钢管混凝土_叠合_柱在超高层建筑结构中的应用

1、第 11 期 20 10 年 11 月 广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING No 11 NOV 20 10 钢管混凝土 （ 叠合 ） 柱在超高层建筑结构中的应用 郭 明 尧国皇 陈宜言 （ 深 圳 市 市 政 设 计 研 究 院 有 限 公 司 深 圳 518029 ） 摘 要 ： 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 由 于 具 有 承 载 力 高 、 抗 震 性 能 好 和 施 工 较 方 便 等 优 点 ， 适 用 于 我 国 非 抗 震 和 抗 震 地 区 的 建 筑 结 构 ， 尤 其 是 抗 震 设 防 地 区 的 高

2、 层 建 筑 结 构 。 本 文 介 绍 了 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 的 相 关 研 究 成 果 以 及 典 型 工 程 实 例 ， 并 提 出 了 一 些 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 应 用 中 还 需 要 解 决 的 关 键 问 题 。 关 键 词 ： 钢 管 混 凝 土 ； 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 ； 超 高 层 ； 设 计 Application of Concrete Filled Steel Tubular Column in High-rise Building Structures Guo Ming Yao Guohuang Chen Yiy

3、an （ Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co. ， Ltd. Shenzhen 518029 ， China ） Abstract ： Concrete filled steel tubular （ CFST ） column and concrete filled steel tube in reinforced concrete （ CFST in R.C. ） olumn are cur- rently being increasingly used in the construction of modern bui

4、ldings due to the high bearing capacity ， excellent earthquake-resistant and convenient construction. Correlative research results ， example projects and key issue in application of CFST and CFST in R.C. column were introduced in this paper. Keywords ： concrete filled steel tube ； concrete filled st

5、eel tube in R.C. column ； super rise ； design 合 ） 柱 的 相 关 研 究 成 果 ， 简 述 了 相 关 设 计 规 程 ， 然 后 1 前言 钢 管 混 凝 土 由 于 钢 管 和 核 心 混 凝 土 “ 相 互 作 用 、 介绍了相关典型工程实例 ， 最后提出了一些钢管混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 在 实 际 工 程 应 用 中 还 需 要 解 决 的 关 键 问 题 ， 期 望 为 同 行 提 供 参 考 。 优 势 互 补 ” 而 具 有 承 载 力 高 、 抗 震 性 能 好 、 施 工 方 便 等 诸 多 优 点 ， 在 超 高

6、层 建 筑 结 构 中 的 应 用 较 为 广 泛 。 按 照 截 面 形 式 的 不 同 ， 钢 管 混 凝 土 可 分 为 圆 钢 管 混 2 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 相 关 研 究 介 绍 凝 土 、 方 钢 管 混 凝 土 和 矩 形 钢 管 混 凝 土 等 类 型 ， 且 均 1 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 （ 以 下 简 称 “ 叠 合 柱 ”） 是 在 钢 管 混 凝 土 结 构 的 基 础 上 发 展 起 来 的 ， 由 截 面 中 部 的 钢 管 混 凝 土 和 钢 管 外 的 钢 筋 混 凝 土 叠 合 而 成 ， 这 类 组 合 构 件 不 仅 具 有

7、 钢 管 混 凝 土 构 件 的 优 点 ， 且 钢 管 外 的 混 凝 土 还 可 起 到 抗 火 作 用 且 便 于 装 修 ， 目 前 已 我国从五 、 六十年代就开始了钢管混凝土相关 的 研 究 工 作 ， 包 括 静 力 性 能 、 动 力 性 能 、 抗 火 性 能 以 及施工性能等 ， 并已形成了较为系统的钢管混凝土 设 计 理 论 ， 文 献 1 对 相 关 研 究 工 作 做 了 较 详 细 的 综 述 ， 本 文 不 再 重 复 。 随 着 研 究 工 作 的 不 断 深 入 和 工 程 实践的开展 ， 我国先后颁布了多部有关钢管混凝土 结 构 设 计 方 面 的 规 程

