1、第五編建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鋼筋連接技術(shù) 第五編 建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鋼筋連接技術(shù) 第一章建筑工程鋼結(jié)構(gòu) 第一節(jié)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展情況 一國(guó)外超高層建筑發(fā)展概況 1995年5月在荷蘭阿姆斯特丹召開(kāi)了第五屆國(guó)際高層建筑會(huì)議會(huì)上發(fā)布了當(dāng)時(shí)100幢200m以 上的超高層建筑概況表如表511所示再根據(jù)此表并按建造年代結(jié)構(gòu)材料及建筑用途等進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)可得情況表512由表511及表512可知下列的發(fā)展情況 世界上最高的100幢建筑表511高層 建筑與城市住宅委員會(huì)(CTBUH)1995年10月31日 發(fā)布序號(hào)名稱城市建成(年)層數(shù)高度(m) 材料用途 1石油大廈1Petronas Towerl吉隆坡UCM多

2、功能 2石油大廈2Petronas Tower2吉隆坡UCM多功能 3西爾斯大廈Sears Tower 芝加哥S辦公 4金茂大廈Jin Mao Building上海UCM多功能 5世界貿(mào)易中心1One World Trade Center 紐約S辦公 6世界貿(mào)易中心2Two World Trade Center 紐約S辦公 7帝國(guó)大廈Empire State Building紐約S辦公 8中環(huán)廣場(chǎng)Central Plaza香港C辦公 9中銀大廈Bank of China Tower香港M辦公 10TC大廈TC Tower高雄UCS多功能 11標(biāo)準(zhǔn)石油公司大廈Amoco芝加哥S辦公 12約翰漢考

3、克中心John Hancock Center芝加哥S多功能 13地王大廈Shun Hing Square深圳UCM辦公 14中天大廈Sky Central Plaza廣州UCC多功能 15拜約基大廈Baiyoke Tower ll曼谷UCC多功能 16克萊斯勒大廈Chrysler Bullding 紐約S辦公 17國(guó)民銀行廣場(chǎng)Nations Bank Plaza亞特蘭大M辦公 18第一州際世界中心First Interstate World Center洛杉磯M辦公 19得克薩斯商業(yè)大廈Texas Commerce Tower休斯頓M辦公 20柳京飯店Ryugyong Hotel平壤UCC飯店

4、 21咨詢大廈Two Prudential Plaza芝加哥C辦公 22第一州際銀行廣場(chǎng)First Interstate Bank Plaza休斯頓S辦公 23蘭馬克大廈Landmark Tower 橫濱S多功能 24南威克街311大廈311 South Wacker Drive芝加哥C辦公 續(xù)表 序號(hào)名稱城市建成(年)層數(shù)高度(m) 材料用途 25租庇利街皇后大道中大廈Jubilee StreetQueens Road Central香港UCS辦公 26第一加拿大大廈First Canadian Place多倫多S辦公 27美洲國(guó)際大廈American International Build

5、ing紐約S辦公 28自由大廈1One liberty Place 費(fèi)城S辦公 29哥倫比亞第一海上中心Columbia Seafirst Center 西雅圖M辦公 30華爾街40大廈40 Wall Street紐約S辦公 31國(guó)民銀行廣場(chǎng)Nations Bank Plaza達(dá)拉斯M辦公 32華聯(lián)銀行中心Overseas Union Bank Centre 新加坡S辦公 33華聯(lián)銀行廣場(chǎng)United Overseas Bank Plaza新加坡辦公 34共和國(guó)廣場(chǎng)Republic Plaza新加坡M辦公 35花旗中心Citicorp Center 紐約S多功能 36斯科休廣場(chǎng)Scotia P

6、laza多倫多M辦公 37特蘭斯科大廈Transco Tower 休斯頓S辦公 38社會(huì)中心Society Center 克利夫蘭M辦公 39ATT公司中心AT TC orporate Center芝加哥M辦公 40北密西根900大廈900North Michigan芝加哥M多功能 41國(guó)民銀行中心Nations Bank Corporate Center 夏洛特C辦公 42桃樹(shù)中心One Peachtree Center 亞特蘭大C辦公 43加拿大信托大廈Canada Trust Tower 多倫多辦公 44水塔大廈Water Tower Place 芝加哥C多功能 45第一州際大廈Firs

7、t Interstate Tower 洛杉磯S辦公 46全美金字塔大廈Transamerica Pyramid 舊金山S辦公 47GE洛克菲勒中心G.E.Rockefeller Center紐約S辦公 48第一國(guó)民銀行廣場(chǎng)One First National Plaza芝加哥S辦公 49商業(yè)銀行大廈Commerzbank Tower法蘭克福UC辦公 50自由大廈2Two Liberty Place 費(fèi)城辦公 51邁薩托大廈Messeturm法蘭克福C辦公 52USX大廈USX Tower匹茲堡S辦公 53門(mén)樓Gate Tower 大阪UC辦公 54世界貿(mào)易中心World Trade Gente

8、r 大阪M辦公 55亞特蘭大中心One Atlantic Center亞特蘭大M辦公 56BNI城市大廈BNI City Tower雅加達(dá)辦公 57朝鮮人壽保險(xiǎn)公司大廈Korea Life Insurance Company漢城S辦公 58城巔大廈City Spire 紐約C多功能 59蔡斯曼哈頓廣場(chǎng)One Chase Manhattan Plaza紐約S辦公 60公園街200大廈200 Park Avenue紐約S辦公 61KTAR大廈Kompleks Tun Abdul Razak Building檳城C辦公 62馬拉揚(yáng)銀行大廈Malayan Bankr吉隆坡C辦公 63東京都府大廈Tok

9、yo Metropolltan Government Building東京M辦公 64內(nèi)托大廈Rialto Tower 墨爾本C辦公 65烏爾沃斯大廈Woolworth Building 紐約S辦公 66美濃銀行中心Mellon Bank Center費(fèi)城S辦公 67約翰漢考克大廈John Hancock Tower 波士頓S辦公 68銀行中心Bank One Center達(dá)拉斯M辦公 69JR中心大廈JR Central Towers 名古屋UC多功能 續(xù)表 序號(hào)名稱城市建成(年)層數(shù)高度(m) 材料用途 70商業(yè)大廈Commerce Court West 多倫多M辦公 71莫斯科國(guó)立大學(xué)M

10、oscow State University 莫斯科文教 72國(guó)民銀行中心Nations Bank Center休斯頓S辦公 73美洲銀行中心Bank of America Center舊金山S辦公 74世界廣場(chǎng)One Worldwide Plaza紐約S辦公 75加拿大廣場(chǎng)One Canada Square 倫敦S辦公 76IDS中心IDS Center明尼阿波利斯M辦公 77西北中心Norwest Center明尼阿波利斯S辦公 78第一銀行大廈First Bank Place明尼阿波利斯S辦公 79新加坡財(cái)政部大廈Singapore Treasury Building新加坡M辦公 80夏

11、巨庫(kù)公園大廈Shinjuku Park Tower 東京S多功能 81繼承廣場(chǎng)Heritage Plaza休斯頓S辦公 82科學(xué)文化宮Palace of Culture and Science 華沙M文教 83卡內(nèi)基大廈Carnegle Hall Tower紐約C辦公 84第一國(guó)民廣場(chǎng)Three First National Plaza芝加哥M辦公 85公平大廈Equitable Tower紐約S辦公 86賓夕法尼亞廣場(chǎng)One Penn Plaza紐約S辦公 87美洲街1251大廈1251 Avenue of the Americas 紐約S辦公 88咨詢中心Prudential Center

