钢管混凝土柱超高层结构设计

钢管混凝土柱超高层结构设计2008.11讲课大纲1.工程概况2.整体结构布置，计算模型和基础设计3.混凝土、钢材的材料选择4.结构计算5.钢管柱的截面设计6.梁的设计7.各种部位梁柱节点的设计8.核心筒的设计，材料，截面，配筋，型钢，与钢梁的连接9.如何实现由计算书到施工图的设计，手工计算所依据的规范，需要查阅的图集10.钢结构设计总说明1.工程概况工程概况世茂福建福州茶亭街工程项目（以下简称本项目）位于福建省福州市中心，是福州经济和历史文化中轴线八一七路的中心路段。本项目由酒店、办公、公寓式办公、商业等四大功能部分构成。由北向南将建设主体塔楼和附属裙房，之间以连廊联为整体。工程概况各建筑物基本情况如下（由北向南）：主体塔楼：建筑高度262.65米，地面建筑面积约106992平方米。附属裙房：建筑高度40.15米，地面建筑面积约17008平方米。此外，主体塔楼和附属裙房以三层地下室整体相连，主要功能为后勤服务用房，机动车和非机动车库及设备机房，建筑面积约为35458平方米。本地块总建筑面积约为159473平方米。讲课大纲1.工程概况2.整体结构布置，计算模型，基础设计3.混凝土、钢材的材料选择4.结构计算5.钢管柱的截面设计6.梁的设计7.各种部位梁柱节点的设计8.核心筒的设计，材料，截面，配筋，型钢，与钢梁的连接9.如何实现由计算书到施工图的设计，手工计算所依据的规范，需要查阅的图集10.钢结构设计总说明结构体系的选择结构体系的选择主楼的抗侧力结构体系用以抵抗地震和风力荷载。主要抗侧力系统由内部的钢筋混凝土核心筒和外围钢管混凝土柱与钢梁组成的框架组成。核心筒系统位于主楼的中心，包括电梯、电梯厅、疏散楼梯的墙体，厚度在400mm至1150mm范围内。钢筋混凝土的连梁将连接相邻的剪力墙。核心筒的外墙是闭合式的，从而提供建筑大部分的扭转刚度。外围由钢管混凝土柱组成，并通过在20、33和50层的6.30米高设备层布置的外伸钢桁架与巨型核心筒连接在一起。外围钢管柱在上述三层各有一道钢的边桁架在外围连接，从而使柱子更加均匀地受力。随着建筑高度的变化，钢管混凝土柱的直径大约在900mm至1350mm范围内。主楼的第二道抗侧力体系是位于建筑外围的钢框架。建筑从上到下，外围钢梁在每层与外围钢管混凝土柱刚性连接形成第二道抗侧力体系。这个系统为建筑总体提供了附加的扭转刚度，增强了结构的整体性，提高了结构的冗余度。典型楼层结构布置加强楼层结构布置结构抗侧力体系结构平面施工图结构平面图纸见pdf文件计算软件和计算模型选用国际通用的三维有限元结构设计软件ETABS和国内主流结构设计软件SATWE进行分析与设计梁柱采用杆单元模拟，剪力墙采用壳单元模拟，楼板采用膜单元模拟根据《高层建筑混凝土结构技术规程条规定，嵌固层选在地面层。基础设计主楼的基础体系是3.6米厚的现浇钢筋混凝土筏板，由位于中等风化花岗岩或微分化花岗岩,直径1.5m的冲钻孔灌注桩支承。桩的有效长度约50m,桩尖入中等风化花岗岩或微分化花岗岩0.5m,单桩竖向承载力特征值为18800KN/根.桩身混凝土设计强度为C40.基础设计裙楼及地下室基础采用厚度为1米的现浇钢筋混凝土筏板,筏板由位于碎卵石层,直径为0.9m，的冲钻孔灌注桩支承。桩的有效长度约37m,桩尖入碎卵石层1.35m,单桩竖向抗压承载力特征值为4800KN/根，单桩竖向抗拔承载力特征值为2250KN/根.桩身混凝土设计强度为C30.裙房部分在桩顶设置厚度为1300mm的承台,纯地下室部分的冲钻孔灌注桩作为抗拔桩。基础设计施工图见pdf图纸。讲课大纲1.工程概况2.整体结构布置，计算模型和基础设计3.混凝土、钢材的材料选择4.结构计算5.钢管柱的截面设计6.梁的设计7.各种部位梁柱节点的设计8.核心筒的设计，材料，截面，配筋，型钢，与钢梁的连接9.如何实现由计算书到施工图的设计，手工计算所依据的规范，需要查阅的图集10.钢结构设计总说明选择混凝土的考虑对于柱、剪力墙等竖向结构构件，由于结构高度很大，轴向压力也很大，需要选择强度等级较高的混凝土，同时考虑到施工可靠性，柱和剪力墙选择了C60混凝土。对于梁、板等水平结构构件，一般选择C40或者C30的混凝土。福州世茂国际中心混凝土的选择结构构件GB50010-2002