8、， 如 JCJ 01-89 钢 管 混 凝 土 结 有不少应用实例 ， 如辽宁邮政枢纽大楼 （ 23 层 ）、 深 圳 诺 德 金 融 中 心 大 厦 （ 40 层 ） 管内混凝土 纵筋 管内混凝土 纵筋 管内混凝土 纵筋 和深 圳 卓 越 皇 岗 世 纪 中 心 项 目 （ 最 高 63 层 ） 等 ， 取 得 了 良 好 的 建 筑 效 果 和 经 济 效 益 2 3 。 图 1 给 出 了 典 型 的 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 截 面 形 式 ， 目 前 工 程 应 用 较 多 的 管外混凝土 D 0 箍筋 内钢管 管外混凝土 B 0 箍筋 内钢管 管外混凝土 B 0 箍筋 内钢管

9、 是 图 1b 的 截 面 形 式 。 訳 圆套圆 訴 方套圆 訵 方套方 本 文 首 先 简 要 介 绍 钢 管 混 凝 土 （ 叠 10 图 1 典型的钢管混凝土叠合柱的截面形式 D i D i D i 有大量的工程实例 。 -Page 1- 20 10 年 11 月 第 11 期 郭 明 等 ： 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 在 超 高 层 建 筑 结 构 中 的 应 用 NOV 20 10 No 11 构 设 计 与 施 工 规 程 、 CECS 28 90 钢 管 混 凝 土 结 构 设 计 与 施 工 规 程 （ 修 订 中 ， 征 求 意 见 稿 已 出 、 电 力 行

10、 业 标 准 DL-5085 T-1999 钢 - 混 凝 土 组 合 结 构 设 计 规 程 给 出 了 圆 钢 管 混 凝 土 结 构 设 计 方 面 的 规 定 ； 国 家 军 用 标 准 GJB 4142-2000 战 时 军 港 抢 修 早 强 为了适应工程实践的需要 ， 由清华大学和辽宁 省 建 筑 设 计 研 究 院 主 编 ， 2005 年 颁 布 的 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 结 构 技 术 规 程 （ CECS 188 2005 ） 2 使 得 叠 合 柱在实际工程 中 的 应 用 更 具 可 操 作 性 。 型 组 合 结 构 技 术 规 程 给 出 了 方 钢 管

11、 混 凝 土 结 构 设 计 方 面 的 条 文 ； CECS 159 2004 矩 形 钢 管 混 凝 土 结 3 相关工程实践介绍 构 技 术 规 程 给 出 了 矩 形 钢 管 混 凝 土 结 构 设 计 方 面 的 条 文 ； DB 29-57-2003 天 津 市 钢 结 构 住 宅 设 计 规 程 中 也 给 出 了 钢 管 混 凝 土 结 构 设 计 方 面 的 规 定 。 福 建 省 标 准 DBJ 13-51-2010 钢 管 混 凝 土 结 构 以 上 介 绍 了 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 研 究 和 设 计 规 程 方 面 的 相 关 内 容 ， 以 下 简

12、 要 介 绍 典 型 实 例 。 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 在 高 层 建 筑 应 用 实 例 很 多 ， 限 于 篇 幅 ， 本文仅介绍笔者参与设计的一些相关工程 。 技 术 规 程 可 适 用 于 圆 形 和 方 、 矩 形 钢 管 混 凝 土 结 构 3.1 深 圳 华 润 中 心 （ 二 期 ） 君 悦 酒 店 （ 如 图 3a ） 的设计计算 。 规程在构件承载力计算公式方面采用 了 文 献 1 的 研 究 成 果 ， 给 出 了 构 件 在 压 弯 扭 复 合 受 力状态下的承载力计算公式 ： 2.4 0 （ 1 · N + a · M ） 2.4

13、 + （ T ） 2 =1 j N u d M u T u 2.4 0 - b ·（ N ） 2 + c · N + d · M ） 2.4 + （ T ） 2 =1 N u N u M u T u 式 中 相 关 参 数 详 见 DBJ 13-51-2010 规 程 ， 该 规 程中对钢管混凝土结构设计有较 全 面 的 相 关 条 文 。 文 献 11 在 文 献 1 的 基 础 上 ， 推 导 了 钢 管 混 凝 土 偏 压 扭 短 柱 的 承 载 力 简 化 计 算 公 式 ， 方 便 实 际 工 程 中 常用的钢管混凝土短柱的承载力复核计算 。 钢 管 混

