，最大拉力值為分析，只有大震不屈服工況柱腳出現(xiàn)拉力，

33、最大拉力值為300MN300MN，其余工況，其余工況巨柱柱腳承擔(dān)壓力。巨柱柱腳承擔(dān)壓力。巨柱軸力分布巨柱軸力分布2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究4）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究柱腳節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一般柱腳節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有露出式、埋入式以及半埋入式幾種。本工程采用露出式柱腳構(gòu)造，輔以高強(qiáng)錨栓系統(tǒng)承擔(dān)大震下的拉力，主要有幾點(diǎn)原因：主要有幾點(diǎn)原因：1 高強(qiáng)錨栓系統(tǒng)（75mm，屈服強(qiáng)度1080kN/）具有材料抗拉強(qiáng)度高，與筏板縱筋沖突少、方便施工的特點(diǎn)；2 地下室范圍巨柱與翼墻連接，巨柱

34、的內(nèi)力已有效擴(kuò)散至筏板；3 巨柱柱腳的彎矩、剪力與軸力相比，承載力要求較低；4 巨柱為多腔鋼管混凝土，鋼柱腳底板可采用環(huán)板構(gòu)造，巨大軸向壓力可通過混凝土直接傳遞筏板；5 露出式柱腳可充分利用筏板厚度，提高筏板抗沖切承載力；6 如采用埋入式，巨柱柱腳不可避免與筏板的頂面縱筋沖突，筏板鋼筋有較大削弱，鋼柱安裝定位需要額外固定措施，給土建和鋼構(gòu)施工均帶來難度；7 延長鋼結(jié)構(gòu)加工制作周期。鋼柱可延遲至筏板混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束時(shí)進(jìn)場，增加近3個(gè)月的加工周期。巨柱柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖巨柱柱腳節(jié)點(diǎn)示意圖2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管

35、混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究4 4）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究巨型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)巨型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)塔樓巨型節(jié)點(diǎn)連接雙向轉(zhuǎn)換桁架以及巨型支撐，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)塔樓巨型節(jié)點(diǎn)連接雙向轉(zhuǎn)換桁架以及巨型支撐，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，主要有以下特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)尺寸大、節(jié)點(diǎn)連接桿件多、巨型支撐與轉(zhuǎn)換桁點(diǎn)，主要有以下特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)尺寸大、節(jié)點(diǎn)連接桿件多、巨型支撐與轉(zhuǎn)換桁架不在同一平面內(nèi)，兩者之間的凈距僅架不在同一平面內(nèi)，兩者之間的凈距僅200mm200mm。鑒于鑒于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、傳力機(jī)制傳力機(jī)制、材料組成材料組成等方面都非常復(fù)雜，且數(shù)值模擬等方面都非常復(fù)雜，且數(shù)值模擬難度大，故有必要對此連接

36、進(jìn)行試驗(yàn)研究。項(xiàng)目部委托同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行了難度大，故有必要對此連接進(jìn)行試驗(yàn)研究。項(xiàng)目部委托同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行了117117巨柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，并進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)有限元分析進(jìn)行驗(yàn)證。巨柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，并進(jìn)行了節(jié)點(diǎn)有限元分析進(jìn)行驗(yàn)證。巨型節(jié)點(diǎn)有限元模型巨型節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（3）巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究巨型組合截面鋼管混凝土柱受力性能研究4 4）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究）巨柱節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)研究巨型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)巨型節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)通過對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單向、往復(fù)加載以及有限元分析論證，通過對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行單向、往復(fù)加載以及有限元分析論證，主要有主要有以下結(jié)論：以下

37、結(jié)論：兩種工況大震水平往復(fù)加載時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)均未有明顯的宏觀破兩種工況大震水平往復(fù)加載時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)均未有明顯的宏觀破壞現(xiàn)象發(fā)生，試件基本處于彈性狀態(tài)，壞現(xiàn)象發(fā)生，試件基本處于彈性狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)滿足大震不屈服要求節(jié)點(diǎn)滿足大震不屈服要求；彈塑性滯回加載時(shí)，支撐端部荷載超過支撐屈服內(nèi)力后，巨柱彈塑性滯回加載時(shí)，支撐端部荷載超過支撐屈服內(nèi)力后，巨柱節(jié)點(diǎn)未有明顯破壞現(xiàn)象，說明節(jié)點(diǎn)未有明顯破壞現(xiàn)象，說明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗的抗震設(shè)計(jì)要求震設(shè)計(jì)要求；支撐、桁架與巨柱的連接焊縫，橫隔板與鋼管以及鋼骨間的連支撐、桁架與巨柱的連接焊縫，橫隔板與鋼管以及鋼骨間的連接焊縫都十分重要，施工