12、波士頓S辦公 89加利福尼亞廣場(chǎng)Two California Plaza洛杉磯辦公 90煤氣公司大廈Gas Company Tower洛杉磯辦公 91MLC中心MLC Centre悉尼C辦公 92太古廣場(chǎng)香格里拉飯店Two Pacific Place ShangriLa Hotel香港C多功能 93路易斯安那1100大廈1100 Louisiana Building休斯頓M辦公 94朝鮮世界貿(mào)易中心Korea World Trade Center 漢城S辦公 95永樂(lè)街皇后大道中大廈Wing Lok StreetQueens Road Central香港UC辦公 96菲利浦總部大廈Govern

13、or Phillip Tower 悉尼C辦公 97靡爾根總部大廈J.P.Morgan Headquarters紐約S辦公 98聯(lián)合廣場(chǎng)Two Union Square 西雅圖M多功能 99希望大廈南 South Hope Building 洛杉磯S辦公 100自由廣場(chǎng)One Liberty Plaza(U.S.Steel)紐約S辦公注S為鋼結(jié)構(gòu)C為混凝土結(jié)構(gòu)M為 鋼混凝土混合結(jié)構(gòu)(包括鋼骨混凝土結(jié)構(gòu))UC為預(yù)計(jì)建成時(shí)間 表512世界上100幢最高建筑建成 的年代材 料及用途 建造年代建筑數(shù)量結(jié)構(gòu)材料建筑數(shù)量建筑用途建筑數(shù)量 目前正在施工13鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)18旅館1 1990年25混合結(jié)構(gòu)24多

14、功能16 1980年30鋼結(jié)構(gòu)45辦公樓80 1970年18不詳13不詳3 1960年6 1950年2 1940年0 1930年5 1930年前1 1 超高層建筑的數(shù)量在增加 200m以上的超高層建筑自30年代至今除40年代因受第二次世界大戰(zhàn)的影響外隨后的年代均在持續(xù)增加尤其是70年代后更顯著 2 較多的是m的超高層建筑 當(dāng)今世界上有6幢400m以上的超高層建筑其中3幢建于70年代另3幢建于90年代建于70年代高為443m的西爾斯大廈至今仍屬世界上最高建筑于1996年建成的高為450m的吉隆坡石油大廈在高度上與西爾斯大廈基本相同100幢超高層建筑中有20幢的建筑高度為m80幢為m高的建筑這表明

15、后者的建筑高度適用性得到開(kāi)發(fā)商的關(guān)注 3 超高層建筑的用途在拓寬 80年代以前的超高層建筑大部分用作辦公建筑但在90年代較多地增加了多功能建筑和旅館建筑的比例拓寬了建筑用途相應(yīng)地結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇也需適應(yīng)其要求 4 結(jié)構(gòu)材料在多樣化 70年代以前和70年代建造的超高層建筑絕大部分采用鋼結(jié)構(gòu)在80年代增加了鋼混凝土結(jié)構(gòu)的比例90年代在非地震區(qū)增加了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的比例如上所述這些結(jié)構(gòu)材料的變化除受建筑用途影響外還由于經(jīng)濟(jì)原因和防火要求使后兩種結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用比例有所增加對(duì)于地震區(qū)超高層建筑則仍以鋼結(jié)構(gòu)為主少量的采用鋼混凝土結(jié)構(gòu) 二國(guó)內(nèi)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展概況 自80年代中期至今的15年內(nèi)我國(guó)已

16、建成和在建的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)和鋼混凝土結(jié)構(gòu)約有29項(xiàng)其簡(jiǎn)要情況見(jiàn)表513根據(jù)該表并按建筑高度結(jié)構(gòu)材料及建筑用途進(jìn)行歸納統(tǒng)計(jì)其情況如表514所示表中7度抗震設(shè)防的高層建筑項(xiàng)目位于上海深圳大連及廈門(mén)等城市8度抗震設(shè)防的項(xiàng)目均位于北京表513國(guó)內(nèi)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)及鋼混凝土結(jié)構(gòu) 工程 序號(hào)工程名稱地點(diǎn)高度(m)層數(shù) 地下地上建筑面積萬(wàn)(m2)總用鋼量(t)結(jié)構(gòu)形式 1金茂大廈上海.鋼筋混凝土核心筒外框鋼筋混凝土柱及鋼柱 2地王大廈深圳294.鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 3賽格廣場(chǎng)深圳278.鋼筋混凝土核心筒外框鋼管混凝土結(jié)構(gòu) 4浦東國(guó)際金融大廈上海.鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 5國(guó)際航運(yùn)大廈上海0鋼筋混凝

17、土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 6京廣中心北京.鋼框架帶鋼邊框鋼骨混凝土剪力墻 續(xù)表 序號(hào)工程名稱地點(diǎn)高度(m)層數(shù) 地下地上建筑面積萬(wàn)(m2)總用鋼量(t)結(jié)構(gòu)形式 7森茂大廈上海.08000鋼筋混凝土核心筒外框鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 8京城大廈北京.鋼框架鋼支撐(外包鋼筋混凝土) 9世界金融大廈上海166.53438.33300鋼筋混凝土核心筒外框鋼骨混凝土柱 10深圳發(fā)展中心深圳.69000鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 11商品交易大廈上海157.73438.56500鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 12新金橋大廈上海.07000鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 13北京國(guó)貿(mào)中心北京155.22398.內(nèi)外鋼框架鋼支撐

18、筒體 14中保大廈上海.02000鋼筋混凝土筒體鋼桁架梁 15上海錦江飯店上海.87500鋼框架鋼支撐及鋼板剪力墻 16世界廣場(chǎng)上海00鋼框架鋼支撐 17上海希爾頓飯店上海.24000鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 18上海國(guó)貿(mào)中心上海.鋼框架鋼支撐 19上海證券大廈上海120.92279.89000鋼筋混凝土核心筒巨型鋼框架鋼支撐 20上海瑞金大廈上海.23700鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 21大連森茂大廈大連.63530鋼骨混凝土框架鋼支撐 22長(zhǎng)富宮飯店北京90.93265.純鋼框架 23九州大廈廈門(mén).鋼框架鋼支撐 24香格里拉飯店北京82.72245.65300鋼筋混凝土核心筒鋼骨混凝土框

19、架 25中國(guó)工商銀行總行北京48.33106.84000鋼框架鋼偏心支撐 26上海金沙江飯店上海41.41141.61100鋼框架鋼支撐 27北京國(guó)貿(mào)中心(二期)北京鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 28大連遠(yuǎn)洋大廈大連200.8451鋼筋混凝土核心筒外框鋼結(jié)構(gòu) 29環(huán)球金融中心上海鋼骨混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)(基礎(chǔ)已施工) 表514國(guó)內(nèi)29幢高層建筑鋼結(jié)構(gòu)和鋼混凝土結(jié)構(gòu)情況歸納(幢數(shù)) 建筑高度結(jié)構(gòu)材料建于地震區(qū)建筑用途 300mmm150m鋼結(jié)構(gòu)鋼混凝土結(jié)構(gòu)(包括鋼骨混凝土結(jié)構(gòu))7度設(shè)防區(qū)8度設(shè)防區(qū)辦公多功能旅館71955 從表514對(duì)29幢高層建筑鋼結(jié)構(gòu)和鋼混凝土結(jié)構(gòu)的歸納結(jié)果可知下列情況 1. 三分

