高层钢结构规范钢框架混凝土核心筒结构.doc

钢框架钢筋混凝土核心筒结构9.1 总则9.1.1 钢框架钢筋混凝土核心筒结构的设计，应祖训现行国家标准建设抗震设计规范GB50011的有关规定。9.1.2 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构有双重体系和单重体系之分，取决于框架部分的剪力分担率。二者有不同的设计要求，适用范围，最大适用高度和抗震设计等级，设计时应分别符合有关规定。9.1.3 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构有不同的形式，其框架部分采用钢框架外，必要时也可采用钢管混凝土柱（或钢骨混凝土柱）和钢梁的组合框架；钢框架必要时可下部楼层用钢骨混凝土柱和尚不六层用钢柱，混凝土核心筒必要时可作为钢骨混凝土结构。此外，周边钢框架必要时可设置钢支撑加强，使钢框架成为具有较高侧向承载力的支撑框架。9.1.4 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构为双重体系时，其最大适用高度不宜超过现行国家规范建筑结构抗震设计规范BG50011 对钢筋混凝土框架-核心筒（抗震墙）结构最大适用高度和钢框架-支撑结构最大适用高度二者的平均值。单重体系时，不宜超过GB50011对抗震墙结构规定的最大适用高度。9.1.5 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的抗震设计等级，钢框架部分和混凝土核心筒部分应分别符合现行国家标准建筑抗震设计规范 GB50011的表6.1.2和表8.1.3的规定。9.1.6 框架下部采用钢骨混凝土柱上部采用钢柱时，应设置过渡层防止刚度突变。过渡层的柱刚度宜为上下楼层柱刚度之和的一半。9.2 双重体系和单重体系9.2.1 钢框架钢筋混凝土核心筒结构宜作为双重体系。钢框架部分按刚度分配的最大楼层地震剪力，不应小于结构总剪力的10%；框架部分按刚度分配计算得到的地震层剪力应乘以的的增大系数，达到不小于结构底部地震剪力的20%和最大楼层剪力1.5倍二者较小值，且不小于结构底部地震剪力的15%。【说明】在地震作用下，由于钢筋混凝土核心筒侧向刚度较钢框架大很多，因而承担了绝大部分地震力。但钢筋混凝土剪力墙的弹性极限变形很小，约为1/3000，在达到极限变形时，钢筋混凝土剪力墙已开裂，而此时钢框架尚处于弹性阶段，地震作用在剪力墙和钢框架之间会实行再分配，钢框架承受的地震力会增加，而且钢钢架是重要构件，它的破坏和竖向承载力的降低，将危及房屋的安全，因而有必要对钢框架承受的地震力作更严格的要求，使其能适应强震时的大变形且保有一定的安全度。9.2.2 当钢框架部分按刚度计算分配逇最大楼层地震剪力小于10%时，钢框架-钢筋混凝土核心筒为单重体系。单重体系的混凝土核心筒的墙体应承担100%的结构总剪力，钢框架部分按刚度计算分配的剪力不宜小于结构总剪力的4%。【说明】非双重体系的结构在美国称为房屋框架，是广泛采用的结构形式之一，有施工方便的优点，我国有广大的非地震区和6度设防区，而钢框架-钢筋混凝土核心筒结构是目前应用较多的一种结构形式，对100m以下高度的房屋可适当降低设计要求，但此时框架部分仍宜用一定的承载储备。9.2.3 钢框架-混凝土核心筒结构双重体系设计时，可采取下列一项或多项措施，以提高钢框架的剪力分担率：1）框架柱的间距不宜过大，混凝土核心筒尺寸应合理；2）采用钢骨混凝土或钢管混凝土柱的组合框架；3）周边被刚框架用支撑加强。【说明】为了满足双重体系的设计要求，钢框架的柱距不宜过大。设计表明，当框架柱距不大于6m左右时，双重体系要求不难满足。9.3 结构布置9.3.1 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构建筑平面的外形宜简单规则，宜采用方形、矩形等规则对称平面，并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。9.3.2 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，当高度超过150m时，宜设置伸臂架，必要时尚可在周边框架角部设置巨形SRC柱，与伸臂架相连。