鋼管混凝土_疊合_柱在超高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1、第 11 期 20 10 年 11 月 廣東土木與建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING No 11 NOV 20 10 鋼管混凝土 （ 疊合 ） 柱在超高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用 郭 明 堯國皇 陳宜言 （ 深 圳 市 市 政 設(shè) 計(jì) 研 究 院 有 限 公 司 深 圳 518029 ） 摘 要 ： 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 由 于 具 有 承 載 力 高 、 抗 震 性 能 好 和 施 工 較 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 適 用 于 我 國 非 抗 震 和 抗 震 地 區(qū) 的 建 筑 結(jié) 構(gòu) ， 尤 其 是 抗 震 設(shè) 防 地 區(qū) 的 高

2、 層 建 筑 結(jié) 構(gòu) 。 本 文 介 紹 了 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 的 相 關(guān) 研 究 成 果 以 及 典 型 工 程 實(shí) 例 ， 并 提 出 了 一 些 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 應(yīng) 用 中 還 需 要 解 決 的 關(guān) 鍵 問 題 。 關(guān) 鍵 詞 ： 鋼 管 混 凝 土 ； 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 ； 超 高 層 ； 設(shè) 計(jì) Application of Concrete Filled Steel Tubular Column in High-rise Building Structures Guo Ming Yao Guohuang Chen Yiy

3、an （ Shenzhen Municipal Design & Research Institute Co. ， Ltd. Shenzhen 518029 ， China ） Abstract ： Concrete filled steel tubular （ CFST ） column and concrete filled steel tube in reinforced concrete （ CFST in R.C. ） olumn are cur- rently being increasingly used in the construction of modern bui

4、ldings due to the high bearing capacity ， excellent earthquake-resistant and convenient construction. Correlative research results ， example projects and key issue in application of CFST and CFST in R.C. column were introduced in this paper. Keywords ： concrete filled steel tube ； concrete filled st

5、eel tube in R.C. column ； super rise ； design 合 ） 柱 的 相 關(guān) 研 究 成 果 ， 簡 述 了 相 關(guān) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 ， 然 后 1 前言 鋼 管 混 凝 土 由 于 鋼 管 和 核 心 混 凝 土 “ 相 互 作 用 、 介紹了相關(guān)典型工程實(shí)例 ， 最后提出了一些鋼管混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 在 實(shí) 際 工 程 應(yīng) 用 中 還 需 要 解 決 的 關(guān) 鍵 問 題 ， 期 望 為 同 行 提 供 參 考 。 優(yōu) 勢 互 補(bǔ) ” 而 具 有 承 載 力 高 、 抗 震 性 能 好 、 施 工 方 便 等 諸 多 優(yōu) 點(diǎn) ， 在 超 高

6、層 建 筑 結(jié) 構(gòu) 中 的 應(yīng) 用 較 為 廣 泛 。 按 照 截 面 形 式 的 不 同 ， 鋼 管 混 凝 土 可 分 為 圓 鋼 管 混 2 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 相 關(guān) 研 究 介 紹 凝 土 、 方 鋼 管 混 凝 土 和 矩 形 鋼 管 混 凝 土 等 類 型 ， 且 均 1 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 （ 以 下 簡 稱 “ 疊 合 柱 ”） 是 在 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 的 基 礎(chǔ) 上 發(fā) 展 起 來 的 ， 由 截 面 中 部 的 鋼 管 混 凝 土 和 鋼 管 外 的 鋼 筋 混 凝 土 疊 合 而 成 ， 這 類 組 合 構(gòu) 件 不 僅 具 有

7、 鋼 管 混 凝 土 構(gòu) 件 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 且 鋼 管 外 的 混 凝 土 還 可 起 到 抗 火 作 用 且 便 于 裝 修 ， 目 前 已 我國從五 、 六十年代就開始了鋼管混凝土相關(guān) 的 研 究 工 作 ， 包 括 靜 力 性 能 、 動 力 性 能 、 抗 火 性 能 以 及施工性能等 ， 并已形成了較為系統(tǒng)的鋼管混凝土 設(shè) 計(jì) 理 論 ， 文 獻(xiàn) 1 對 相 關(guān) 研 究 工 作 做 了 較 詳 細(xì) 的 綜 述 ， 本 文 不 再 重 復(fù) 。 隨 著 研 究 工 作 的 不 斷 深 入 和 工 程 實(shí)踐的開展 ， 我國先后頒布了多部有關(guān)鋼管混凝土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 的 規(guī) 程