20、之二的工程及5幢最高建筑是鋼混凝土結(jié)構(gòu) 表513中多數(shù)高層建筑項(xiàng)目由外商設(shè)計(jì)他們?cè)?0年代設(shè)計(jì)的項(xiàng)目主要采用鋼結(jié)構(gòu)其原因是多方面的一是考慮到建于地震區(qū)鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能較好另一是根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)因勞務(wù)費(fèi)高認(rèn)為鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)低于混凝土結(jié)構(gòu)施工周期也短等原因在90年代則成為主要采用鋼混凝土結(jié)構(gòu)包括少量的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)其中原因主要在于投資商結(jié)合我國(guó)國(guó)情采用鋼混凝土結(jié)構(gòu)可降低結(jié)構(gòu)造價(jià)此外表中前5幢最高建筑是采用鋼混凝土結(jié)構(gòu) 2 建筑高度多數(shù)為m 上述29幢高層建筑中60的建筑高度為m其中原因受城市規(guī)劃和商業(yè)適用性的影響在結(jié)構(gòu)上也因建于地震區(qū)受鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)適用高度的影響要考慮選用鋼結(jié)構(gòu)和鋼混凝土結(jié)構(gòu)

21、3 29幢高層建筑均建于抗震設(shè)防區(qū) 我國(guó)較多的大中城市位于抗震設(shè)防區(qū)尤其是沿海商業(yè)城市因此設(shè)計(jì)時(shí)很重視鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)的選用以及結(jié)構(gòu)體系的選擇相應(yīng)地促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)和鋼混結(jié)構(gòu)的發(fā)展也推動(dòng)科研工作和規(guī)范的制訂在這一過(guò)程中關(guān)于鋼混凝土結(jié)構(gòu)在地震區(qū)高層建筑中的應(yīng)用問(wèn)題也受到工程界的關(guān)注 4 高層建筑的用途多樣化 由表514可知我國(guó)與國(guó)外在高層建筑用途的多樣化發(fā)展方面也基本相同即在數(shù)量上雖然辦公樓占多數(shù)但多功能及旅館用途的高層建筑在逐漸增多以適應(yīng)當(dāng)今開(kāi)發(fā)商在商業(yè)上的需要 三國(guó)內(nèi)鋼材生產(chǎn)和鋼結(jié)構(gòu)制作安裝技術(shù)概況 1 鋼材質(zhì)量及規(guī)格在不斷提高和開(kāi)發(fā) 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中的柱子及豎向支撐常需采用大于

22、40mm的厚鋼板而且要求符合Z向斷面收縮率的規(guī)定目前厚鋼板的生產(chǎn)質(zhì)量在逐漸提高也已能生產(chǎn)符合斷面收縮率要求的厚鋼板如上海寶山鋼鐵公司等H型鋼的生產(chǎn)供應(yīng)已處于開(kāi)發(fā)供應(yīng)階段自1997年開(kāi)始已有馬鞍山鋼鐵公司鞍山第一軋鋼廠及萊蕪鋼鐵公司等廠家生產(chǎn)H型鋼馬鋼公司可供應(yīng)的最大截面寬翼緣H型鋼為mm中翼緣H型鋼為mm窄翼緣H型鋼為mm前一時(shí)期國(guó)內(nèi)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的鋼材主要采用進(jìn)口鋼材現(xiàn)隨著國(guó)內(nèi)廠家的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)規(guī)格增多價(jià)格趨于合理等也將使國(guó)產(chǎn)鋼材采用數(shù)量增加 2 鋼結(jié)構(gòu)制作安裝專(zhuān)業(yè)公司在擴(kuò)大 高層鋼結(jié)構(gòu)的制作及安裝技術(shù)要求一般情況下要高于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)高層鋼結(jié)構(gòu)工程不斷增多以及國(guó)內(nèi)廠商與外商在制作

23、和安裝的合作并經(jīng)歷了北京上海和深圳等一批大中項(xiàng)目的實(shí)踐已形成一些專(zhuān)業(yè)公司也已具有較好的技術(shù)水平國(guó)內(nèi)有些專(zhuān)業(yè)公司已具備高層鋼結(jié)構(gòu)總承包商的條件 第二節(jié)鋼結(jié)構(gòu)及其同類(lèi)制品的應(yīng)用 我國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)目前主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)這既符合我國(guó)國(guó)情可適應(yīng)使用要求和降低工程造價(jià)也符合規(guī)范關(guān)于適用高度的規(guī)定對(duì)于建于抗震設(shè)防區(qū)的超高層建筑由于國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還較少因此在考慮結(jié)構(gòu)方案時(shí)主要關(guān)注鋼結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)等方案是符合當(dāng)前技術(shù)條件的而且這類(lèi)結(jié)構(gòu)還有其他方面的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)就高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)等三類(lèi)結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn)作一粗略分析 一高層建筑鋼結(jié)構(gòu) 一主要優(yōu)點(diǎn) 1 抗震性能優(yōu)于鋼

24、筋混凝土結(jié)構(gòu) 相對(duì)于鋼材來(lái)說(shuō)混凝土的抗拉和抗剪強(qiáng)度均較低延性也差混凝土構(gòu)件開(kāi)裂后的承載力和變形能力將迅速降低鋼材基本上屬各向同性的材料抗壓抗拉和抗剪強(qiáng)度均很高更重要的是它具有良好的延性在地震作用下鋼結(jié)構(gòu)因有良好的延性不僅能減弱地震反應(yīng)而且屬于較理想的彈塑性結(jié)構(gòu)具有抵抗強(qiáng)烈地震的變形能力 2 減輕結(jié)構(gòu)自重降低基礎(chǔ)工程造價(jià) 一般鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)和框架筒體結(jié)構(gòu)的高層建筑當(dāng)外墻采用玻璃幕墻或鋁合金幕墻板內(nèi)墻采用輕質(zhì)隔墻時(shí)包括樓面活荷載在內(nèi)的上部建筑結(jié)構(gòu)全部重力荷載約為1517kNm2其中梁板柱及剪力墻等結(jié)構(gòu)的自重約為1012kNm2相同條件下采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí)全部重力荷載約為1012kNm2其中鋼結(jié)構(gòu)和混

25、凝上樓板的結(jié)構(gòu)自重約為56kNm2由上述可知兩類(lèi)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)自重的比例為21全部重力荷載的比例約為151這相當(dāng)于75層高的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑上部重力荷載可等同于50層高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑荷載值的很大差異相應(yīng)的地震作用數(shù)值也大為減小基礎(chǔ)荷載大為減輕基礎(chǔ)技術(shù)處理的難度以及基礎(chǔ)工程造價(jià)等均將受到很大影響 3 減少建筑中結(jié)構(gòu)所占的面積 對(duì)于3040層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的高層建筑建于地震區(qū)時(shí)其柱截面尺寸常取決于軸壓比限值而達(dá)18m18m20m20m核芯筒在底部的壁厚將達(dá)0608m以符合結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度和層間位移的要求這兩項(xiàng)結(jié)構(gòu)面積約為建筑樓層面積的7如采用鋼結(jié)構(gòu)柱截面大為減小核芯筒采用鋼柱及鋼支撐時(shí)包括它外側(cè)