38、中應(yīng)當(dāng)保證節(jié)點(diǎn)域?qū)咏雍缚p都十分重要，施工中應(yīng)當(dāng)保證節(jié)點(diǎn)域?qū)雍缚p的質(zhì)量焊縫的質(zhì)量。2.12.1超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱設(shè)計(jì)研究（4 4）技術(shù)成果結(jié)論）技術(shù)成果結(jié)論1 1 、巨柱設(shè)置在四個(gè)角部平面抗彎剛度最大巨柱設(shè)置在四個(gè)角部平面抗彎剛度最大，帶支撐巨型框架，帶支撐巨型框架結(jié)構(gòu)體系屬于超高層建筑中抗側(cè)效率較高的結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系屬于超高層建筑中抗側(cè)效率較高的結(jié)構(gòu)體系。2 2、巨柱截面基本符合平截面假定巨柱截面基本符合平截面假定，縱向內(nèi)部焊縫部分熔透的，縱向內(nèi)部焊縫部分熔透的形式對鋼管混凝土柱的斜向受壓極限承載力和延性影響較小。形式對鋼管混凝土

39、柱的斜向受壓極限承載力和延性影響較小。3 3 、軸心受壓條件下，計(jì)算分析所得的多腔體鋼管混凝土巨型、軸心受壓條件下，計(jì)算分析所得的多腔體鋼管混凝土巨型柱原型的承載力與模型試件軸心受壓承載力實(shí)測結(jié)果較為接近。柱原型的承載力與模型試件軸心受壓承載力實(shí)測結(jié)果較為接近。巨型柱內(nèi)須配置一定數(shù)量鋼筋、巨柱周邊鋼板焊縫的棱角部位予巨型柱內(nèi)須配置一定數(shù)量鋼筋、巨柱周邊鋼板焊縫的棱角部位予以加強(qiáng)。以加強(qiáng)。4 4 、節(jié)點(diǎn)區(qū)域耗能性能良好，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)區(qū)域耗能性能良好，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)要求。要求。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截

40、面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)1 1）研究背景）研究背景本工程外框本工程外框4 4根巨型鋼管混凝土柱，單根柱最大橫截面面積為根巨型鋼管混凝土柱，單根柱最大橫截面面積為109109，且柱內(nèi)腔體多，腔體體內(nèi)有大量且柱內(nèi)腔體多，腔體體內(nèi)有大量50mm50mm大直徑豎向鋼筋與肋板，所澆筑混凝大直徑豎向鋼筋與肋板，所澆筑混凝土為土為C70C70自密實(shí)混凝土，為確保巨型柱整體強(qiáng)度、混凝土澆筑密實(shí)度，同時(shí)自密實(shí)混凝土，為確保巨型柱整體強(qiáng)度、混凝土澆筑密實(shí)度，同時(shí)控制混凝土與鋼柱內(nèi)壁間的縫隙，混凝土性能指標(biāo)須滿足下表要

41、求控制混凝土與鋼柱內(nèi)壁間的縫隙，混凝土性能指標(biāo)須滿足下表要求技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)具體要求具體要求坍落度及坍落度經(jīng)時(shí)損失對于巨型柱C70自密實(shí)混凝土，為保障混凝土具有超強(qiáng)的施工性能，要求混凝土入泵坍落度為220240mm；坍落度經(jīng)時(shí)損失要求為1h小于10mm，2h小于20mm；保證混凝土勻質(zhì)性高、粘聚性好，不離析。坍落擴(kuò)展度坍落擴(kuò)展度在600700mm之間，擴(kuò)展度損失1h小于20mm，2h小于30mm。倒錐試驗(yàn)倒錐試驗(yàn)流出時(shí)間在58s之間，保證超高泵送時(shí)具有合適的粘度。壓力泌水率壓力泌水率小于35%，保證超高泵送壓力下混凝土的抗離析性能。體積穩(wěn)定性3天收縮率小于萬分之二C70C70混凝土性能指標(biāo)表混