8、， 如 JCJ 01-89 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 有不少應(yīng)用實(shí)例 ， 如遼寧郵政樞紐大樓 （ 23 層 ）、 深 圳 諾 德 金 融 中 心 大 廈 （ 40 層 ） 管內(nèi)混凝土 縱筋 管內(nèi)混凝土 縱筋 管內(nèi)混凝土 縱筋 和深 圳 卓 越 皇 崗 世 紀(jì) 中 心 項(xiàng) 目 （ 最 高 63 層 ） 等 ， 取 得 了 良 好 的 建 筑 效 果 和 經(jīng) 濟(jì) 效 益 2 3 。 圖 1 給 出 了 典 型 的 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 截 面 形 式 ， 目 前 工 程 應(yīng) 用 較 多 的 管外混凝土 D 0 箍筋 內(nèi)鋼管 管外混凝土 B 0 箍筋 內(nèi)鋼管 管外混凝土 B 0 箍筋 內(nèi)鋼管

9、 是 圖 1b 的 截 面 形 式 。 訳 圓套圓 訴 方套圓 訵 方套方 本 文 首 先 簡 要 介 紹 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 10 圖 1 典型的鋼管混凝土疊合柱的截面形式 D i D i D i 有大量的工程實(shí)例 。 -Page 1- 20 10 年 11 月 第 11 期 郭 明 等 ： 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 在 超 高 層 建 筑 結(jié) 構(gòu) 中 的 應(yīng) 用 NOV 20 10 No 11 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 施 工 規(guī) 程 、 CECS 28 90 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 施 工 規(guī) 程 （ 修 訂 中 ， 征 求 意 見 稿 已 出 、 電 力 行

10、 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) DL-5085 T-1999 鋼 - 混 凝 土 組 合 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 給 出 了 圓 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 的 規(guī) 定 ； 國 家 軍 用 標(biāo) 準(zhǔn) GJB 4142-2000 戰(zhàn) 時 軍 港 搶 修 早 強(qiáng) 為了適應(yīng)工程實(shí)踐的需要 ， 由清華大學(xué)和遼寧 省 建 筑 設(shè) 計(jì) 研 究 院 主 編 ， 2005 年 頒 布 的 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 結(jié) 構(gòu) 技 術(shù) 規(guī) 程 （ CECS 188 2005 ） 2 使 得 疊 合 柱在實(shí)際工程 中 的 應(yīng) 用 更 具 可 操 作 性 。 型 組 合 結(jié) 構(gòu) 技 術(shù) 規(guī) 程 給 出 了 方 鋼 管

11、 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 的 條 文 ； CECS 159 2004 矩 形 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 3 相關(guān)工程實(shí)踐介紹 構(gòu) 技 術(shù) 規(guī) 程 給 出 了 矩 形 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 的 條 文 ； DB 29-57-2003 天 津 市 鋼 結(jié) 構(gòu) 住 宅 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 中 也 給 出 了 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 方 面 的 規(guī) 定 。 福 建 省 標(biāo) 準(zhǔn) DBJ 13-51-2010 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 以 上 介 紹 了 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 研 究 和 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 方 面 的 相 關(guān) 內(nèi) 容 ， 以 下 簡

12、 要 介 紹 典 型 實(shí) 例 。 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 在 高 層 建 筑 應(yīng) 用 實(shí) 例 很 多 ， 限 于 篇 幅 ， 本文僅介紹筆者參與設(shè)計(jì)的一些相關(guān)工程 。 技 術(shù) 規(guī) 程 可 適 用 于 圓 形 和 方 、 矩 形 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 3.1 深 圳 華 潤 中 心 （ 二 期 ） 君 悅 酒 店 （ 如 圖 3a ） 的設(shè)計(jì)計(jì)算 。 規(guī)程在構(gòu)件承載力計(jì)算公式方面采用 了 文 獻(xiàn) 1 的 研 究 成 果 ， 給 出 了 構(gòu) 件 在 壓 彎 扭 復(fù) 合 受 力狀態(tài)下的承載力計(jì)算公式 ： 2.4 0 （ 1 · N + a · M ） 2.4

13、 + （ T ） 2 =1 j N u d M u T u 2.4 0 - b ·（ N ） 2 + c · N + d · M ） 2.4 + （ T ） 2 =1 N u N u M u T u 式 中 相 關(guān) 參 數(shù) 詳 見 DBJ 13-51-2010 規(guī) 程 ， 該 規(guī) 程中對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有較 全 面 的 相 關(guān) 條 文 。 文 獻(xiàn) 11 在 文 獻(xiàn) 1 的 基 礎(chǔ) 上 ， 推 導(dǎo) 了 鋼 管 混 凝 土 偏 壓 扭 短 柱 的 承 載 力 簡 化 計(jì) 算 公 式 ， 方 便 實(shí) 際 工 程 中 常用的鋼管混凝土短柱的承載力復(fù)核計(jì)算 。 鋼 管 混