26、的裝修做法其厚度仍比筒壁厚度薄很多相應(yīng)的結(jié)構(gòu)面積一般約為建筑樓層面積的3比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可減少約4這對(duì)投資方來(lái)說(shuō)將產(chǎn)生不小的經(jīng)濟(jì)效益 4 施工周期短 鋼結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)是鋼構(gòu)件在工廠制作然后在現(xiàn)場(chǎng)安裝鋼構(gòu)件安裝時(shí)一般不搭設(shè)大量的腳手架同時(shí)采用壓型鋼板可作為混凝土樓板的永久性模板無(wú)需另行支設(shè)模板而且混凝土樓板的施工可與鋼構(gòu)件安裝交叉進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)除鋼筋可在車(chē)間內(nèi)下料外大量的支模鋼筋綁扎和混凝土澆筑等工作均需在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行因此鋼結(jié)構(gòu)的施工速度?？煽煊阡摻罨炷两Y(jié)構(gòu)約2030相應(yīng)的施工周期也縮短能早日投入使用使投資方在經(jīng)濟(jì)效益上獲得早回報(bào) 二關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)及綜合經(jīng)濟(jì)效益 1 高層鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)高于同高度

27、混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)及其原因 不包括基礎(chǔ)及地下室結(jié)構(gòu)在內(nèi)上部高層鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)一般為同樣高度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)造價(jià)的1520倍從而增加了上部結(jié)構(gòu)的直接投資鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)一般包含三部分即鋼材費(fèi)用制作和安裝費(fèi)用以及防火涂料費(fèi)用這三者的粗略比例關(guān)系可由下式表示鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)=鋼材費(fèi)用40+制作安裝費(fèi)用30+防火涂料費(fèi)用30實(shí)際工程中鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量雖大于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋用鋼量但這不是兩種結(jié)構(gòu)差價(jià)的主要原因主要原因在于防火涂料費(fèi)用占有較大的比例以及鋼結(jié)構(gòu)制作安裝的技術(shù)含量較高相應(yīng)的勞務(wù)費(fèi)也高上式中制作安裝費(fèi)用和防火涂料費(fèi)用與結(jié)構(gòu)用鋼量相關(guān)因此節(jié)省用鋼量對(duì)降低工程造價(jià)是很見(jiàn)效的 2 上部鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)與全部結(jié)構(gòu)造價(jià)及工程

28、造價(jià)的比例關(guān)系 全部結(jié)構(gòu)造價(jià)包括上部鋼結(jié)構(gòu)外還包括影響較大的基礎(chǔ)造價(jià)和地下室造價(jià)基礎(chǔ)造價(jià)與地基土條件有很大的關(guān)系軟土地基時(shí)的樁基費(fèi)用相當(dāng)高對(duì)于一般性高層建筑上部鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)約為全部結(jié)構(gòu)造價(jià)的6070工程造價(jià)除包括全部結(jié)構(gòu)造價(jià)外還包括費(fèi)用很高的建筑裝修及電梯機(jī)電設(shè)備等粗略估計(jì)時(shí)一般全部結(jié)構(gòu)造價(jià)約為工程造價(jià)的2030相應(yīng)地上部鋼結(jié)構(gòu)約為工程造價(jià)的1520 3 采用鋼結(jié)構(gòu)的綜合經(jīng)濟(jì)效益 由上述可知上部鋼結(jié)構(gòu)的造價(jià)一般為工程造價(jià)的1520而一般工程造價(jià)約為工程總投資包括拆遷購(gòu)地及市政設(shè)施增容費(fèi)用等的5070相應(yīng)地上部鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)約為工程總投資的815因此鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)間的差價(jià)約為工程總投資的510

29、這一差價(jià)常可由于采用鋼結(jié)構(gòu)后因自重輕而降低基礎(chǔ)造價(jià)增加建筑使用面積和縮短施工周期等得到相當(dāng)程度的彌補(bǔ)從而提高工程的綜合經(jīng)濟(jì)效益 三存在的主要問(wèn)題 1 鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能差 鋼結(jié)構(gòu)是不耐火的結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)烈焰下構(gòu)件溫度迅速上升鋼材的屈服強(qiáng)度和彈性模量隨溫度上升而急劇下降當(dāng)結(jié)構(gòu)溫度達(dá)到350及500時(shí)其強(qiáng)度可分別下降30及50至600時(shí)結(jié)構(gòu)完全喪失承載能力變形迅速增大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌因此高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ9998 規(guī)定對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中的梁柱支撐及作承重用的壓型鋼板等要采用噴涂防火涂料保護(hù) 2 吸取震害經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)完善鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 現(xiàn)已頒布的高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ9998以下簡(jiǎn)稱高鋼規(guī)程在內(nèi)

30、容上已反映部分國(guó)內(nèi)外的地震震害經(jīng)驗(yàn)和抗震設(shè)計(jì)措施但是由于地震的隨機(jī)性和實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性未能避免諸如結(jié)構(gòu)平面和剖面的不規(guī)則以及沿豎向的剛度突變和強(qiáng)度突變的結(jié)構(gòu)方案潛伏著結(jié)構(gòu)的薄弱部位和遭受破壞的可能性鋼結(jié)構(gòu)雖有較好的延性但還難以避免連接節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂支撐的壓屈在阪神地震中還發(fā)生柱子脆性斷裂等震害因此需要在總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)開(kāi)展科學(xué)研究逐漸完善鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 不易落實(shí)鋼材供應(yīng) 目前對(duì)于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的厚鋼板仍需改進(jìn)和研制開(kāi)發(fā)H型鋼雖已生產(chǎn)但規(guī)格還不齊全供應(yīng)上還需適應(yīng)小批量的要求因此設(shè)計(jì)過(guò)程中需要為落實(shí)鋼材供應(yīng)作深入的調(diào)查研究必要時(shí)要考慮采用進(jìn)口鋼材的可能性和供應(yīng)條件以使設(shè)計(jì)方案和所用的鋼

31、材得到落實(shí) 二高層建筑鋼混凝土結(jié)構(gòu) 一主要優(yōu)點(diǎn) 1 側(cè)向剛度大于鋼結(jié)構(gòu) 鋼混凝土結(jié)構(gòu)由于采用鋼筋混凝土剪力墻或核芯筒作為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)其側(cè)向剛度大于一般鋼結(jié)構(gòu)相應(yīng)的水平位移也小這在一些工程實(shí)例中已得到證實(shí) 2 結(jié)構(gòu)造價(jià)介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間 如上所述根據(jù)我國(guó)國(guó)情鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的直接造價(jià)低于鋼結(jié)構(gòu)鋼混凝土結(jié)構(gòu)鋼材用量小于鋼結(jié)構(gòu)又可節(jié)省部分防火涂料費(fèi)用因此鋼混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)基本上介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間 3 施工速度比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有所加快 鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)是常將混凝土核芯筒安排先行施工隨后將筒體施工進(jìn)度也安排快于周邊鋼結(jié)構(gòu)的安裝同時(shí)在鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的梁柱采用鋼結(jié)構(gòu)樓板結(jié)構(gòu)采用

