型钢混凝土柱和钢管混凝土柱结构设计比较
钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁节点试验研究
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研究概述 现代超高层建 筑 多 数 采 用 钢 结 构， 为巨型钢框
第二种为普通式节 点 连 接 方 式， 如 图 1b 所 示， 型钢 混凝土梁内的纵向钢筋直接与钢柱采用连接板或接 驳器焊接， 或者柱壁开孔将钢筋伸入柱内， 这种节点 形式施工较为困难， 且钢筋端部的焊接性能 、 质量难 以得到保障， 节点无法实现全强刚接， 不能满足抗震 设计要求 。 本文研究的节点为钢牛腿式钢管混凝土柱与型 钢混凝土梁节点， 是一种新型的节点形式， 如图 2 所 示， 可用于钢管混凝土柱与型钢混凝土梁的连接， 钢
钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁 节点试验研究
陈振明
1
慈龙胜
1
楼国彪
2
王
隽
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俞佳望
200001 ）
3
（ 1. 中建钢构江苏有限公司，江苏靖江
214532 ； 2. 同济大学，上海
200092 ；
3. 凯德置地（ 中国） 投资有限公司，上海 摘
要： 超高层钢结构建筑采用钢管混凝土柱是目前较为常用的一种结构形式， 与钢管混凝 土 柱 连 接 的
（ 1． China Construction Steel Structure Jiangsu Corp． Ltd ，Jingjiang 214532 ，China ； 2． Tongji University ，Shanghai 200092 ，China ； 3． Capitaland China ，Shanghai 200001 ，China ） Abstract ： Super high-rise steel structure building with concrete filled steel tubular column is a commonly used structure type． the beam connecting with concrete filled steel tubular column has several types ， as steel beam ， reinforced concrete beam ，concrete beams ，etc． There are less researches for joints between steel tubular concrete column and steel reinforced concrete beam． In this paper ，the 1∶ 2 scale experimental study for bracket-type joints of steel tubular concrete column and reinforced concrete beam was executed ，at the same time these joints were designed by ANSYS finite element analysis software． Combined the experimental results with those of finite element analysis ， the stress characteristics of these joints were also analyzed ，the results showed that the joint had good ultimate bearing capacity and seismic performance． Keywords ： steel bracket-type joints ； scale model ； concrete filled steel tubular column ； section-steel concrete beam
浅谈超高层建筑中钢-混凝土混合结构的应用
浅谈超高层建筑中钢-混凝土混合结构的应用摘要：现如今，建筑行业的发展越来越好，尤其是当代中国高层建筑的结构设计发展取得了长足进步，钢-混凝土结构在国内高层建筑中的地位已经日渐重要，为适应建筑风格和社会发展的需求，必须对这种建筑结构体系拥有一个更加全面的认识与了解，以保证这种体系的不断提高与发展。
关键词：超高层建筑；钢；混凝土；混合结构；应用引言混凝土和钢材是现代建筑工程中广泛应用的材料，有其自身的优缺点。
混凝土抗压性能较好，而其抗拉性能却很差；钢材抗拉及抗压强度高、塑性好，但其在受压时常取决于稳定承载力，强度不能充分利用。