【说明】对于高度较大的超高层建筑，周边钢架增设巨形柱时提高框架部分剪力担率的有效方法。通过与伸臂架相连，能有效地提高部分的剪力分担率。9.3.3 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构设置地下室时，框架柱应至少延伸至地下室一层，框架柱竖向荷载应直接传至基础。刚框架部分采用支撑时，二级及以上抗震等级宜采用偏心支撑和耗能支撑。支撑在竖向应连续布置，在地下部分应延伸至基础。9.3.4 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构中，混凝土核心筒为主要抗侧结构，应根据具体情况采取有效措施，保证核心筒的延性。9.3.5 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的楼盖，应具有良好的刚度和整体性。跨度大的楼面梁不宜支承在核心筒连梁上。9.4 结构分析和计算9.4.1 高层建筑刚框架-钢筋混凝土核心筒结构在风荷和多遇地震作用下的内力和位移应按弹性方法计算。9.4.2 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构弹性分析的荷载和荷载效应组合，应按下列规定执行: 1 竖向荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009规定取值。当露面活荷载大于4Kn/m2时应考虑其不利分布。 2 风荷载应按现行国家标准建筑结构荷载规定GB50009规定采用。对于特别重要的，承载力计算时基本风压应按100重现期的风压值采用；位移计算时，基本风压可按50年重现期的风压值采用。 3 当房屋高度大于200m时，或当房屋高度大于150m且有下列情况之一时，宜进行风洞实验；1）平面形状不规则或立面形状复杂；2）立面开洞或连体建筑；3）周围地形和环境复杂；4）当多栋建筑间距较近，又没有可提供参考的类似资料以了解其群体效应的互相影响。 4 在单向地震作用下应考虑偶然偏心的影响，每层楼面质心沿垂直于地震作用方向的附加偏心距可按下式计算: 式中第i层质心偏心距，各楼偏移方向相同； 第i层垂直于地震作用方向的建筑物总长度。9.4.3 钢框架钢筋混凝土核心筒结构抗震计算时，机构的阻尼比不应大于0.045，也可按钢筋混凝土核心筒体（墙体）部分和钢框架部分在结构总变形中多占的比例折算为等效阻尼比。9.4.4 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构在地震作用下的内力和位移计算所采用的结构自振周期，应考虑非结构构件的影响予以修正。修正时要考虑非结构构件的材料、数量及其与主题结构的连接方式，修正系数可取0.81.0.9.4.5 在行进弹性阶段的结构整体内力和变形分析时，钢骨混凝土构件及钢管混凝土柱的刚度可按下列方法确定； 1 钢骨混凝土梁，柱及钢管混凝土柱截面的轴向刚度、抗弯度和抗剪刚度，才可采取钢骨或钢管部分的刚度与钢筋混凝土部分的刚度之和，即： 式中 钢筋混泥土部分的轴向刚度； 钢骨（或钢管）部分的轴向刚度； 钢筋混凝土部分的抗弯刚度； 钢骨（或钢管）部分的抗弯度 钢筋混泥土部分的抗剪刚度，只计入与受力方向平行的腹板部分面积； 钢骨（或钢管）部分的抗剪刚度，只计入腹板部分面积。2 无端柱钢骨混凝土剪力墙可按相同截面的钢筋混凝土剪力墙计算轴向、抗弯、抗剪刚度。有端柱钢骨混凝土剪力墙，可按工形截面混凝土墙计算轴向和抗弯刚度，端柱中的钢骨可折算为等效混凝土面积后，计入工形截面的翼缘面积。墙的抗剪刚度可只计入腹板混凝土面积。3 考虑混凝土的开裂及徐变影响时，以及对于结构受力较大部分，在进行结构变形计算时，宜适当降低钢筋混凝土部分的抗弯刚度，降低系数可取0.60.8，但不得小于相同截面尺寸的钢筋混凝土的抗弯刚度。不明确9.4.6 当没有地下室或地下室顶板处不能作为嵌固端，而钢柱又采用埋入式柱脚时，钢柱的嵌固端取在基础定面向下1.5倍柱截面高度处。9.4.7 高度超过100m的钢框架钢筋混凝土核心筒结构，宜进行模拟施工过程计算。当部分结构先施工时，应考虑其独立承受外部荷载的能力并确保其稳定，或视其承载能力确定允许现行施工的楼层数。