32、在壓型鋼板上澆筑混凝土因此鋼混凝土結(jié)構(gòu)的施工速度可快于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工周期也可縮短些 4 結(jié)構(gòu)面積小于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 由于采用鋼柱相應(yīng)的柱截面小于鋼筋混凝土柱也由于鋼混凝土結(jié)構(gòu)中鋼柱承擔(dān)較小的水平剪力其截面甚至可小于鋼結(jié)構(gòu)中的柱子故與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較可減小柱子所占用的建筑面積便于使用 5 發(fā)揮鋼管混凝土柱的強(qiáng)度和剛度作用 近年來(lái)國(guó)內(nèi)部分鋼混凝土結(jié)構(gòu)工程中已采用鋼管混凝土柱如深圳的地王大廈和賽格廣場(chǎng)大廈分別采用矩形截面及圓形截面的鋼管混凝土柱由于采用了這種柱既提高了柱的承載力又提高了柱的抗推剛度和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度也有利于提高柱的防火能力賽格廣場(chǎng)大廈采用圓形截面鋼管混凝土柱后避免了柱需采用

33、厚鋼板圓鋼管的最大壁厚為30mm此外該工程的四角為非正交的斜交柱網(wǎng)相應(yīng)地可簡(jiǎn)化框架中的梁柱連接構(gòu)造避免箱形截面柱與非正交梁連接構(gòu)造的復(fù)雜性 二存在的主要問(wèn)題 1 混凝土內(nèi)筒的剛度退化將加大鋼框架的剪力 鋼混凝土結(jié)構(gòu)中現(xiàn)在采用的主要結(jié)構(gòu)體系為鋼框架混凝土內(nèi)筒體系其中鋼筋混凝土內(nèi)筒為主要抗側(cè)力結(jié)構(gòu)鋼框架主要承擔(dān)重力荷載也承擔(dān)較小的水平剪力在水平地震 作用下由于鋼框架的抗推剛度遠(yuǎn)小于混凝土內(nèi)筒鋼框架承擔(dān)的水平剪力除頂部幾層可為樓層剪力的1520中部及下部約為相應(yīng)樓層剪力的1015(圖511)在往復(fù)地震動(dòng)的持續(xù)作用下結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段時(shí)墻體產(chǎn)生裂縫后內(nèi)筒的抗推剛度大幅度 圖511 外鋼框架與混凝土內(nèi)筒

34、的水平剪力分配率 降低而鋼框架由于彈性極限變形角大于混凝土內(nèi)筒甚多雖然此時(shí)的水平地震作用要小于彈性階段但鋼框架仍有可能要承擔(dān)比彈性階段大得多的水平地震剪力和傾覆力矩因此為符合結(jié)構(gòu)裂而不倒的要求需要調(diào)整鋼框架部分所承擔(dān)的水平剪力以提高鋼框架的承載力并采取措施提高混凝土內(nèi)筒的延性 2 要進(jìn)一步分析研究鋼混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能由于國(guó)外工程在地震區(qū)很少采用鋼混凝土結(jié)構(gòu)相應(yīng)就缺乏這方面的震害資料國(guó)內(nèi)也無(wú)這方面的經(jīng)驗(yàn)為使這類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完善些有必要做一些模型試驗(yàn)并進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析和結(jié)構(gòu)抗震性能的分析研究 3 確定適宜的層間位移限值 高鋼規(guī)程沒(méi)有列出對(duì)鋼混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定但對(duì)有混凝土剪力墻的鋼結(jié)構(gòu)規(guī)定應(yīng)符合鋼

35、筋混凝土高層建筑設(shè)計(jì)與施工規(guī)程JGJ391以下簡(jiǎn)稱混凝土高規(guī)的要求現(xiàn)行的混凝土高規(guī)規(guī)定的層間位移限值對(duì)于鋼混凝土結(jié)構(gòu)常不易符合要求修編中的混凝土高規(guī)第二稿將包含對(duì)鋼混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定的內(nèi)容關(guān)于鋼混凝土結(jié)構(gòu)的層間位移限值將規(guī)定為等同于相應(yīng)的鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)體系的要求此外修編中的混凝土高規(guī)關(guān)于層間位移限值將比現(xiàn)行混凝土高規(guī)JGJ391有所放松并以此確定適宜的限值 4 混凝土內(nèi)筒的施工誤差遠(yuǎn)大于鋼結(jié)構(gòu) 鋼框架混凝土內(nèi)筒體系中混凝土內(nèi)筒的施工進(jìn)度常先于鋼框架由于支模等原因現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)墻體在水平方向和豎向的偏移差常大于施工規(guī)范的規(guī)定而混凝土施工規(guī)范規(guī)定的誤差限值也已大于鋼結(jié)構(gòu)施工規(guī)范規(guī)定甚多當(dāng)鋼

36、梁與混凝土墻采用預(yù)埋鋼板相連接時(shí)這些鋼板埋件在平面和豎向標(biāo)高的位置不僅受混凝土墻體偏移的影響而且受預(yù)埋件移位的影響其誤差值遠(yuǎn)大于鋼梁加工尺寸的允許范圍常需采取難以令人滿意的彌補(bǔ)措施因此宜在設(shè)計(jì)上采用適應(yīng)性較好的連接方法 三高層建筑鋼骨混凝土結(jié)構(gòu) 國(guó)內(nèi)外高層建筑中完整地對(duì)梁柱支撐及剪力墻等均采用鋼骨混凝土的工程實(shí)例尚屬很少它主要用于下列情況 1 用作過(guò)渡層 上部鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土地下室或基礎(chǔ)之間高鋼規(guī)程規(guī)定宜設(shè)置鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)層作為過(guò)渡層鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程YB也有此推薦意見(jiàn)這種過(guò)渡層設(shè)置法已在日本很多工程中采用國(guó)內(nèi)工程如北京的京廣中心大廈和京城大廈也采用這種過(guò)渡層 2 用作外筒結(jié)構(gòu)的柱子 如

37、第四章中列舉的休斯敦美洲大廈在密柱外筒結(jié)構(gòu)中柱子采用鋼骨混凝土這一結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒為鋼框架但僅承擔(dān)重力荷載 3 用作鋼混凝土結(jié)構(gòu)的外框架柱 如第四章中列舉的上海瑞金大廈在采用鋼混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)內(nèi)筒為混凝土結(jié)構(gòu)外框架的柱為鋼骨混凝土框架梁在上部為鋼梁下部幾層為鋼骨混凝土梁 4 用作框架柱及內(nèi)筒 如第四章中列舉的休斯敦第一城市大廈在采用框架內(nèi)筒結(jié)構(gòu)體系時(shí)框架柱及內(nèi)筒為鋼骨混凝土梁均為鋼梁 一主要優(yōu)點(diǎn) 1 可用作良好的結(jié)構(gòu)過(guò)渡層 (1) 高層建筑在標(biāo)準(zhǔn)層以下和地下室以上常安排有公共建筑部分其層高大于標(biāo)準(zhǔn)層甚多由于柱的抗推剛度D是柱高度h三次方的倒數(shù)關(guān)系D=EIh3因此這一部位是結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度突變的部位例如這一部

38、位的鋼柱截面同標(biāo)準(zhǔn)層而層高是標(biāo)準(zhǔn)層的2倍則公共建筑部位柱的抗推剛度比標(biāo)準(zhǔn)層柱的抗推剛度要降到18剛度突變量很大如由梁柱構(gòu)成鋼骨混凝土框架再與支撐框架等共同工作則不僅提高柱的承載力更主要的是改善地震區(qū)建筑剛度突變的不利情況以及減小該部位的層間位移量 (2) 高層建筑地下室主要是機(jī)電設(shè)施用房其防火要求甚高建筑設(shè)計(jì)上也不再采用吊頂裝修因此如采用鋼骨混凝土梁柱構(gòu)件則可不再噴涂防火涂料比起鋼梁鋼柱構(gòu)件更適應(yīng)地下室的使用要求 (3) 在一些工程中除為適應(yīng)地下室功能要求外還考慮為安排鋼構(gòu)件加工有一進(jìn)度上的間隔或要設(shè)置人防結(jié)構(gòu)等需要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地下室此時(shí)上部鋼結(jié)構(gòu)與地下室鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間需要采用鋼骨