钢-混凝土组合结构是在在构件层次上由钢材和混凝土两种不同性质的材料组合的一种新型结构形式。
它充分发挥了混凝土抗压性能好，钢材抗拉强度高、塑性好的的优点，弥补了彼此各自的缺点，是一种合理的组合方式。
1钢-混凝土混合结构体系钢-混凝土混合结构主要是以钢梁（或型钢混凝土梁）、钢柱（或型钢混凝土柱、钢管混凝土柱）代替混凝土梁、柱。
因此，钢筋混凝土结构体系原则上都可以设计成钢-混凝土混合结构体系，但考虑到这种结构体系主要用于超限高层建筑。
目前应用较广泛的结构体系主要有筒中筒体系、框架-核心筒结构体系和核心筒-翼柱体系等。
1.1筒中筒结构体系筒中筒结构由心腹筒、框筒及桁架筒组合，一般心腹筒在内，框筒或桁架筒在外，由内外筒共同抵抗水平力作用。
由剪力墙围成的筒体称为实腹筒，在实腹筒墙体上开有规则排列的窗洞形成的开孔筒体称为框筒；筒体四壁由竖杆和斜杆形成的桁架组成，称为桁架筒。
1.2框架-核心筒体系框架-核心筒是由周围密柱深梁、内部剪力墙围合而成的筒体结构，在结构上剪力滞后是它与其他结构的主要区别。
1.3核心筒-翼柱体系核心筒-翼柱体系是由钢筋混凝土或型钢混凝土、核心筒与建筑周边型钢混凝土以及巨形翼柱所组成的结构体系。
核心筒通过各层楼盖大梁以及每隔若干楼层由核心筒外伸的伸臂桁架（或大梁）与周边巨型翼柱相连，形成一个整体抗侧力结构体系。
某超限高层建筑塔楼结构设计介绍
某超限高层建筑塔楼结构设计介绍摘要：本文所介绍塔楼建筑物主体高度250m，核心筒部分及屋顶钢架高度升至280m，高宽比为7.7，属超b级高层建筑，针对本工程的具体特点，文章着重论述了结构设计的策略。
分别采用etabs 和satwe软件对结构进行了弹性小震场地谱、规范谱分析、时程分析、中震不屈服分析、静力弹塑性分析，通过对计算结果的分析比较，证明结构设计成功解决了结构超限问题，结构设计是安全可靠的。
本文的有关方法和结论可为相关工程提供参考。
关键词：超高层；钢管混凝土叠合柱；动力弹塑性分析；时程分析；设计中图分类号：tu398 文献标识码：a 文章编号：1 工程概况本文介绍的为深圳某超高层塔楼建筑面积108937（不含避难层）m2，主要包括办公用途，建筑物主体高度250m，核心筒部分及屋顶钢架高度升至280 m（超b级），高宽比为7.7，地上部分65层。
工程的结构设计基准期为50年，塔楼的安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，场地特征周期为0.35s，基本地震加速度为0.1g，建筑场地类别为ii 类，抗震设防类别为丙类，设计地震分组为一组。
2 结构设计策略由于本工程地处深圳市，该地区的特点为：风荷载大、地震作用相对较小，因此提高结构的抗侧刚度是结构设计的关键。
根据以上特点和建筑功能的要求，钢筋混凝土框架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。
作者在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土混合结构体系，由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土梁的30%左右，计算结果表明，混合结构体系很难满足规范对结构的刚度要求，若要满足要求，则必须设置2~3个加强层，这样将带来结构受力的复杂性和设备层使用的不便性。
因此，本塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。
由于核心筒高宽比较大（比值为18.7），如何充分发挥核心筒的抗侧效率工程面临的一个挑战，在设计中通过加厚外围墙体厚度（即筒体翼缘墙体的厚度），以使核心筒获得较大的抗侧刚度，筒体翼缘墙体的厚度随着建筑高度增加逐渐减小（核心筒墙体厚度由1300mm逐渐变化到400mm厚），以获得较大的使用空间。
钢管混凝土结构
钢管混凝土结构目前，在建筑结构中应用比较普遍的柱结构主要有钢筋混凝土，型钢混凝土和钢结构等。
衡量一种柱构件技术上的优越性可以总体上从考察以下几个指标来进行，即构件截面尺寸和自重、抗震性能、耐火性能和施工性能等。
下表给出了钢管混凝土柱与钢筋混凝土、型钢混凝土和钢结构柱等的比较情况：柱结构的性能比较钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。
钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。
一般的，混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。
钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。