9.4.8 高度超过100m的钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，宜进考虑混凝土后期徐变、收缩和不同材料构件压缩变形差的影响，并应采取相应措施进行措施进行调整。 【说明】超高层钢框架-钢筋混凝土核心筒结构安装时，应对每节钢柱上端标高进行调整，可采用设置填片或调整焊缝高度的方法，其数值可参考中国工程建设协会标准高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程CECS230:2008第9章的条文说明。9.4.9 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构层间位移限值，可采用钢筋混凝土结构的限值。9.5 构件设计9.5.1 二级及以上的钢框架梁柱连接，应采用考虑塑性铰外移的加强型连接。加强型连接可采用梁翼局部加宽式、翼缘板式、盖板等形式。9.5.2 采用钢骨混凝土柱和钢梁组成的框架时，柱骨与钢梁咋受弯平面的刚度比，宜符合传力要求。9.5.3 圆形钢管混凝土柱和矩形钢管混凝土柱的轴向受压承载力应符合下列规定：无地震作用组合时 CFT柱条文需与新规程核对有地震作用组合时 式中 N 轴压力设计值； 钢管混凝土柱的轴向受压承载力； 轴向受压承载力抗震调整系数，取0.8【说明】建筑抗震设计规范规定，承载力抗震调整系数对混凝土柱，当轴压比小于0.15时为0.75，轴压比不小于0.75时为0.80；对钢柱当强度破坏时为0.75，屈曲失稳时为0.80.钢管混凝土柱以前对此作出规定，据此，建议对钢管混凝土柱取0.80.9.5.4 圆形钢管混凝土柱的轴向受压承载力应按下公式计算； 当时 当时 式中 钢管混凝土短柱的轴心受压承载力 钢管混凝土套箍系数与混凝土强度等级有关的系数，混凝土强度等级不大于C50时可取2.00，混凝土强度等于大于C50时可取1.80；与混凝土强度等级有关的系数，混凝土强度等级不大于C50可取1.00，混凝土强度等于大于C50时可取1.56.钢管材料的抗拉、抗压强度设计值；钢管内混凝土的轴心抗压强度设计值；钢管的横截面面积；钢管内混凝土的横截面的面积；考虑长细比影响的轴必受承载力折减系数，按表9.5.4采用；考虑偏心影响的轴心受压承载力减折系数，按9.5.5条的规定计算。表9.5.4 圆形钢管混凝土柱考虑长细比影响的轴心受压承载力折减系数78.510.5121415.51719201.000.980.950.920.870.810.750.700.689.5.5 圆形钢管混凝土柱考虑偏心影响的轴心手压承载力折减系数，可按下式计算； 当时 当时 式中偏心距； 钢管内横截面的半径； 柱端弯矩设计值得较大者 柱轴压力设计值9.5.6 圆形钢管混凝土柱的受剪承载力应符合下列规定：无地震作用组合时 有地震作用组合时 式中剪力设计值；钢管混凝土柱的受剪承载力；受剪承载力抗震调整系数，取0.8.9.6 连接计算和构造措施9.6.1 楼面梁与钢框架柱可采用刚性连接，与混凝土核心筒体应采用铰连接。混凝土墙体与钢梁连接部位宜设置构造型钢。构造型钢应通长设置，不计入剪力墙承载力计算。当墙体为钢骨混凝土墙时，墙的钢骨可兼做构造型钢。楼面梁与构造型钢或钢骨柱的连接应采用铰接。【说明】 钢框架应力较高，剪力墙应较低，二者模量不同，且混凝土存在收缩和徐变效应，钢框架与墙体之间存在沉降差异。为了减少此变形差异引起的内力，国外楼面梁两端采用铰接，我国习惯做法是楼面与框架刚接，目的只是减少位移，对其影响未做论证，只是允许采用；从减小附加应力考虑，两端铰接较合理。楼面梁与构造型钢（简称小钢柱）或钢骨柱的连接应采用铰接，不宜采用刚接，这是因为钢骨在剪力墙中的面积比例很小，不足以消除钢框架与墙体的竖向变形差异。够造型刚通长连续设置有利于梁的定位。9.6.2 钢骨混凝土构件应符合下列构造措施： 1 柱钢骨应采用实腹式，不得采用空腹式。中间柱钢骨宜采用十字形，角柱和边柱宜采用L行和T行， 2 柱主筋宜在钢骨四角通过，避免在钢骨上穿孔。 34 边柱的外侧面和梁的外侧面位于同一平面时，应考虑偏心影响，对柱进行有限元分析。9.6.3 对钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，伸臂桁架的构造要求如下: 1 伸臂桁架宜贯穿混凝土核心筒，并宜在与伸臂桁架连接部位的混泥土墙内设置竖向钢骨。