39、混凝土結(jié)構(gòu)過(guò)渡層以使鋼柱及豎向鋼支撐等有良好的受力特性過(guò)渡也便于連接構(gòu)造此外當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)主樓與鋼筋混凝土裙房結(jié)構(gòu)之間相連而不設(shè)抗震縫時(shí)在該部位的主樓結(jié)構(gòu)采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)也有利于兩種結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)造連接 2 造價(jià)低于鋼結(jié)構(gòu)防火能力高于鋼結(jié)構(gòu) 鋼骨混凝土柱可發(fā)揮混凝土的受壓強(qiáng)度截面小于鋼筋混凝土柱用鋼量小于鋼柱相應(yīng)地可降低造價(jià)鋼骨混凝土有很好的防火能力可避免采用昂貴的防火涂料鋼骨混凝土 柱比鋼柱便于建筑裝修此外采用鋼骨混凝土柱有可能避免采用進(jìn)口的厚鋼板而可采用國(guó)產(chǎn)鋼板 3 延性優(yōu)于鋼筋混凝土剛度大于鋼結(jié)構(gòu) 鋼骨混凝土與鋼筋混凝土的阻尼比基本相等但延性有一定程度的提高滯回曲線豐滿些由于鋼骨混凝土柱截面

40、大于鋼柱相應(yīng)的剛度也大 4 施工速度可快于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)施工的特點(diǎn)是可先形成鋼骨結(jié)構(gòu)然后交叉施工鋼筋混凝土部分此時(shí)可利用鋼骨結(jié)構(gòu)作為施工用的承重結(jié)構(gòu)節(jié)省大量腳手架與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比較可加快施工速度縮短施工周期當(dāng)不采用鋼骨混凝土梁而采用鋼梁及在壓型鋼板上澆筑混凝土作為樓板時(shí)其施工速度甚至可接近鋼結(jié)構(gòu)施工速度的水平這也是在一些工程中不采用鋼骨混凝土梁的原因之一 二存在的主要問(wèn)題 1 鋼骨混凝土梁柱的連接構(gòu)造復(fù)雜 已建的高層建筑中在標(biāo)準(zhǔn)層部位采用鋼骨混凝土柱及剪力墻時(shí)很少采用鋼骨混凝土框架梁及次梁其原因有三一是梁柱連接構(gòu)造復(fù)雜二是未能減小梁的截面高度從而不能增加建筑樓層的有效凈高三

41、是影響施工速度采用鋼骨混凝土框架梁時(shí)該梁的上下層縱向鋼筋要穿越十字形鋼骨柱在兩個(gè)方向上的腹板梁柱節(jié)點(diǎn)處柱箍筋要穿越柱側(cè)24根鋼骨梁的腹板構(gòu)造很復(fù)雜尤其是框架梁與柱非正交連接時(shí)不僅十字形鋼骨柱截面為一異形截面而且在柱腹板上要留斜向穿筋洞施工相當(dāng)困難主次梁連接時(shí)次梁下筋要與主梁的連接板焊接 2 鋼骨混凝土梁影響壓型鋼板的采用 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)之所以能快速施工原因之一在于采用無(wú)需支模的壓型鋼板上澆筑混凝土樓板的方法但是當(dāng)采用鋼骨混凝上梁時(shí)就難以采用壓型鋼板做法需要對(duì)梁自身和混凝土樓板等均需支模施工而且梁柱節(jié)點(diǎn)處要穿筋從而減慢了施工速度甚至與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工速度相近 3 層間位移限值等同于鋼筋混凝土

42、結(jié)構(gòu)的規(guī)定 和鋼混凝土結(jié)構(gòu)一樣鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)的部分設(shè)計(jì)規(guī)定也將包含在修編中的混凝土高規(guī)中并將其層間位移限值等同于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的限值當(dāng)框架梁采用鋼梁時(shí)將對(duì)結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度有所減弱無(wú)適當(dāng)措施時(shí)其剛度小于相應(yīng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 第三節(jié)結(jié)構(gòu)體系的分類(lèi)及應(yīng)用 一高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系分類(lèi) 目前高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系分類(lèi)主要是在大量工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上根據(jù)不同建筑高度所 采用的各種不同抗側(cè)力結(jié)構(gòu)對(duì)水平荷載效應(yīng)內(nèi)力分布及位移特征等的適應(yīng)性進(jìn)行粗略分類(lèi)的圖512是文獻(xiàn)1.9對(duì)高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系分類(lèi)示意圖在其他一些文獻(xiàn)中也對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行類(lèi)似的分類(lèi)圖512將高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系分為四大

43、類(lèi) 圖512 各類(lèi)結(jié)構(gòu)體系的適應(yīng)高度 1 框架結(jié)構(gòu)體系包括半剛接及剛接框架 2 共同作用結(jié)構(gòu)體系包括框架支撐體系帶伸臂行架的框架支撐體系 3 部分筒體結(jié)構(gòu)體系包括帶支撐的槽形筒槽形筒和工字形開(kāi)口筒的組合筒 4 筒體結(jié)構(gòu)體系包括外筒筒中筒及巨型支撐外筒 高鋼規(guī)程提出的類(lèi)型除未列舉類(lèi)型3的結(jié)構(gòu)體系外基本上與上述劃分的結(jié)構(gòu)體系類(lèi)似對(duì)所列結(jié)構(gòu)體系與建筑高度的適應(yīng)關(guān)系在概念上也基本相同按上述劃分的各類(lèi)體系在實(shí)際工程中還可派生出一些有其本身特征的結(jié)構(gòu)體系也有些工程還不易確切地說(shuō)明其屬哪一種結(jié)構(gòu)體系隨著時(shí)代的前進(jìn)以及人們創(chuàng)造性的不斷發(fā)揮結(jié)構(gòu)體系還會(huì)多樣化 二結(jié)構(gòu)體系的選用 進(jìn)行實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)常需綜合考慮很多

44、因素由此進(jìn)行深入的方案比較在優(yōu)化過(guò)程中確定其適宜的結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化過(guò)程中宜考慮的主要因素包括 1. 要適應(yīng)地震區(qū)和非地震區(qū)建筑的不同要求 地震區(qū)與非地震區(qū)高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)概念上有相同之處但也有較大的差異地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求并為符合裂而不倒的要求在選擇結(jié)構(gòu)體系時(shí)應(yīng)作如下的考慮 (1) 形成多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系在這些體系中宜采用偏心支撐和設(shè)置贅余桿使大震時(shí)通過(guò)第一道結(jié)構(gòu)防線出現(xiàn)塑性鉸以及贅余桿和耗能梁段等的屈服耗散地震能量 (2) 結(jié)構(gòu)體系宜具有適應(yīng)支撐梁柱的屈服順序機(jī)制或耗能梁段支撐梁柱的屈服順序機(jī)制相應(yīng)地要避免使豎向支撐既承擔(dān)水平剪力又傳遞重力荷載更應(yīng)避免使其成為傳遞