混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。
而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。
同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。
钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。
钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：一、承载力高钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，可延缓混凝土受压时的纵向开裂，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。
两种材料相互弥补了彼此的弱点，却可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载能力。
研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。
钢管混凝土及型钢混凝土组合结构大样图
钢管混凝土柱-型钢梁-砼核心筒体系结构设计要点_概述及解释说明
钢管混凝土柱-型钢梁-砼核心筒体系结构设计要点概述及解释说明1. 引言1.1 概述钢管混凝土柱-型钢梁-砼核心筒体系是一种在建筑结构设计中常见的组合结构系统。
该体系结合了钢管混凝土柱、型钢梁和砼核心筒这三种材料的优点，旨在提供更高的强度、刚度以及抗震性能。
本文旨在全面阐述这种体系结构设计的要点，通过对于材料选择、截面设计、节理设置等方面的详细讨论，帮助读者深入了解该体系。
1.2 文章结构本文将按照以下组织结构进行介绍和分析：首先，在第2部分中，我们将重点讨论钢管混凝土柱的设计要点，包括材料选择、截面设计以及节理设置；接着，在第3部分中，我们将详细探讨型钢梁的设计要点，包括类型选择、强度计算和连接方式；然后，在第4部分中，我们将集中关注砼核心筒体系的设计要点，包括结构布局、配筋设计以及抗震性能考虑。
最后，在第5部分中，我们将总结文章，并提出对可持续发展的展望以及对未来趋势的预测与建议。
1.3 目的本文的目的是为读者介绍钢管混凝土柱-型钢梁-砼核心筒体系结构设计要点，旨在帮助读者了解该体系结构的设计原理和相关技术。
通过本文的阐述和解释，读者将能够全面了解该体系在建筑结构中的应用，并能够在实际设计中灵活运用。
本文还旨在促进可持续发展理念在结构设计领域的推广和应用，并为未来趋势提供参考和建议。
2. 钢管混凝土柱设计要点2.1 材料选择在钢管混凝土柱的设计中，材料选择至关重要。
一般来说，钢管可以选择普通碳素钢管或高强度钢管。
对于核心筒部分，混凝土的强度等级应根据工程需要进行选取，以确保结构的承载力和稳定性。
2.2 截面设计钢管混凝土柱的截面设计需要综合考虑结构的受力情况、承载力需求和施工可行性。
常用的截面形式包括矩形、圆形和多边形等。
在设计过程中，应进行横向配筋和纵向钢桩的布置，并进一步考虑填充混凝土厚度以及屈曲构件长度等因素。
2.3 节理设置节理是为了适应地震荷载而在结构中引入的缝隙或规定位置的剪切平面，并通过合理锚固手段加固。
钢与混凝土组合结构的多种结构形式及其性能特点
钢与混凝土组合结构的多种结构形式及其性能特点要：组合结构的使用已经广泛，其中钢与混凝土的组合结构是最为常见的结构形式，而且相当成熟，已经自成独立的结构体系。
在我国，组合结构仍属新的结构形式，随着大量建筑物的兴建，组合结构作为新兴结构得到越来越广泛的采用，应用前景越来越好。
所以，对钢与混凝土组合结构的结构形式及性能特点有一定的了解是很有必要的。
本文就这些方面对不同的组合结构形式展开介绍。
关键词：钢与混凝土组合结构，结构概念，特点Abstract: The composite structure has been used widely, then steel and concrete composite structure is the most common type and quite mature, so it has become the independent structure system. In our country, the combination of structure is still a new structure form with the construction of large number of buildings,combination structure, as an emerging structure, will more and more widely used, and the application prospect will be better. Therefore, the combination of steel and concrete struction of different structure form will be introduced.Keywords: steel and concrete composite structure ，design concept ，characteristics1 概述组合结构是指由两种以上性质不同的材料组合成整体，并能共同工作的构件。
钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析
钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析摘要：随着经济发展水平的不断提高，现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，人们对高层建筑使用空间的要求也越来越高，如何在保证结构安全合理的前提下，进一步实现使用空间的最大化、节约经济成本的目的。
接下来本文将对钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济进行合理的分析，为今后的建筑结构设计提供一个合理的价值参考。
关键词：钢管混凝土柱；钢管混凝土叠合柱；受力特性；技术经济；比较分析引言随着城市建设的不断加快，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，柱的轴力大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比的要求，所以柱的截面很大，甚至达到了占用过大使用面积，影响建筑功能和观感的地步。
为了解决这一矛盾，结构设计中可使用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱来代替普通钢筋混凝土柱，由于其承载力高，抗震性能好，柱的截面可以大大缩小，因此，高度较大的高层建筑很多都采用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱。
下面对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和各自受力特点，进行分析与比较。
再结合工程实例，通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。
一、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱各自的结构受力特性（一）、钢管混凝土柱的结构受力特性（1）受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高。
对混凝土来说，由于钢管的约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使构件抗压承载力提高显著。
从另一方面而言，对于同样的负荷，钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。
对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感，由于混凝土充填了钢管，保证了薄壁钢管的局部稳定，使其弱点得到了弥补。
（2）具有良好的塑性性能。
混凝土是脆性材料，混凝土的破坏具有明显的脆性性质。
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第３ ４卷 第 ３ ５期 ２００８年 １２月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ ｎ 瓜 Ｅ
Ｖ０ ． ４ Ｎｏ． ５ １３ ３
４ ５ 结 构 配 筋 ．
［］ 建筑科 学 ，９ ７ ６ ：３１ ． Ｊ． １ ９ （） １ ．４ 结构计 算配筋可根据 计算 结果按 工程 师 的习惯 进行 配置 和 ［ ］ 申云安 ， ４ 申星煜． 浇钢 筋混凝土 空心 无梁楼盖 的特性与研 现 调整 ， 建议板 的配筋采 用冷 轧扭钢 筋或 冷拔 带肋 钢筋 ， 肋梁 采 主 究［］ 山西建筑 ，０ ７ ３ （ ）７ ．３ Ｊ． ２ ０ ，３ ８ ：２７ ．
Ｄ ｃ ２０ ｅ． ０ ８
・１ １ ・ ０
文章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ８ ３ —１ １０ １ ０ —８ ５ ２ ０ ｝５０ ０ ．２
型 钢 混 凝 土 柱 和 钢 管混 凝 土柱 结构 设 计 比较
王
摘
越
要： 比较 了型钢 混凝土柱和钢 管混凝土柱 的工作原理和 计算方法 ， 分析 了实际应用 中各 自的优缺 点 ， 出在实 际设 指
