?關(guān)于結(jié)構(gòu)整體高寬比的討論： 

?高度和高寬比是超高層結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制因素，也是決定結(jié)構(gòu)剛度的重要指標。 

   ◆基底傾覆力矩與建筑高度的平方成正比  

   ◆建筑頂部側(cè)移與建筑高度的四次方成正比，并按結(jié)構(gòu)寬度的三次方遞減  

?超高層結(jié)構(gòu)由于占地和功能的限制，基底尺寸通常不會過大，一般為60~80m左右，因此，對于超過400m以上超高層，高寬比一般為7~9。 

?高寬比直接與超高層結(jié)構(gòu)的受力性態(tài)相關(guān)： 

  ◆高寬比<4，剪切變形為主，類似框架結(jié)構(gòu)受力性態(tài)  

  ◆高寬比=4~6，彎剪變形 

  ◆高寬比>6，彎曲變形為主，剪切變形引起的有害位移通常不足10% 

?關(guān)于結(jié)構(gòu)整體高寬比的討論： 

?當高寬比超過8時，通常外筒設(shè)計為巨型框架 或 巨型支撐框架（框筒），有效提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。 

?當高寬比超過8時，橫風向效應(yīng)顯著增強，在八度設(shè)防以下地區(qū)，風荷載通常成為控制因素。

?關(guān)于核心筒高寬比的討論： 

?核心筒高寬比的影響： 

對于常規(guī)的框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，核心筒承擔著大部分剪力和傾覆力矩，故核心筒高寬比也是一個重要參考因素。但對于超高層而言，巨型框架、支撐框筒等高度更大的外框結(jié)構(gòu)常常取代了一般框架，因此，核心筒的承擔剪力和傾覆力矩比例會降低。

?核心筒面積比例：指核心筒的圍合面積占樓面面積的比例，是另一個重要參考指標。 

  ◆圍合面積比例<20%，核心筒剛度偏弱，宜加強外框筒，采用支撐框筒或巨型結(jié)構(gòu) 

  ◆圍合面積比例=20~30%，核心筒剛度適中  

  ◆圍合面積比例>30%，核心筒剛度較大，承擔剪力和傾覆力矩比例大幅提高，應(yīng)尤其注重核心筒的性能化設(shè)計及二道防線設(shè)計。

1.2 典型超高層建筑高寬比

伸臂桁架結(jié)構(gòu)

2.1概念

?超高層建筑框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系，存在側(cè)向剛度不足、核心筒傾覆力矩偏大的缺陷 。 

?通過設(shè)置抗彎剛度較大的伸臂桁架，連接核心筒和外框架，可將周邊柱的軸向剛度用來增加結(jié)構(gòu)的抗傾覆力矩，顯著提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小核心筒傾覆力矩。