45、重力荷載的主要桿件而應(yīng)使支撐梁和柱形成的支撐框架對(duì)桿件的承載力能夠匹配以使大震時(shí)支撐先行壓曲推遲在柱內(nèi)產(chǎn)生塑性鉸 (3) 結(jié)構(gòu)體系的側(cè)向剛度要連續(xù)化避免剛度突變以減少結(jié)構(gòu)薄弱部分和應(yīng)力集中部位采用如伸臂桁架和巨型框架等結(jié)構(gòu)體系時(shí)宜對(duì)相鄰層結(jié)構(gòu)采取適當(dāng)?shù)倪^(guò)渡措施和加強(qiáng)措施抗風(fēng)的高層建筑鋼結(jié)構(gòu)體系相對(duì)于地震區(qū)建筑的要求有較大的放松但應(yīng)適應(yīng)舒適度的要求符合順風(fēng)向及橫風(fēng)向頂點(diǎn)最大加速度限值的規(guī)定 2 要適應(yīng)建筑高度和建筑高寬比值 圖512在概念上表達(dá)了建筑高度與結(jié)構(gòu)體系的適用關(guān)系同時(shí)也表達(dá)了有些結(jié)構(gòu)體系并不適用的關(guān)系如適用于超高層建筑的筒體結(jié)構(gòu)體系不宜用于高寬比值較小的一般高層建筑建筑高寬比值較大時(shí)一

46、方面使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的水平位移及P效應(yīng)還由于傾覆力矩使柱產(chǎn)生很大的軸向力相應(yīng)地宜選用剪力滯后效應(yīng)較小整體剛度較大的筒體結(jié)構(gòu)還有一類(lèi)建筑如第四章中列舉的日本陽(yáng)光大廈等工程建筑平面為矩形建筑高寬比值較大且內(nèi)筒的高寬比值高達(dá)20因此在這些工程中采取了多項(xiàng)綜合措施如密柱距的框架支撐體系中還設(shè)置伸臂桁架等 3 要適應(yīng)建筑使用功能的要求 高層建筑除建筑功能較為單一的辦公樓外還有數(shù)量不少的多功能高層建筑如帶地下車(chē)庫(kù)的商辦樓以及上部為公寓或旅館下部為辦公用的高層建筑上部為公寓或旅館時(shí)建筑功能上無(wú)需將下部很大的內(nèi)筒向上延伸而是要縮減內(nèi)筒面積形成通天的天井如采用外框內(nèi)筒體系的北京京廣中心大廈采用巨型柱鋼混凝土組合結(jié)

47、構(gòu)的上海金茂大廈等的處理即使功能上較單一的辦公建筑也因開(kāi)發(fā)商要考慮適應(yīng)小面積用戶的要求在上部改為小面積樓層如采用成束筒結(jié)構(gòu)體系的芝加哥西爾斯大廈采用體形為上小下大的錐形體并采用巨型支撐筒體的芝加哥漢考克大廈等有一些建筑在下部幾層要設(shè)置大柱距大空間的中庭如采用巨型框架的東京市政廳大廈還有一些建筑對(duì)于筒體結(jié)構(gòu)要求設(shè)置轉(zhuǎn)換層以適應(yīng)下部大空間的要求上述建筑中均需考慮所采用的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)適應(yīng)建筑功能要求的問(wèn)題 4 要慎重考慮采用特厚鋼板 建筑工程項(xiàng)目推廣應(yīng)用新技術(shù)手冊(cè)第五編建筑工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與鋼筋連接技術(shù)目前國(guó)內(nèi)或國(guó)外高層建筑鋼結(jié)構(gòu)主要采用類(lèi)似于我國(guó)的Q345號(hào)鋼材或類(lèi)似鋼號(hào)的鋼材這一鋼號(hào)與Q235等鋼號(hào)

48、均具有相同的規(guī)律即鋼板厚度愈厚其強(qiáng)度愈低因此對(duì)于厚鋼板的采用除要考慮其強(qiáng)度降低因素外對(duì)于大于100mm的特厚鋼板更應(yīng)考慮它已超出國(guó)標(biāo)GBT關(guān)于Q345鋼材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍也超出高鋼規(guī)程所列Q345強(qiáng)度設(shè)計(jì)值范圍形成無(wú)國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)可遵循對(duì)于60100mm的特厚鋼板如要采用則應(yīng)落實(shí)特厚鋼板關(guān)于斷面收縮率等保證項(xiàng)目及加工廠的焊接工藝以使結(jié)構(gòu)體系具有現(xiàn)實(shí)性必要時(shí)可考慮采用進(jìn)口鋼板 圖513 樓面結(jié)構(gòu)及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的用鋼量 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中采用厚鋼板的構(gòu)件主要是柱和支撐因此通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)體系和柱距等的優(yōu)化比較分析研究采用鋼板厚度小于100mm的可能性 5 著重對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較 隨著科研水平的不斷提高設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的逐

49、漸豐富國(guó)外高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量近期工程低于早期工程其中原因較多有鋼材強(qiáng)度提高的因素以及建筑外墻材料及隔墻材料的減輕因素但也由于結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置等不斷改進(jìn)的原因由圖513可知一般 高層建筑鋼結(jié)構(gòu)中樓面結(jié)構(gòu)的用鋼量變化較小但柱子及支撐等主要抗側(cè)力構(gòu)件的用鋼量將隨著建筑高度的增加而加大因此經(jīng)濟(jì)比較要著重對(duì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的比較 第四節(jié)鋼結(jié)構(gòu)用高效鋼材 傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)材料主要是工字鋼槽鋼角鋼和鋼板鋼號(hào)主要有兩種3號(hào)鋼Q235和16錳鋼Q345近年來(lái)已在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)推廣應(yīng)用了許多新型高效鋼材已經(jīng)取得了很大經(jīng)濟(jì)效益新型鋼材仍在不斷地研究開(kāi)發(fā)將會(huì)取得更大的效益 一軋制H型鋼 軋制H型鋼在國(guó)外早已是普遍應(yīng)用的軋制

50、型材在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用遠(yuǎn)大于其他型鋼目前國(guó)內(nèi)已開(kāi)始生產(chǎn)質(zhì)量好規(guī)格齊全的H型鋼這將會(huì)對(duì)我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響H型鋼是用具有兩水平輥和兩立輥的萬(wàn)能軋機(jī)軋制而成的其性能遠(yuǎn)超過(guò)只有兩水平輥的普通軋機(jī)軋出的普通工字鋼普通工字鋼由于受軋機(jī)的限制其翼緣不能做得很寬因而其側(cè)向剛度很小不適合用做獨(dú)立的柱子即使是用做梁在需要考慮整體穩(wěn)定即沒(méi)有剛性鋪板或足夠的側(cè)向支承點(diǎn)時(shí)也不很適用普通工字鋼的翼緣都要有一個(gè)斜面翼緣肢尖處厚度很小且不平整這就使得與工字鋼的連接很不方便而萬(wàn)能軋機(jī)軋出的H型鋼其翼緣寬度可以做得和截面高度一樣大使其側(cè)向剛度明顯加大H型鋼既可以做梁用也可以做柱用其應(yīng)用范圍遠(yuǎn)非普通工字鋼能比即使是