14、 凝 土 疊 合 柱 自 面 世 以 來 ， 我 國 的 學(xué) 者 就 對 其 靜 力 性 能 、 反 復(fù) 荷 載 作 用 下 的 抗 震 性 能 等 展 開 了 較 深 入 的 研 究 工 作 ， 如 遼 寧 省 建 筑 設(shè) 計(jì) 研 究 院 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 大 師 林 立 巖 教 授 在 上 世 紀(jì) 90 年 代 將 疊 合 該 工 程 位 于 深 圳 市 ， 地 下 室 共 3 層 ， 其 中 A 棟 為 42 層 超 高 層 酒 店 ， 總 高 度 193m ， 裙 房 2 層 ， 高 17.5m ， 結(jié)構(gòu)高寬 比 193 21.92=8.8 。 考 慮 到 施 工 周 期 和 綜 合

15、 經(jīng) 濟(jì) 效 益 ， 酒 店 主 體 結(jié) 構(gòu) 采 用 框 架 - 核 心 筒 的 混 合 結(jié) 構(gòu)體系 ， 外框架柱采用了方形和矩形截面鋼管混凝 土 柱 ， 并 在 鋼 管 內(nèi) 澆 筑 自 密 實(shí) 高 性 能 混 凝 土 ， 進(jìn) 一 步 發(fā)揮組合柱的綜合優(yōu)勢 。 該工程組合柱最大截面為 1300 × 1300 ， 鋼 管 內(nèi) 澆 筑 C60 混 凝 土 。 3.2 廈 門 海 峽 交 流 中 心 二 期 工 程 （ 如 圖 3b ） 該工程位于廈門市思明區(qū)會展北片 區(qū) ， 高 48 層 ， 建筑 總 高 215m （ 大 屋 面 高 205m ）， 1 層 層 高 6.0m ， 2 5

16、 層 層 高 5.2m ， 設(shè) 備 層 層 高 4.5m ， 標(biāo) 準(zhǔn) 層 層 高 4.1m 。 建 筑 15 層 帶 局 部 裙 房 ， 建 筑 邊 長 44.6m ， 首 、 2 層 主 要 為 大 堂 ， 3 5 層 為 商 業(yè) 用 途 ， 17 層 、 33 層 為 設(shè) 備 層 ， 其 他 為 辦 公 樓 層 ， 該 塔 樓 整 體 的 高 寬 比 為 215.0 44.6 4.82 ， 首 層 核 心 筒 為 19.2m × 22.15m ， 高 寬 比 215.0 19.2=11. 2 。 該 工 程 組 合 柱 采 用 了 圓 形 截面鋼管混凝 土柱 ， 最大截面 f 1

17、150 ， 管內(nèi)澆筑 C70 混凝土 。 柱 應(yīng) 用 于 超 高 層 建 筑 結(jié) 構(gòu) 中 12 ， 圖 2 給 出 了 清 華 大 3.3 深 圳 卓 越 皇 崗 世 紀(jì) 中 心 （ 如 圖 3c ） 學(xué)錢稼茹教授實(shí)驗(yàn)獲得的鋼管混凝土疊合柱在往復(fù) 荷 載 作 用 下 的 滯 回 曲 線 ， 可 見 疊 合 柱 具 有 較 好 的 抗 震性能 。 該工程位于深圳市福田區(qū)益田路與金田路之 間 ， 緊 鄰 金 田 路 ， 總 建 筑 用 地 30667.7m 2 ， 總 建 筑 面 積 42.4 萬 m 2 ， 主要由 4 幢塔樓及裙房地 下 室 組 成 ， 1 # 、 2 # 、 300 200

18、100 0 -100 -200 P （ kN ） 300 200 100 0 -100 -200 P （ kN ） 4 # 塔 樓 為 超 高 層 建 筑 ， 主 體 高 度 分 別 為 280m 、 268m 和 180m ， 3 # 塔樓為高層建筑 。 裙 房 地 面 以 上 共 4 層 ， 總 高 為 20.5m ， 作 商 業(yè) 用 途 ， 總 建 筑 面 積 約 4.6 萬 m 2 。 地 下 室 共 3 層 ， 負(fù) 3 層 地 面 標(biāo) 高 -14.5m ， 總 建 筑 面 積 約 87200m 2 ， 主 要 用 于 停 車 場 ， 部 分 用 于 放 置 設(shè) 備 。 在 該 項(xiàng) 目