计 中应充分发挥 两者 的优点 ， 使这 两种结构 形式的特点真正体现 出来 ， 更有效地 实现设计 意 图。 关键词 ： 型钢混凝土柱 ， 管混凝土柱 ， 钢 结构设 计
中图分类号 ： Ｉ３８ Ｔ Ｊ１ 文献标识码 ： Ａ
并 随着建筑结构科 技和建材不 断发展 ， 钢一 混凝土组合 结构经 土柱承载力要高得多 ， 且集 中配置 的型钢 比分 散配置 的钢 筋具 过多年的研究和实际应用而 日趋成熟 ， 已 由构件层 次 向结 构体 有更 大的刚度 ， 并 使型 钢混 凝土 柱 的刚度显 著提 高 ， 同时 配置 型钢
局部屈 曲 ， 另一方 面 ， 型钢对核心 混凝土也起 到一定的约束作 用 ， 壁钢材在压力作用下容易发生失稳破坏 ， 混凝 土 ， 以使混凝 内填 可 可 以在一定程度上 提高混 凝 土强度 。型钢混 凝土 柱 比钢筋 混凝 土对 钢管壁起到平面外的支撑作用 ， 从而能够减缓钢管壁的屈 曲。
用 、 软件对所 建模型进 行三维 分析 ， 软 件的分 析计 用 ＨＲＭ０ Ｉ ０钢筋 ， 可进 一部降低用钢量 。
算过程我们在此就 不赘述 。但这 种方法 对楼 板 的模拟 与实 际工 ５ 结语 程情况有一些 出入 ， 我们 建议采 用 Ｓ Ｔ 因此 Ａ ＷＥ软件进 行计算 更 本文采用 Ｐ Ｍ 系列 软件探讨 了工 程界常 用的无 主梁和 有 ＫＰ 为准确。在 采用 Ｓ Ｔ Ａ ＷＥ软 件分 析时 ， 据 工程具 体 情况 ， 定 主梁 正交 双向密肋楼盖结构 的分析方 法与设计 工作 ， 根 设 在与其他 分 参数 ， 由于 Ｓ Ｔ Ａ ＷＥ软 件具 有考 虑楼 板 弹性 变形 的功 能 ， 以采 可 析方 法进 行对 比的基础上得 出了相关 的重要结 论与建议 ， 可供结 用弹性楼板单元较为真实的模拟楼板 的刚度 和计算变形 ， 即在特 构设 计人 员进行正交双 向密肋楼盖 的结构分析 和设 计参考０ 殊构件补充定义 中， 实心加 强板处定义楼板为弹性楼板 ６计 算 将 ，
力性 能均优 于单纯 的钢 筋混 凝土结构或钢 结构 ， 但二 者在组合 形 得 以充分发 挥 。从 上 述分 析 可 以看 出 ， 型钢 混 凝土 柱 的结 构性
式基本原理 、 计算方法 以及构 造要 求等 多方 面均 存在 很大 差异 ， 能 ， 基本 上属于钢筋 混凝 土结 构范畴 。对于 钢管混 凝土 柱 （ 这里 这也使得二者在实 际应用 中存 在许多不 同点 ， 要结构 工程师 在 主要是指 圆钢 管混 凝土柱 ） 需 是将混凝 土填入 薄壁 圆形 钢管 内形成 设计 中加 以注 意。现 以型钢混凝 土柱 和钢管混凝 土柱为例 ， 二 的组 合结 构构件 。大 家知 道 ， 凝土是 复杂 的非均匀 体材料 ， 对 混 其
参考文献 ： 方法采用总刚分析法 。
［］ 张会 斌 ， 昀青 ． 浇 空心 无 梁楼 盖 工程 实例 ［］ 建筑技 １ 张 现 Ｊ．
４ ４ 内力分析 与 比较 ．
术 ，０ ２ １ （３ ：－０ ２ ０ ，２ ３ ） ９１ ． 当采用相同的结构计 算模 型 时 ， 内力计 算结果 与采 用 《 凝 ［］ 张建新 ， 混 ２ 李晓君 ， 文考 ． 浇混凝 土 空心 楼板 的施 工 ［］ 盛 现 Ｊ． 土密肋及井式楼盖设计手册》 手算 的结果 相 比，Ａ ＷＥ软件 内力 ＳＴ 工程质 量 ，０ ４ ９ ：６１ ． ２ ０ （ ）１ —８ 计算结果和手算结果相近。 ［ ］ 刘 群 ， ３ 杨进 春者加 以比较 ， 希望能发 现二者 各 自的特 点 ， 对结 构设 计工作 提供 非均匀性是 因为砂浆 与骨料之间存在 大量微裂缝 ， 承受 轴向压力
一
些参考 。
时， 会使微裂 缝扩展进 而相互 连通 ， 混凝 土分 成若 干与轴 向压 使
型钢混凝土柱是 指在混 凝土 柱 中配置 型钢作 为 主要受 力 骨 力方 向大致平行 的微柱 ， 混凝土破坏就 是 由于微 柱失稳或 折断造 架， 同时也配有构造钢筋及少量受力 钢筋 的结构构件 。混 凝土 中 成的 。外套 圆钢管则能提供侧 向压力 ， 使混凝 土微裂缝 的发展受 配置型钢 以后 ， 混凝 土 与型钢 间具 有相 互约束 作用 ， 方 面混凝 到限制 ， 一 只有 在更 高 的压 力下 才会 发生破 坏 ， 其结 果表 现为 混凝 土包裹在型钢外侧 ， 在构件达到极限承 载能力之 后型钢不 会发生 土抗压强度和变形 能力 的提 高。钢材基本 属于各 向同性材料 ， 薄
系方 面发展 。在组合 结构 体 系中 的承重 构件或 抗侧 力构 件应 用 使柱具有更好 的延性 。而混凝 土 中配置 的钢筋 可 以使型 钢和混
较多 的应该是 型钢 混凝 土和钢管混凝 土 ， 两种 组合形 式的构件 受 凝土较好地协调变 形 ， 同工作 ， 而保 证型钢 的塑 性变 形能力 共 从