2.2形式

?形式1：兩點連接方式； 

?形式2：單點上部連接方式； 

?形式3：單點下部連接方式； 

?形式4：單點中間連接方式。

?伸臂桁架結(jié)構(gòu)形式比較  

?采用SAP2000對各種伸臂桁架形式進行了極限承載力分析

?伸臂桁架結(jié)構(gòu)形式比較

?伸臂桁架結(jié)構(gòu)形式比較

2.3連接節(jié)點

?伸臂桁架與核心筒連接節(jié)點 

?伸臂桁架與框架柱連接節(jié)點

?伸臂桁架與核心筒連接節(jié)點  

  ◆方式1：伸臂桁架正方（工型），采用單板與墻體內(nèi)鋼骨連接。

  ◆方式2：伸臂桁架側(cè)方（H型），采用雙板在墻體內(nèi)與鋼骨連接。

?伸臂桁架與框架柱連接節(jié)點

  ◆方式1：伸臂桁架正方（工型），采用單板與柱體內(nèi)鋼骨連接。

  ◆方式2：伸臂桁架側(cè)方（H型），采用雙板與柱體內(nèi)鋼骨連接。

巨型框架柱設(shè)計

3.1概念

?巨型框架-核心筒結(jié)構(gòu)中重要的受力構(gòu)件； 

?主要承擔外筒重力荷載和傾覆彎矩； 

?巨型柱的地位非常重要，對構(gòu)件選型需要重點考慮。

?上海中心巨型柱受力情況： 

           豎向荷載分配：54%

           底部剪力分配：57%

           底部傾覆力矩分配：79%

3.2形式

?目前常用的兩種構(gòu)件形式： 

  ◆1、SRC型鋼混凝土柱。包括：上海中心、深圳平安、上海環(huán)球金融中心等； 

  ◆2、CFT鋼管混凝土柱。包括：天津117、臺北101、深圳京基中心等。

?巨型鋼管混凝土柱

3.3受力性態(tài)（上海中心為例）

?單工況作用下的軸力

?小震組合——通高小偏心受壓

?中震震組合——1～2區(qū)為小偏壓，3區(qū)為大偏壓，4區(qū)為大偏拉，5～8區(qū)為小偏拉。

?大震組合——通高-小偏心受拉

3.4設(shè)計指標

?材料：C70～C50；Q345GJ～Q390GJ

?抗震等級：通高特一級  

?抗震性能目標：中震彈性、大震不屈服  

?軸壓比限值：0.60 （1.2重力+1.3小震）  

?鋼骨含鋼率：標準段不小于4％，節(jié)點區(qū)及上下各一層范圍內(nèi)不小于5％，并根據(jù)節(jié)點計算的需要調(diào)整。 

?縱筋配筋率：標準段1.2％，節(jié)點區(qū)由于縱筋將被伸臂、環(huán)帶桁架的桿件截斷，取0.8％。?配箍率：不小于1.0％； 

?剪壓比：V ＜= 1/γRE(0.36*βc*fc*b*ho)

3.5 實例

?金茂大廈

?臺北101

?環(huán)球金融中心

?連接節(jié)點

?上海中心

?8層巨型框架+6道伸臂+核心筒體系 

?巨型框架：8根巨柱+8道環(huán)帶桁架

?方案一：九肢格構(gòu)式鋼骨  

  ◆九肢型鋼分散布置，需通過綴板連接以協(xié)調(diào)抗力。但型鋼肢數(shù)越多，傳力越不直接，各肢協(xié)同工作的難度越大。

  ◆伸臂只和中間三肢型鋼直接連接，需要通過大量的綴板連接后才能把力傳遞給其他六肢，傳力途徑不直接。 

  ◆型鋼間聯(lián)系很弱，依靠綴板傳力在節(jié)點區(qū)應(yīng)力集中處，易產(chǎn)生縱向劈裂破壞和剪切破壞。 

  ◆抗震性能不好。

?方案二：‘王’字形實腹式鋼骨  

  ◆可有效解決協(xié)同抗力和剪切破壞兩個關(guān)鍵問題。 

  ◆鋼骨內(nèi)部形成約束混凝土，提高巨型柱的抗壓能力和延性。 

  ◆在節(jié)點區(qū)域與伸臂和環(huán)帶桁架的連接較方便，伸臂和環(huán)帶的力可直傳遞給整個鋼骨。 

  ◆鋼骨可在工廠焊接完成，現(xiàn)場可整體吊裝，減少了現(xiàn)場焊接量。

?鋼骨與伸臂的連接

?承載力驗算

采用纖維單元法得到SRC巨型柱的空間屈服曲面。將巨型柱的內(nèi)力狀態(tài)和空間屈服曲面繪制在同一內(nèi)力坐標下，進行比較，當荷載對應(yīng)的空間點落在空間屈服曲面內(nèi)時，則可以判定該構(gòu)件滿足承載力要求。

?延性分析

?鋼骨吊裝

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來源：鋼構(gòu)聯(lián)盟