42、凝土性能指標(biāo)表2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)1 1）研究背景）研究背景由于采用高強(qiáng)高性能自密實(shí)混凝土，且泵送高度高，根據(jù)混凝土各項(xiàng)由于采用高強(qiáng)高性能自密實(shí)混凝土，且泵送高度高，根據(jù)混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，對其研制主要從以下性能指標(biāo)要求，對其研制主要從以下三個(gè)方面開展三個(gè)方面開展：1 大體積混凝土體量大，水泥水化時(shí)放熱量多，如何降低大體積混凝土的水化熱、控制溫度裂縫。2 高強(qiáng)混凝土水膠比很低，膠凝材料總量高，細(xì)礦物摻合料量大，混凝土收縮

43、較大，如何控制高強(qiáng)混凝土的收縮在合理的范圍內(nèi)。3 異形多腔巨型柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對混凝土流動性能及抗離析性能要求苛刻，要求混凝土具有較高的粘度，但是粘度高會導(dǎo)致混凝土泵送困難，因此粘度的控制是研究重點(diǎn)。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)2 2）C70C70大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究微珠基本性能研究微珠基本性能研究a a、微珠顆粒粒徑及形態(tài)、微珠顆粒粒徑及形態(tài)微珠呈球形顆粒，硅灰呈無定形態(tài)，超細(xì)礦粉呈不規(guī)

44、則多邊形狀。硅微珠呈球形顆粒，硅灰呈無定形態(tài)，超細(xì)礦粉呈不規(guī)則多邊形狀。硅灰的無定形態(tài)會吸附大量的自由水，對體系流動性有負(fù)面影響；超細(xì)礦粉灰的無定形態(tài)會吸附大量的自由水，對體系流動性有負(fù)面影響；超細(xì)礦粉不規(guī)則多邊形狀，棱角分明，與微珠形成鮮明的對比，也不能增加體系流不規(guī)則多邊形狀，棱角分明，與微珠形成鮮明的對比，也不能增加體系流動性。而微珠細(xì)又多的球形顆粒，能夠說明其在膠凝材料體系中可以表現(xiàn)動性。而微珠細(xì)又多的球形顆粒，能夠說明其在膠凝材料體系中可以表現(xiàn)出更出色的出更出色的“滾珠滾珠”軸承作用軸承作用，增加，增加漿體流動性漿體流動性。微珠SEM圖片硅灰SEM圖片超細(xì)礦粉SEM圖片2.22.2超

45、高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)2 2）C70C70大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究微珠基本性能研究微珠基本性能研究b、微珠化學(xué)成分水泥粒度分布硅灰粒度分布超細(xì)礦粉粒度分布微珠粒度分布原材料SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO燒失量共計(jì)水泥23.355.173.8159.603.060.9596.03微珠微珠58.9058.9016.4316.436.516.519.179.171.341.340.290.29

46、92.6492.64粉煤灰49.9231.236.712.540.782.9194.09超細(xì)礦粉31.7614.640.4036.279.960.7893.81硅灰89.640.490.981.181.752.8096.84c c、微珠粒度分析、微珠粒度分析2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)2 2）C70C70大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究微珠對水泥性能的影響研究微珠對水泥性能的影響研究0102030

47、405050100150200250流 動度/mm微珠摻量/%01020304050012345678減水率/%微珠摻量/%0102030405001020304050607080 3d 7d 28d抗壓強(qiáng)度/MPa微珠摻量/%微珠摻量對膠凝材料體系減水率的影響微珠摻量對膠凝材料體系減水率的影響微珠摻量對水泥凈漿流動度的影響微珠摻量對水泥凈漿流動度的影響微珠摻量對水泥膠砂強(qiáng)度的影響微珠摻量對水泥膠砂強(qiáng)度的影響2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)

48、技術(shù)2）C70大體積自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究低熱膠凝體系關(guān)鍵技術(shù)膠凝體系水化溫升測試結(jié)果膠凝體系水化溫升測試結(jié)果編號編號水泥水泥/kg/kg礦粉礦粉/kg/kg微珠微珠/kg/kg粉煤灰粉煤灰/kg/kg水膠比水膠比140010010000.232150210901500.203150270120600.2041502101201200.20因此，低熱膠凝材因此，低熱膠凝材料體系設(shè)計(jì)的原則是料體系設(shè)計(jì)的原則是盡量降低水泥與硅灰盡量降低水泥與硅灰用量，提高粉煤灰或用量，提高粉煤灰或微珠用量。微珠用量。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造