19、 1 # 、 2 # 、 4 # 塔 樓 外 框 架 柱 中 采 用 了 鋼 管 混 凝 -300 -60 -40 -20 0 訳 CCS1 20 40 60 （ mm ） -300 -60 -40 -20 0 訴 CCS2 20 40 60 （ mm ） 土 疊 合 柱 ， 其 截 面 形 式 為 圖 1b ， 最 大 截 面 為 1400 × 1400 ， 鋼 管 內(nèi) 外 澆 筑 C70 混 凝 土 。 圖 2 鋼管混凝土疊合柱的滯回曲線 13 11 a. 當(dāng) N N u 2 j 3 h 姨 1- （ T T u ） 2 時 ： b. 當(dāng) N N u 2 j 3 h 姨 1- （

20、 T T u ） 2 時 ： -Page 2- 20 10 年 11 月 第 11 期 廣東土木與建筑 NOV 20 10 No 11 結(jié)語 5 鋼管混凝土 （ 疊 合 ） 柱 具 有 承 載 力 高 、 抗 震 性 能 好 ， 隨著相關(guān)研究的不 斷深入開展和工程 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累 ， 這類組合柱在工程 實(shí)際中的應(yīng)用將更 訳 深圳君悅酒店 圖 3 訴 廈門海峽交流中心 訵 深圳卓越皇崗世紀(jì)中心 鋼管混凝土疊合柱部分應(yīng)用實(shí)例建筑效果圖 加廣泛 。 本文介紹 了相關(guān)研究和部分 工程實(shí)例 ， 希望能 起到拋磚引玉的作用 。 4 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 應(yīng) 用 有 待 解 決 的 問 題

21、 參 考 文 獻(xiàn) 為 更 好 地 推 廣 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 在 工 程 實(shí) 際 中 的 應(yīng) 用 ， 筆 者 認(rèn) 為 以 下 幾 個 方 面 的 研 究 工 作 亟 待 開展 。 1 韓 林 海 . 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) - 理 論 與 實(shí) 踐 M . 北 京 ： 科 學(xué) 出 版 社 ， 2007 4.1 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 與 鋼 筋 混 凝 土 節(jié) 點(diǎn) 設(shè) 計(jì) 2 CECS 188 2005 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 結(jié) 構(gòu) 技 術(shù) 規(guī) 程 S 目 前 對 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 構(gòu) 件 的 力 學(xué) 性 能 和 設(shè)計(jì)方法進(jìn)

22、行了較為充分的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究 ， 但 對 目 前 較 常 采 用 的 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 與 鋼 筋 混 3 黃 用 軍 ， 堯 國 皇 ， 宋 寶 東 等 . 鋼 管 混 凝 土 疊 合 柱 在 深 圳 卓 越 皇 崗 世 紀(jì) 中 心 項(xiàng) 目 中 的 應(yīng) 用 J . 廣 東 土 木 與 建 筑 ， 2008 （ 7 ） 凝 土 梁 的 連 接 節(jié) 點(diǎn) 的 研 究 還 不 多 見 ， 提 出 傳 力 可 靠 、 構(gòu)造簡單的組合柱與鋼筋混凝土梁的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法 4 JCJ 01-89 5 CECS 28 90 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 施 工 規(guī) 程 S 鋼

23、管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 施 工 規(guī) 程 S 十分必要 。 6 DL-5085 T-1999 鋼 - 混 凝 土 組 合 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 S 4.2 巨 型 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 設(shè) 計(jì) 方 法 隨 著 超 高 層 建 筑 結(jié) 構(gòu) 的 高 度 不 斷 增 大 ， 實(shí) 際 工 7 GJB 4142-2000 程 S 戰(zhàn)時軍港搶修早強(qiáng)型組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī) 程 中 采 用 的 組 合 柱 截 面 也 不 斷 增 大 ， 以 往 相 關(guān) 的 實(shí) 驗(yàn) 均 集 中 在 截 面 相 對 較 小 的 組 合 柱 ， 而 對 于 截 面 較 8 CECS 159 2004 9 DB 29-57-2003 矩 形 鋼 管 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 技 術(shù) 規(guī) 程 S 天 津 市 鋼 結(jié) 構(gòu) 住 宅 設(shè) 計(jì) 規(guī) 程 S 大 帶 來 的 “ 尺 寸 效 應(yīng) ” 的 相 關(guān) 研 究 尚 較 為 少 見 ， 盡 快 10 DBJ 13-51-2010 （ 福 建 省 標(biāo) 準(zhǔn) ） 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù) 開展大尺寸組合柱的試驗(yàn)研究和理論研究對確保巨 型 鋼 管 混 凝 土 （ 疊 合 ） 柱 的 結(jié) 構(gòu) 安 全 有 著 重 要 意 義 。 規(guī) 程 （ 福 建 省 工 程 建 設(shè)