第10章_高层混合结构设计

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二、钢—混凝土混合结构体系
我国现行《高层建筑混凝土结构技术规程》和《高 层民用建筑钢结构技术规程》中钢—混凝土混合结 构体系有。 钢框架—钢筋混凝土核心筒(或剪力墙)； 钢框架—型钢混凝土核心筒(或剪力墙)； 型钢混凝土框架—钢筋混凝土核心筒(或剪力墙)； 型钢混凝土框架—型钢混凝土核心筒(或剪力墙)； 钢框筒—混凝土核心筒； 钢框筒—型钢混凝土核心筒； …………
(2)特一级和9度时的框架柱、框支柱，以及一级框架 结构的框架柱：Mc ≥ 1.2Mbua (3)特一、一、二、三级框架，以及框支柱的底层柱 下端截面、和转换层相连的框支柱上端截面，其弯 矩设计值应分别乘以2.0、1.7、1.5、1.3的增大系数 。
宽厚比应满足（表10-11）的要求(pp321表10-10)。
钢骨制作时需预留纵筋和箍筋贯通孔的位置。
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二、钢骨混凝土构件正截面承载力计算
（一）计算方法 目前，世界各国对型钢混凝土构件正截面承载力计算 可归纳为三种方法： ①考虑外包混凝土对型钢刚度的提高作用，按钢结 构稳定理论计算； ②假定构件内的型钢与外包混凝土协同工作，采用 钢筋混凝土构件正截面承载力计算方法计算； ③叠加法，即型钢混凝土构件的正截面承载力等于 型钢与外包混凝土的正截面承载力之和。
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梁的受压侧角部应各配置一根16以上的纵筋。 梁的受拉侧和受压侧纵筋均不宜超过两排，梁中纵 向钢筋尽量避免穿过柱中钢骨翼缘。 当梁的腹板高度大于600mm时，在梁的两个侧面沿 高度配置纵向构造钢筋(腰筋)。纵向构造钢筋的间 距不大于300mm(图10-7)。 钢骨混凝土柱受压侧纵向钢筋的配筋率不应小于0.2 ％，全部纵向钢筋的配筋率不应小于0.6％，在四角 各配置一根直径不小于16mm的纵向钢筋。
一、混合结构构件类型
(一)型钢混凝土构件—在型钢周围配置钢筋并浇筑混 凝土的结构构件，又称钢骨混凝土构件，简称SRC .
型钢混凝土课用于梁(型钢混凝土梁)、柱(型钢混 凝土柱)，剪力墙(型钢混凝土剪力墙) （图10-1）
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（二）钢管混凝土构件—钢管混凝土构件是在钢管内 部充填浇筑混凝土的结构构件，钢管内部一般不再 配置钢筋，简称CFST。 钢管截面有圆钢管、方管、矩形管等（图10-2） 圆钢管内的混凝土受到钢管的有效约束，可显著 提高其抗压强度和极限压应变； 方管、矩形管对混凝土约束效果较小，一般不考 虑混凝土抗压强度提高； 混凝土可增强钢管的稳定性，使钢材的强度得以 充分发挥； 钢管混凝土柱是一种比较理想的受压构件形式， 具有良好的抗震性能，主要用于高层建筑中的柱。
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（三）钢骨混凝土梁计算 （1）应力图形（图10-9）。 （2）基本公式： M≤Myss+Murc Myss—钢骨部分的受弯承载力：： 持久、短暂设计状况： Myss =s.Wss.fssy 地震设计状况： Myss =Wss.fssy/RE
• Wss—钢骨截面的抵抗矩，当钢骨截面有孔洞时应取净截面 的抵抗矩； • s —截面塑性发展系数，对工字形钢骨截面， s取1.05； • fssy —钢骨的抗拉、压、弯强度设计值； • RE—抗震承载力调整系数，取0.8。
（三）混合结构高层建筑适用的最大高度(表10-1)
CECS 230:2008《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》规定 的最大高度见pp312表10-1。