伸臂桁架的上、下弦与框架可以采用铰接连接，但也宜在柱内设置钢骨。 2 加强层及其上下各一层的外框架，当采用钢骨混凝土柱时，应沿柱全高加密箍筋；钢柱的板件厚度比限值应按设防烈度提高一度的要求确定。 3 应适当增强加强层上、下板的刚度，楼板厚度不宜小于150mm，且不宜开较大洞口，楼板混泥土强度等级不宜小于C30，且应配置双向双排钢筋。9.6.4 采用压型钢板组合楼板的组合梁设计，宜符合下列要求： 1 组合梁不适用于承受多次反复荷载作用或重大冲击的荷载作用引起的对疲劳强度有影响的作用力。 2计算组合梁翼板有效宽度时，钢与混凝土弹性模量之比一般可取15。 3 计算栓连接件的受剪承载力时，在900N/以下时取500N/，900N/以上时取900N/. 4 栓钉的常用直径是1322mm。栓钉在梁轴线方向的最小钉距应为7.5d，最大钉距为600mm；列距应为5d以上。 5 栓钉到混凝土楼板边缘的距离应不小于40mm。 6 栓钉钉头上部钢筋以上的混凝土保护层厚度不应小于3cm，这是从防火要求考虑的。【说明】本条以上各款参考日本组合梁设计指南列入，我国钢结构设计规范采用的栓钉受剪承载力计算公式，源于美国J.W.Fisher采用的等厚实心混凝土板所作的栓钉推出试验，与国际上通常采用的公式一致，仅换算为混凝土强度设计值后对系数稍作修改，并将式中的改为，（为我国的混凝土强度设计值），对根号中的数值乘积影响不大，国外试验表明，小于5000kg/c的试验数据几乎没有，大于9000kg/c时栓钉的受剪承载力几乎不增加。 最小钉距的建议大于GB500112003中规定的5d，是因为日本组合梁设计指南的规定指出，当栓钉钉距较小时，在栓钉连线上出现了裂纹，此时单个栓钉承载力降低。当栓钉型号有所减小后，混凝土的称压力范围重合，承载力也降低。栓钉钉距，列距和受剪承载力的关系，系统的试验资料几乎没有，但栓钉直径为19mm和钉距大于150mm的试验表明，实心等候混凝土板推出试验得出的栓钉受剪承协力公式是适用的。9.6.5 压型钢板与框架连接处，宜符合下列规定： 1 压型钢板波槽与钢梁垂直时，应在通过梁翼缘处切断， 将板支承在梁翼缘上，板端设置防混凝土流出的挡板，栓钉直接焊在板端之间的梁翼缘上。 2 压型钢板波槽与钢梁平行时，原则上应将翼缘切断。此种形式的栓钉两侧，有压型钢板防止混凝土流出，混凝土与梁翼缘直接接触，因此也可以按实心等厚砼板时的栓钉承载力公式计算。【说明】研究表明，此时可以保证混凝土楼板和钢梁的组合作用，栓钉可采用实心等厚砼板时的承载力公式计算，日本采用此种形式较多，若压型板不切断，连续通过钢梁上部，在板槽中焊接栓钉时，混凝土板与钢梁之间隔了一层压型板，不是直接接触，在组合作用下栓钉有倾转倾向，导致板槽内混凝开裂，其上方混凝土表明有裂纹，美国采用此种形式较多，此时需按另行规定的公式计算栓钉的受剪承载力。日本组合梁规程认为，当压型钢板与钢梁焊接牢固时，板槽部分的混凝土可以起到栓钉的作用，这已得到试验证明。目前虽未考虑此效应，但希望压型钢板应尽可能与梁焊接牢固，压型钢板贯通焊可满足此要求。压型钢板贯通焊时压型钢板厚度不应大于1.6mm，且应由栓钉焊兼顾。此外，压型钢板在高强螺栓连接附近不能焊接栓钉。3 楼板下部加腋宜慎用，加腋部分应该用箍筋充分加强。 【说明】根据美国J.W.Fisher的调查楼板下部加腋时，与等厚楼板相比承载力要降低。英国标准CP-117规定，加腋超过1/3(厚板)时，得到与等厚实心板近似的承载力值，但加腋部分应该用箍筋充分加强。9.6.6 楼盖次梁与主梁的高强螺栓连接，当采用现浇钢筋混凝土楼板将主梁与次梁练成一体时，偏心弯矩将由混凝土楼板承担，次梁端部的连接计算可忽略偏心弯矩的作用。 【说明】日本钢结构标准连接H型钢篇SCSS-H9规定：“楼盖次梁与主梁用高强螺栓连接，采取了考虑偏心影响的设计方法，次梁部的连接除传递剪力外，还应传递偏心弯矩。但是，当采用现浇钢筋混凝土楼板将主梁与次梁练成一体时，偏心弯矩将由混凝土楼板承担，次梁端部的连接计算可忽略偏心弯矩作用。”参考此规定，反符合上述条件者，楼盖次梁与主梁的连接，计算时可以忽略螺栓连接引起的偏心弯矩的影响，此时楼板厚度应符合设计标准的要求（采用组合板时，压型钢板顶面以上的混凝土厚度不应小于80mm）。9.6.7 单重体系的钢筋混凝土核心筒墙体构造的抗震等级宜提高一级，一级时应适当提高。