14、 凝 土 叠 合 柱 自 面 世 以 来 ， 我 国 的 学 者 就 对 其 静 力 性 能 、 反 复 荷 载 作 用 下 的 抗 震 性 能 等 展 开 了 较 深 入 的 研 究 工 作 ， 如 辽 宁 省 建 筑 设 计 研 究 院 的 结 构 设 计 大 师 林 立 岩 教 授 在 上 世 纪 90 年 代 将 叠 合 该 工 程 位 于 深 圳 市 ， 地 下 室 共 3 层 ， 其 中 A 栋 为 42 层 超 高 层 酒 店 ， 总 高 度 193m ， 裙 房 2 层 ， 高 17.5m ， 结构高宽 比 193 21.92=8.8 。 考 虑 到 施 工 周 期 和 综 合

15、 经 济 效 益 ， 酒 店 主 体 结 构 采 用 框 架 - 核 心 筒 的 混 合 结 构体系 ， 外框架柱采用了方形和矩形截面钢管混凝 土 柱 ， 并 在 钢 管 内 浇 筑 自 密 实 高 性 能 混 凝 土 ， 进 一 步 发挥组合柱的综合优势 。 该工程组合柱最大截面为 1300 × 1300 ， 钢 管 内 浇 筑 C60 混 凝 土 。 3.2 厦 门 海 峡 交 流 中 心 二 期 工 程 （ 如 图 3b ） 该工程位于厦门市思明区会展北片 区 ， 高 48 层 ， 建筑 总 高 215m （ 大 屋 面 高 205m ）， 1 层 层 高 6.0m ， 2 5

16、 层 层 高 5.2m ， 设 备 层 层 高 4.5m ， 标 准 层 层 高 4.1m 。 建 筑 15 层 带 局 部 裙 房 ， 建 筑 边 长 44.6m ， 首 、 2 层 主 要 为 大 堂 ， 3 5 层 为 商 业 用 途 ， 17 层 、 33 层 为 设 备 层 ， 其 他 为 办 公 楼 层 ， 该 塔 楼 整 体 的 高 宽 比 为 215.0 44.6 4.82 ， 首 层 核 心 筒 为 19.2m × 22.15m ， 高 宽 比 215.0 19.2=11. 2 。 该 工 程 组 合 柱 采 用 了 圆 形 截面钢管混凝 土柱 ， 最大截面 f 1

17、150 ， 管内浇筑 C70 混凝土 。 柱 应 用 于 超 高 层 建 筑 结 构 中 12 ， 图 2 给 出 了 清 华 大 3.3 深 圳 卓 越 皇 岗 世 纪 中 心 （ 如 图 3c ） 学钱稼茹教授实验获得的钢管混凝土叠合柱在往复 荷 载 作 用 下 的 滞 回 曲 线 ， 可 见 叠 合 柱 具 有 较 好 的 抗 震性能 。 该工程位于深圳市福田区益田路与金田路之 间 ， 紧 邻 金 田 路 ， 总 建 筑 用 地 30667.7m 2 ， 总 建 筑 面 积 42.4 万 m 2 ， 主要由 4 幢塔楼及裙房地 下 室 组 成 ， 1 # 、 2 # 、 300 200

18、100 0 -100 -200 P （ kN ） 300 200 100 0 -100 -200 P （ kN ） 4 # 塔 楼 为 超 高 层 建 筑 ， 主 体 高 度 分 别 为 280m 、 268m 和 180m ， 3 # 塔楼为高层建筑 。 裙 房 地 面 以 上 共 4 层 ， 总 高 为 20.5m ， 作 商 业 用 途 ， 总 建 筑 面 积 约 4.6 万 m 2 。 地 下 室 共 3 层 ， 负 3 层 地 面 标 高 -14.5m ， 总 建 筑 面 积 约 87200m 2 ， 主 要 用 于 停 车 场 ， 部 分 用 于 放 置 设 备 。 在 该 项 目