49、技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)3 3）C70C70大體積自密實(shí)混凝土配制及性能研究大體積自密實(shí)混凝土配制及性能研究水泥水泥+ +粉煤灰粉煤灰+ +超細(xì)礦粉超細(xì)礦粉+ +硅灰膠凝材料體系硅灰膠凝材料體系編號膠材總量W/C水泥粉煤灰超細(xì)礦粉硅灰砂516mm碎石510mm碎石水PC%C70-15800.274106050607458351101552.40C70-26000.26420705060737835981552.30C70-36100.25420905050751835841552.10C70-46200.2543090

50、30707158451101552.40C70-56200.2740010050707459051652.20C70-66200.2540010050707459051552.50C70-76300.254309050607459051552.50編號坍落擴(kuò)展度/mm坍落與J環(huán)擴(kuò)展度之差/mm倒坍時(shí)間/s離析率/%U型箱填充高度/mm抗壓強(qiáng)度/MPa3d7d14d28dC70-1685105.25.136061.971.27982.8C70-2695103.75.936061.37580.783.5C70-370553.46.736257.368.372.285.5C70-471553.15.

51、337062.468.676.482.5C70-571002.67.736360.16870.481.2C70-6670207.63.636865.175.580.289.6C70-7655258.85.335269.770.385.292.7在水泥在水泥+ +粉粉煤灰煤灰+ +超細(xì)超細(xì)礦粉礦粉+ +硅灰硅灰膠材體系膠材體系下，配合下，配合比比C70-3C70-3最最佳。佳。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)3 3） C70C70大體積自

52、密實(shí)混凝土配制及性能研究大體積自密實(shí)混凝土配制及性能研究水泥水泥+ +粉煤灰粉煤灰+ +礦粉礦粉+ +硅灰膠凝材料體系硅灰膠凝材料體系13配合比優(yōu)勢較大，自密實(shí)性能良好。14和15配合比強(qiáng)度富余系數(shù)偏小，在115%以下，14和15配合比對比，降低粉煤灰用量以降低膠凝材料總量，混凝土粘度變大，各齡期強(qiáng)度普遍下降，其中，15配合比28d強(qiáng)度下降5%左右。試驗(yàn)編號膠材水泥粉煤灰S95礦粉硅灰河砂小石大石水減水劑C70-1260034012090507305004501502.30%C70-1360032014090507305004501502.30%C70-14600300160905073050

53、04501502.30%C70-1558030014090507305004501502.30%試驗(yàn)編號坍落擴(kuò)展度/mm坍落與J環(huán)擴(kuò)展度之差/mm倒坍時(shí)間/s離析率/%U型箱填充高度/mm抗壓強(qiáng)度/MPa7d14d28dC70-1270053.46.336565.075.881.4C70-1371002.96.837059.570.380.6C70-1469502.85.237060.268.377.3C70-1568503.14.736056.466.373.72.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝

54、土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)3 3） C70C70大體積自密實(shí)混凝土配制及性能研究大體積自密實(shí)混凝土配制及性能研究利用特種超細(xì)礦物摻合料微珠制備利用特種超細(xì)礦物摻合料微珠制備C70C70大體積自密實(shí)混凝土大體積自密實(shí)混凝土試驗(yàn)編號膠材水泥微珠S95礦粉河砂516mm碎石510mm碎石水減水劑C70-226103201301607205404201452.20%C70-235903201301407405404201452.20%C70-245703401101207605404201452.20%C70-255503401101007605404401452.2

55、0%試驗(yàn)編號坍落擴(kuò)展度/mm坍落與J環(huán)擴(kuò)展度之差/mm倒坍時(shí)間/s離析率/%U型箱填充高度/mm抗壓強(qiáng)度/MPa7d14d28dC70-2269052.97.636564.977.692.7C70-2368002.68.437060.671.388.3C70-2469002.37.037058.868.586.7C70-2567553.36.736054.961.178.5綜合考慮混綜合考慮混凝土性能與凝土性能與經(jīng)濟(jì)性，最經(jīng)濟(jì)性，最終選定終選定C70-C70-2424配合比為配合比為最優(yōu)配合比。最優(yōu)配合比。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱

56、建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)4 4） C70C70大體積自密實(shí)混凝土溫控模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析大體積自密實(shí)混凝土溫控模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)柱實(shí)體設(shè)置栓釘?shù)那惑w混凝土種類混凝土種類強(qiáng)度等強(qiáng)度等級級每立方米混凝土原材料用量每立方米混凝土原材料用量/kg/kg水泥水泥砂砂石石水水外加劑外加劑礦粉礦粉微珠微珠自密實(shí)混凝自密實(shí)混凝土土C70C703303307607609609601451459 9120120110110項(xiàng)目項(xiàng)目坍落擴(kuò)展度坍落擴(kuò)展度/mm/mmT50/sT50/s含氣量含氣量出罐溫度出罐溫度/ /入模溫度入模溫度/

57、 /測試值測試值7307407307402.52.53.3%3.3%30.830.832.632.6C70C70自密實(shí)混凝土配合比自密實(shí)混凝土配合比C70C70自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)自密實(shí)混凝土性能指標(biāo)2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)4 4） C70C70大體積自密實(shí)混凝土溫控模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析大體積自密實(shí)混凝土溫控模擬試驗(yàn)結(jié)果與分析溫度測點(diǎn)布置圖多腔巨型柱中心縱向溫度巨柱表面測點(diǎn)與大氣溫差圖2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱

58、建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)（1 1）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)）多腔體鋼管柱高強(qiáng)高性能混凝土研制與評價(jià)技術(shù)5 5）技術(shù)成果結(jié)論）技術(shù)成果結(jié)論1 1、 微珠能夠大大降低需水量，減水率能夠達(dá)到微珠能夠大大降低需水量，減水率能夠達(dá)到7%7%，具有高比表面積，具有高比表面積和高活性，和高活性，28d28d活性指數(shù)能夠達(dá)到活性指數(shù)能夠達(dá)到120%120%。2 2、 復(fù)合膠凝材料壓實(shí)體堆積密度與其硬化水泥石的孔結(jié)構(gòu)具有較好復(fù)合膠凝材料壓實(shí)體堆積密度與其硬化水泥石的孔結(jié)構(gòu)具有較好的對應(yīng)關(guān)系，復(fù)合膠凝材料壓實(shí)體堆積密實(shí)度越高，的對應(yīng)關(guān)系，復(fù)合膠凝材料壓實(shí)體堆積密實(shí)度越高

59、，復(fù)合膠凝材料漿體的復(fù)合膠凝材料漿體的孔結(jié)構(gòu)越致密孔結(jié)構(gòu)越致密。3 3、減水劑的調(diào)整試驗(yàn)表明，、減水劑的調(diào)整試驗(yàn)表明，在高強(qiáng)混凝土中使用時(shí)減水劑、保坍劑在高強(qiáng)混凝土中使用時(shí)減水劑、保坍劑時(shí)，用量越高，混凝土塌落度保持能力越強(qiáng)時(shí)，用量越高，混凝土塌落度保持能力越強(qiáng)，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行，但應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行試驗(yàn)后確定用量。聚羧酸減水劑對混凝土的凝結(jié)時(shí)間基本無影響，混凝土試驗(yàn)后確定用量。聚羧酸減水劑對混凝土的凝結(jié)時(shí)間基本無影響，混凝土的凝結(jié)時(shí)間調(diào)整主要是通過緩凝劑來調(diào)整。的凝結(jié)時(shí)間調(diào)整主要是通過緩凝劑來調(diào)整。2.22.2超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土巨型柱建造技術(shù)超高層結(jié)構(gòu)復(fù)雜截面鋼管混凝土

60、巨型柱建造技術(shù)（2 2）超高層異形多腔體巨型柱混凝土施工技術(shù)）超高層異形多腔體巨型柱混凝土施工技術(shù)巨型柱最大高度巨型柱最大高度583.66583.66米，混凝土總方量米，混凝土總方量6.26.2萬萬mm。綜合考慮混凝土泵綜合考慮混凝土泵送高度及總泵送方量，送高度及總泵送方量，現(xiàn)場布置三臺超高壓混凝土輸送泵，泵車型號為三現(xiàn)場布置三臺超高壓混凝土輸送泵，泵車型號為三一重工生產(chǎn)的一重工生產(chǎn)的HBT9050CH-5D HBT9050CH-5D 。1 1）巨型鋼管柱混凝土超高泵送設(shè)備配置技術(shù)）巨型鋼管柱混凝土超高泵送設(shè)備配置技術(shù)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)HBT9050CH-5DHBT9050CH-5D整機(jī)質(zhì)量整機(jī)