51、窄翼緣的H型鋼其側(cè)向剛度也較外形尺寸相同的普通工字鋼為大考慮整體穩(wěn)定時(shí)承載能力明顯高于普通工字鋼H型鋼翼緣表面是平行的與其連接就很方便 圖514熱軋H型鋼與熱扎工字鋼截面慣性矩與截面面積的關(guān)系 另外萬(wàn)能軋機(jī)軋輥之間的間隙是可調(diào)的不換軋輥就可軋出不同壁厚的H型鋼同時(shí)軋輥的磨損也較小尺寸公差也容易控制雖然萬(wàn)能軋機(jī)的一次投資比較大但生產(chǎn)成本并不很高從國(guó)外的情況看H型鋼的價(jià)格與鋼板的價(jià)格大致相同在建筑鋼結(jié)構(gòu)中用的最多的就是H形截面桿件國(guó)內(nèi)以往主要是采用焊接組合H形截面鉚接H形組合截面早已被淘汰用三塊板焊接組成H形截面要經(jīng)過(guò)下料定位焊接矯正等多道工序并且還要造成10以上的邊角余料的消耗根據(jù)焊接質(zhì)量和尺寸

52、公差要求的不同焊接H形截面的造價(jià)比軋制H型鋼的造價(jià)高2060而從受力性能上來(lái)說(shuō)焊接H形截面最好也不會(huì)超過(guò)軋制H型鋼采用軋制H型鋼還會(huì)縮短工期 圖515 H型鋼與普通工字鋼連接情況的對(duì)比 利用軋制H型鋼可方便地制成其他截面形式將H型鋼沿腹板中線剖開(kāi)就得到T型鋼T型鋼與在鋼屋架中廣泛使用的雙角鋼截面相比具有節(jié)約材料方便施工方便油漆的優(yōu)點(diǎn)將H型鋼在腹板上沿斜線切開(kāi)掉頭后再重新焊接在一起可做成一頭大一頭小的變截面桿用于變截面梁或變截面剛架使材料得到充分利用將H型鋼在腹板上沿一定的折線切開(kāi)錯(cuò)位后再焊接到一起可做成所謂蜂窩梁不僅可以提高承載能力還可利用蜂窩孔穿過(guò)各種管道使結(jié)構(gòu)層高降低H型鋼現(xiàn)已有新的國(guó)家標(biāo)

53、準(zhǔn)熱軋H型鋼和部分T型鋼GBT其規(guī)格系列和允許偏差等效采用日本H型鋼標(biāo)準(zhǔn)為方便設(shè)計(jì)使用由冶金部建筑研究總院和馬鞍山鋼鐵股份有限公司編制了熱軋H型鋼設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)由中國(guó)計(jì)劃出版社出版供設(shè)計(jì)人員 參考使用 圖516 部分T型鋼和增高梁 圖517 變高度梁圖518 蜂窩梁 二冷彎型鋼和壓型鋼板 由薄鋼板在常溫下經(jīng)冷加工成型的鋼材在國(guó)外稱之為冷型鋼Cold formed steel國(guó)內(nèi)一般把桿狀的稱為冷彎薄壁型鋼把板狀的稱為壓型鋼板冷彎型鋼的壁厚一般為1530mm比一般熱軋型鋼或焊接組合截面的壁厚小得多同時(shí)可以很方便地加工成各種所需要的形狀因此冷彎型鋼的截面特性非常優(yōu)良材料得到充分利用非常省材料表515

54、和表516分別為冷彎型鋼屋蓋體系與鋼筋混凝土屋蓋體系用鋼量的對(duì)比和冷彎型鋼屋架與熱軋型鋼屋架用鋼量對(duì)比可以看出同鋼筋混凝土屋蓋體系相比冷彎型鋼屋蓋體系的用鋼量大致相當(dāng)于鋼筋用量從而可節(jié)省大量混凝土并且可明顯縮短施工工期與熱軋型鋼屋架相比采用冷彎型鋼屋架用鋼量可省一半以上經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^ 表515冷彎型鋼屋蓋體系與鋼筋混凝土 屋蓋休系用鋼量對(duì)比(kgm2) 屋蓋體系跨度(m) 屋面標(biāo)準(zhǔn)荷載(kNm2) 冷彎型鋼10.9611.6811.890.97 鋼筋混凝土12.8412.2411.620.87 表516冷彎型鋼屋架與熱軋型鋼屋架用 鋼量對(duì)比(kg榀) 屋蓋類(lèi)別跨度(m)21 24附注冷彎型鋼

55、 熱軋型鋼使用條件相同 冷彎型鋼的截面形狀有槽形卷邊槽形(C型鋼Z型角型卷邊角型閉口方管圓管型等目前國(guó)內(nèi)用得較多的是C型鋼主要用于檁條方管主要用于桁架最近國(guó)外新開(kāi)發(fā)出一種空心翼緣梁為兩個(gè)三角形空心翼緣和一個(gè)細(xì)長(zhǎng)腹板所組成其特點(diǎn)是除具有工字形截面的雙軸對(duì)稱和截面抗彎性能好之外其空心翼緣的抗扭性能非常好從而顯著提高了考慮整體穩(wěn)定時(shí)的抗彎承載力這種型材主要用于梁和門(mén)式剛架體系壓型鋼板一般是采用0612mm厚mm寬的涂層或鍍鋅鋼板經(jīng)冷軋而成波高為20170mm寬為mm可加工成各種形狀壓型鋼板有單層板單層保溫板雙層保溫板及夾芯板可按不同保溫隔熱要求選用壓型鋼板具有自重輕強(qiáng)度高剛度大施工方便等優(yōu)點(diǎn)壓型鋼板

56、可在施工現(xiàn)場(chǎng)軋制可以做到在屋面和墻面的壓型鋼板長(zhǎng)度方向上沒(méi)有接縫因此提高其防水性能改善外觀壓型鋼板可應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑的屋面墻面和內(nèi)部隔斷過(guò)去工業(yè)廠房中常采用的鋼筋混凝土大型屋面板正越來(lái)越多地被壓型鋼板所取代 壓型鋼板還可以與混凝土組成組合樓板在這種情況下壓型鋼板不僅作為受力鋼筋用還可以在施工階段作為模板用方便施工縮短工期冷彎型鋼和壓型鋼板其局部板件寬厚比都比較大在設(shè)計(jì)計(jì)算上有時(shí)需要考慮屈曲后強(qiáng)度按有效截面計(jì)算設(shè)計(jì)規(guī)范主要有冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GBJ1887和壓型金屬板設(shè)計(jì)施工規(guī)范YBJ21688等冷彎型鋼和壓型鋼板目前沒(méi)有全國(guó)統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品樣本選用有時(shí)也可以自行

57、設(shè)計(jì)所需要的截面形狀 表517C型冷彎熱鍍鋅規(guī)格 型號(hào)斷面尺寸(mm )HBbct截面積(cm2)每米重 (kgm) C 20 20 10 1.21.441.17 C 20 20 10 1.61.921.56 C 20 20 10 2.02.401.95 C10012 100 50 50 10 1.22.852.34 C 50 50 10 1.63.843.12 C 50 50 10 2.04.803.90 C 50 50 10 1.64.163.38 C 50 50 10 2.05.204.23 C 50 50 10 2.56.505.28 續(xù)表 型號(hào)斷面尺寸(mm )HBbct截面積(cm2)每米重(kgm ) C 65 65 20 1.65.284.16 C 65 65 20 2.06.605.20 C 65 65 20 2.58.256.50 C 75 75 20 2.07.606.18 C 75 75 20 2.59.507.72 C 75 75 20 3.011.409.26 C 70 70 20 2.08.406.83 C 7