基础和地下墙C40

剪力墙

C60–C50

柱

C60–C50

板、梁C40–C30其他，混凝土填料/垫块/栏板

C30混凝土垫层C15

钢材的材料选择

福州世茂国际中心楼面钢梁采用Q345B钢材，钢管混凝土柱的钢管，加强层伸臂与带状桁架均采用Q345GJ钢。当钢板厚大于等于40mm且承受沿板厚方向的拉力时，受拉试件板厚方向截面收缩率，不应小于国家标准《厚度方向性能钢板》（GB50313）中关于Z15级规定的容许值。采用《钢结构设计规范》GB50017-2003,表所列的，随厚度而改变的钢材设计强度。钢材的自重为7850kg/m3,杨氏弹性模量为206,000MPa，热膨胀系数为1.20x10-5/oC。讲课大余纲1.芳工程峡概况2.整垂体结构诞布置，锣计算模诉型和基叉础设计3.混闯凝土、招钢材的茧材料选忆择4.结音构计算5.钢遮管柱的壁截面设顺计6.梁稻的设计7.各鸡种部位陶梁柱节钓点的设扣计8.核弊心筒的铁设计，闹材料，微截面，发配筋，越型钢，便与钢梁坏的连接9.如效何实现挪由计算左书到施垫工图的痕设计，冬手工计西算所依千据的规阔范，需傅要查阅颜的图集10.辉钢结构虾设计总购说明合理剂建立椅计算屡模型常用灶结构勒分析裹软件筛：S棵AT何WE刺和E岩TA断BS担。普疾通结钟构用俘SA症TW温E即贿可，多前后别处理本功能坏很好掏；复哪杂结论构要抱用E牺TA证BS愉，S烂AP潜等，唤计算戒准确程。选取合蚊理的单雀元模型候：整体睬分析时分梁柱选竹用杆单顾元，剪灾力墙采里用壳单饮元，楼扶板采用业膜单元爷。根据结蛾构情况解合理建歇模：适离当处理融墙开洞秧，适当狸处理次原要构件北，抓住徐结构的还力学实骂质。正确她确定逃计算蹲参数连梁刚根度折减柴：一般桌可以取笨0.7可，不宜卧小于0卖.5。现浇肉楼板钟的面就外刚岩度：义高层吸建筑生一般战采用陕现浇挥楼面谷，楼雄板作陶为梁勉的有旗效翼柜缘形郑成T池形截典面梁辟，提鹅高了泻楼面床梁的冈刚度洞，也权提高录了结呀构整被体的欺侧向钟刚度创。通球过对棉梁的忙刚度挂乘以水放大锄系数扯来考前虑，殃一般巡寿为1掠.3程~2聚.0图.框架慈梁弯录矩调茅幅：姜0.孙8~尚0.饶9。楼面补梁的窑扭矩贫：0界.4扑~0乞.7宾。周期锣折减和：框窄架-紫剪力竖墙结幸构：叮0.旁7~致0.员8.施工顺骑序加载分析冈类型一般采宪用反应特谱分析妹，振型合参与质昏量系数绩要大于坚90%怨，很多蛇实际项即目都是迎达到9畜5%以等上。对于高浑度较大喇、结构虎复杂的些结构要雾补充弹侵性时程留分析。对于梳高度迹很大硬，结果构很友复杂迟或者躬很重述要的因结构请，补锈充进疑行弹高塑性饲分析河。讲课捆大纲1.血工程属概况2.避整体牌结构咬布置线，计柱算模量型和吩基础羊设计3.径混凝鉴土、亩钢材世的材烈料选驼择4.顷结构崭计算5.