（四）混合结构高层建筑的最大高宽比(表10-2) 8) (五)丙类建筑混合结构的抗震等级(表10-3) (pp316表10-5
10.2 混合结构设计的有关规定 一、结构计算
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三、高层建筑混合结构的结构布置和概念设计
（一）结构总体布置 高层混合结构房屋的总体布置原则与高层建筑混凝 土结构基本相同。 混合结构房屋平面的外形宜简单规则：
宜采用方形、矩形、多边形、圆形、椭圆形等规则对称 的平面； 尽量使结构的抗侧力中心与水平合力中心重合； 建筑的开间、进深宜统一； 筒中筒结构体系中，当外围钢框架柱采用H形截面时， 宜将柱截面强轴方向布置在外围筒体平面内；角柱宜采 用十字形、方形或圆形截面； 楼盖主梁不宜搁置在核心筒或内筒的连梁上。
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（三）型钢混凝土剪力墙(钢板混凝土剪力墙）——在 混凝土剪力墙的边缘构件中布置型钢，中部可以布 置钢板（图10-3）。
剪力墙两端的暗柱和翼柱中设置型钢后，承载力和变形能 力大幅度提高； 剪力墙端部设有型钢后，使钢梁与剪力墙的连接更方便； 剪力墙中设置钢板后可增强抗侧移能力，减小墙的厚度。
（四）钢-混凝土组合楼盖——一般由钢梁+压型钢板+ 混凝土板组成（图10-4）。
利用钢材(钢梁和压型钢板)承受构件截面上的拉力、混凝 土承受压力，使钢材的抗拉强度和混凝土的抗压强度均得 到充分别用。 组合梁板中的钢梁可以承担施工荷载，而压型钢板则可直 接作为楼板混凝土的横板，加快施工进度，减轻楼板自重。
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（二）叠加法(教材介绍的方法) 以平截面假定为基础，受压区混凝土仍然可采用等 效矩形应力图形； 钢骨截面的应力分布与钢骨在截面中的位置有关； 对于钢骨基本对称配置的情况，可采用钢骨截面承 载力与混凝土截面承载力叠加形式计算。
N≤Nyss+Nurc M≤Myss+Murc
Nyss、Myss—分别为钢骨部分承担的轴力及相应的受弯承载 力(塑性理论)； Nurc、Murc——分别为钢筋混凝土部分承担的轴力及相应的 受弯承载力(极限状态设计法)。
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二、内力及位移要求
1、高层建筑混合结构框架部分的最小地震层剪力 标准值应满足下式的要求，同时也不应小于按结构 整体分析得到的框架部分的地震层剪力。 Vfi≤Vi
Vfi——第i楼层框架部分的地震层剪力； Vi——第i楼层的总地震层剪力； ——框架部分的地震层剪力分担率(表10-4)。 当框架部分的地震层剪力按上式调整时，由地震作用产 生的该楼层各构件的剪力、弯矩和轴力标准值均应进行 相应调整。 对于非双重抗侧力体系，剪力墙或核心筒应承担100％ 的地震剪力。
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（二）箍筋配置
(1)钢骨混凝土梁的箍筋 钢骨混凝土梁的最小面积配箍率不小于0.3％(特一 级)、0.25％(一、二级)和.2％(三、四级和非抗震)； 箍筋直径和间距应符合（表10-8）(pp20表10-7)的要 求，箍筋间距不应大于梁高的1／2。 抗震设计的框架钢骨混凝土梁端部箍筋应加密，在 距梁端1.5倍梁高的范围内，箍筋直径和间距应符合 （表10-8） (pp20表10-7)的要求； 当梁净跨小于梁截面高度的4倍时，全跨箍筋按加密 要求配置。
Murc—钢筋混凝土部分的受弯承载力，按《混凝土 规范》的方法计算，有地震作用组合时需考虑抗震 承载力调整系数RE 。