19、 1 # 、 2 # 、 4 # 塔 楼 外 框 架 柱 中 采 用 了 钢 管 混 凝 -300 -60 -40 -20 0 訳 CCS1 20 40 60 （ mm ） -300 -60 -40 -20 0 訴 CCS2 20 40 60 （ mm ） 土 叠 合 柱 ， 其 截 面 形 式 为 图 1b ， 最 大 截 面 为 1400 × 1400 ， 钢 管 内 外 浇 筑 C70 混 凝 土 。 图 2 钢管混凝土叠合柱的滞回曲线 13 11 a. 当 N N u 2 j 3 h 姨 1- （ T T u ） 2 时 ： b. 当 N N u 2 j 3 h 姨 1- （

20、 T T u ） 2 时 ： -Page 2- 20 10 年 11 月 第 11 期 广东土木与建筑 NOV 20 10 No 11 结语 5 钢管混凝土 （ 叠 合 ） 柱 具 有 承 载 力 高 、 抗 震 性 能 好 ， 随着相关研究的不 断深入开展和工程 实践经验的积累 ， 这类组合柱在工程 实际中的应用将更 訳 深圳君悦酒店 图 3 訴 厦门海峡交流中心 訵 深圳卓越皇岗世纪中心 钢管混凝土叠合柱部分应用实例建筑效果图 加广泛 。 本文介绍 了相关研究和部分 工程实例 ， 希望能 起到抛砖引玉的作用 。 4 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 应 用 有 待 解 决 的 问 题

21、 参 考 文 献 为 更 好 地 推 广 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 在 工 程 实 际 中 的 应 用 ， 笔 者 认 为 以 下 几 个 方 面 的 研 究 工 作 亟 待 开展 。 1 韩 林 海 . 钢 管 混 凝 土 结 构 - 理 论 与 实 践 M . 北 京 ： 科 学 出 版 社 ， 2007 4.1 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 与 钢 筋 混 凝 土 节 点 设 计 2 CECS 188 2005 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 结 构 技 术 规 程 S 目 前 对 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 构 件 的 力 学 性 能 和 设计方法进

22、行了较为充分的理论分析和实验研究 ， 但 对 目 前 较 常 采 用 的 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 与 钢 筋 混 3 黄 用 军 ， 尧 国 皇 ， 宋 宝 东 等 . 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 在 深 圳 卓 越 皇 岗 世 纪 中 心 项 目 中 的 应 用 J . 广 东 土 木 与 建 筑 ， 2008 （ 7 ） 凝 土 梁 的 连 接 节 点 的 研 究 还 不 多 见 ， 提 出 传 力 可 靠 、 构造简单的组合柱与钢筋混凝土梁的节点设计方法 4 JCJ 01-89 5 CECS 28 90 钢 管 混 凝 土 结 构 设 计 与 施 工 规 程 S 钢

23、管 混 凝 土 结 构 设 计 与 施 工 规 程 S 十分必要 。 6 DL-5085 T-1999 钢 - 混 凝 土 组 合 结 构 设 计 规 程 S 4.2 巨 型 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 设 计 方 法 随 着 超 高 层 建 筑 结 构 的 高 度 不 断 增 大 ， 实 际 工 7 GJB 4142-2000 程 S 战时军港抢修早强型组合结构技术规 程 中 采 用 的 组 合 柱 截 面 也 不 断 增 大 ， 以 往 相 关 的 实 验 均 集 中 在 截 面 相 对 较 小 的 组 合 柱 ， 而 对 于 截 面 较 8 CECS 159 2004 9 DB 29-57-2003 矩 形 钢 管 混 凝 土 结 构 技 术 规 程 S 天 津 市 钢 结 构 住 宅 设 计 规 程 S 大 带 来 的 “ 尺 寸 效 应 ” 的 相 关 研 究 尚 较 为 少 见 ， 尽 快 10 DBJ 13-51-2010 （ 福 建 省 标 准 ） 钢管混凝土结构技术 开展大尺寸组合柱的试验研究和理论研究对确保巨 型 钢 管 混 凝 土 （ 叠 合 ） 柱 的 结 构 安 全 有 着 重 要 意 义 。 规 程 （ 福 建 省 工 程 建 设