辽钢管兄混凝瞧土柱苍的截芦面设孩计6.梁报的设计7.各益种部位灿梁柱节昆点的设舍计8.磁核心移筒的既设计袍，材浑料，汤截面王，配狂筋，雪型钢酷，与格钢梁衬的连命接9.晌如何促实现虾由计命算书袍到施赶工图胳的设漏计，轧手工搏计算喘所依够据的丙规范拜，需青要查锄阅的算图集10暂.钢粉结构临设计坡总说霞明钢管混恋凝土柱廊的截面始设计依龙据《钢管模混凝土邀结构设醒计与施龄工规程授》（C骡ECS解28拉:90券）《现代针钢管混像凝土结认构（修朴订版）嘱》（2牲007座年版）《钢管坟混凝土弦结构技臂术规程掉》（D狼BJ1嚼3-5仙1-2诊003爸)钢管悔混凝探土柱墨的截疼面设伪计依涌据《型杯钢混喜凝土传组合串结构乘技术谅规程坑》(铃JG产J1稳38斤-2冶00粒1)《钢旱骨混要凝土察结构净设计牌规程例》(贷YB熔9捕08挺2-无97摆)设计固方法SA饱TW植E软咱件会剧将分涂析和蛾设计的全部符完成棒。在跨层乌处注意贱柱计算亩长度系模数的数杰值。可以美把内悼力组支合结马果读五出，爱并根熊据前邀面所宣说的钓规程做进行威手工固复核再。还可以氧根据规辣程编制约出N-泪M相关杀曲线，靠把把内鬼力组合疤结果画誓到相关仙曲线上华。设计方班法ETA历BS软臣件分析吊结果准匀确，但嚷是不能毒按照规宾程来设冒计。可以漫把内祖力组沙合结喘果读估出，赞并根仆据前注面所树说的扬规程籍进行炕手工卸复核避。还可以旗根据规民程编制激出N-旋M相关族曲线，西把把内尖力组合嘉结果画帮到相关期曲线上勇。讲课争大纲1.柱工程适概况2.整虾体结构倘布置，霜计算模遍型和基织础设计3.混础凝土、恼钢材的亮材料选坊择4.迫结构欧计算5.袭钢管步混凝榴土柱伶的截祝面设尚计6.敬梁的家设计7.各补种部位精梁柱节灭点的设貌计8.核使心筒的绘设计，楚材料，绍截面，爪配筋，构型钢，访与钢梁益的连接9.柳如何批实现简由计妹算书泛到施青工图逢的设脱计，烦手工山计算芳所依采据的碰规范渡，需斜要查兴阅的盾图集10挎.钢帮结构造设计棋总说火明钢梁饮的设警计方闻法钢梁版：S误AT娘WE抵和E还TA串BS腰都会难完成帆分析记和设券计。对于上恶翼缘有豪铺板的投钢梁，响无支撑扬长度比贼要改小碗，不需杠要考虑升钢梁的薄稳定应叶力，只诸要强度蜓应力满餐足强度铃设计值纠要求。钢梁亿有抗轻弯应召力比掠和抗有剪应号力比鸭。组合布梁的约设计偷方法ETA螺BS能由够完成裤组合梁赚的设计津。也可炒以根全据《俱钢结泼构设吐计规佳范》莫（G厅B5恐00理17瞎-2被00纯3）衬进行知手工猪计算狸。还可妖以编窗制E铸XC摔EL探表进乒行组则合梁更的设滔计。钢筋混飘凝土梁支的设计SAT玻WE和墙ETA真BS都征会完成壶钢筋混赔凝土梁纷的分析柳和设计辩。钢筋混斑凝土连轨梁的设驴计：对欣于跨高寺比小于努2的连盒梁宜配睁置交叉笼暗撑，饰增强其引抗剪能赠力，达扔到强剪云弱弯的垂效果。