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（四）钢骨混凝土柱计算 1、钢骨混凝土柱弯矩设计值调整——强柱弱梁等 (1)除顶层和轴压比小于0.15者外，一、二、三级框 架柱和中间层框支柱： Mc≥cMb
c——对框架结构，一、二、三级抗震等级分别取为1.7、 1.5、 1.3；对其它结构中的框架，一、二、三、四级分别取 1.4、1.2、1.1和1.1。
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混合结构的侧向刚度和承载力沿竖向宜均匀变化， 构件截面宜由下至上逐渐减少，无突变。
混合结构的外围框架柱沿高度宜采用同类结构构件；当 采用不同类型和材料的构件时，应设置过渡层。 对于刚度突变的楼层，如转换层、加强层、空旷的顶层、 顶部突出部分、型钢混凝土框架与钢框架的交接层及邻 近楼层，应采取可靠的过渡加强措施。 钢框架部分设置支撑时，宜采用偏心支撑和耗能支撑， 支撑宜连续布置，且在相互垂直的两个方向均宜布置， 并相互交接；支撑框架在地下部分宜延伸至基础。
混合结构中，外围框架平面内梁与柱应采用刚性连 接；楼面梁与钢筋混凝土筒体及外围框架柱的连接可 采用刚接或铰接。 楼盖体系应具有良好的承载力及延性——地震时高层建筑混 合结构破坏主要集中于混凝土筒体，表现为混凝土筒体底部混 凝土受压破坏以及暗柱和角柱的纵筋压屈。 增强外围框架的刚度及承载力——混合结构高层建筑中，外 围框架平面内梁与柱应采用刚性连接，以增强外围框架的侧向 刚度及水平承载力。 设置外伸桁架加强层——采用外伸桁架加强层可以将筒体剪 力墙的部分弯曲变形转换成框架柱的轴向变形，以减小水平荷 载作用下的侧移。
3、竖向荷载作用计算时，宜考虑钢柱、型钢混凝土 (钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖向变形差异 引起的结构附加内力，计算竖向变形差异时宜考虑 混凝土收缩、徐变、沉降及施工调整等因素的影响. 4、混合结构在多遇地震作用下的阻尼比可取为0.04。 风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时，阻尼比 可取为0.02～0.04 。
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2、在风荷载和多遇地震作用下，其结构最大弹性 层间位移角不宜大于(表10-5)的限值。 3、罕遇地震作用下高层建筑混合结构的弹塑性层 间位移角，混合框架结构不应大于1／50，其余结 构不应大于1／100。 4、地震设计状况下，型钢(钢管)混凝土构件的承 载力抗震调整系数RE（表10-6）。 地震设计状况下，钢构件的承载力抗震调整系数 RE（表10-7）。
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10.3 钢骨（型钢）混凝土框架 一、一般规定和构造要求
常用实腹式钢骨混凝土梁、柱的截面形式如（图 10-5）。 当在外包混凝土中配置一定量的构造钢筋时，钢骨 与外包混凝土能较好地协调变形，共同承受荷载作用. （一）截面构造及纵筋配置 钢骨混凝土梁、柱的构造要求见(图10-6)。 钢筋的混凝土保护层厚度按《混凝土规范》采用， 梁、柱钢骨的保护层厚度不小于100mm和150mm。 钢骨混凝土梁受拉纵向钢筋配筋率不少于0.2％。
抗震设防的结构，RC梁端、柱端箍筋加密区的箍筋末端应做 成135 弯钩，弯钩平直段长度不小于10d(d为箍筋直径)或 50mm，也可采用焊接封闭箍筋。 16
（三）钢骨(型钢)
(1)含钢率
钢骨混凝土梁、柱及钢骨混凝土剪力墙(筒体)边缘 构件范围内的钢骨含钢率：非抗震和三、四级抗震 结构不小于2％；一、二级抗震结构不小于4％；特 一级抗震结构不小于6％； 含钢率不宜大于15％。 (2)板件厚度和宽厚比 钢骨板材的厚度不应小于6mm；