讲课治大纲1.工音程概况2.整协体结构取布置，导计算模毯型和基小础设计3.纳混凝聋土、厘钢材店的材葡料选卧择4.结希构计算5.佩钢管洋混凝奖土柱鲜的截句面设赶计6.狡梁的晋设计7.穴各种悠部位耗梁柱前节点风的设岛计8.鸦核心迁筒的池设计弦，材喉料，暮截面哄，配羽筋，摆型钢践，与脆钢梁延的连彩接9.精如何住实现信由计扎算书砍到施鞋工图禾的设朝计，读手工铁计算熄所依企据的约规范泰，需伯要查纹阅的郑图集10嘱.钢狂结构孙设计旗总说鹿明梁柱躁节点粥的设饰计按照“江强节点苏，弱杆境件”的谣要求进新行设计擦。在计研算和构鲁造两方桃面满足耕要求。《高层贺民用建黄筑钢结敢构技术据规程》攀（JG魄J99音-98寸）第8斯章做了轨规定。《钢结袖构设计跪手册》踢（第三源版）（私200哨4年版狱）有计稼算范例艇。梁柱节换点的设元计福州赢世茂漏钢结步构节幸点图雾纸讲医解。1.工险程概况2.整映体结构妖布置，旅计算模庸型和基垂础设计3.腐混凝涉土、挎钢材状的材镜料选珠择4.古结构议计算5.钢耻管混凝篮土柱的谊截面设俩计6.梁诉的设计7.各绕种部位宾梁柱节伸点的设机计8.核均心筒的裙设计，浸材料，射截面，嘉配筋，仍型钢，柄与钢梁塞的连接9.如孩何实现帅由计算祸书到施斤工图的床设计，才手工计越算所依具据的规踩范，需松要查阅弦的图集10.驻钢结构摸设计总阅说明讲课吐大纲核心烤筒的介设计SAT摆WE能什够完成齐分析和劣设计。ETA部BS能岩够完成沸分析，馋得到内访力组合辆结果，住但是需欧要提取炎出内力穷组合结摆果，再旁根据《牌高层建国筑混凝棒土结构势技术规斩程》（牵JGJ贡3-2衡002醉）进行鄙设计。一般滤采用乎钢筋预混凝纱土核逃心筒肢。按照骄规范凤规定鸭，在屡底部浆加强拍区的它边角久部位路按照权约束闲边缘孔构件恋配筋柔，内动部配狐置竖况向和辣水平重向分酷布钢事筋。增在底去部加堆强区攀之上肠的边锦角部葱位按沟照构盏造边胜缘构高件配祖筋，勤内部槽配置木竖向翻和水责平向两分布俊钢筋饺。《高层百建筑混偏凝土结吓构技术背规程》异（JG跨J3-瓣200擦2）对摩于剪力吩墙配筋霉有明确本规定。核心筒确的材料驶和配筋核心炮筒内驾的型柱钢《高层浓建筑混雁凝土结喘构技术施规程》味（JG词J3-兰200甚2）第垂11章辜对于混妹合结构暑设计有臣相关规刘定。一般胆在核女心筒撑角部躬要配军置型摆钢。核心鞭筒剪陷力墙勇中的仪型钢潜可以赌参与吓剪力锐墙受惯力。核心曾筒与着钢梁决的连耗接核心牌筒与边钢梁荒的连挥接节投点图朴讲解盘。讲课大鸡纲1.栗工程劲概况2.整滤体结构丸布置，指计算模怪型和基毕础设计3.终混凝杀土、仗钢材泉的材刘料选宵择4.结凶构计算5.掩钢管酒混凝眼土柱慎的截遵面设医计6.毫梁的套设计7.各景种部位卫梁柱节滚点的设沃计8.溉核心揪筒的粮设计海，材纳料，肺截面泉，配不筋，燃型