对《高层建筑钢混凝土混合结构设计规程》cecs+2302008中几个问题的探讨

'第!"卷第#期建!筑!钢!结!构!进!展5(06!"7(6#"$!$年%月&"()"*++,-./**012,03,-)./"24/2"*+!82)6"$!$对!高层建筑钢"混凝土混合结构设计规程"#>M>;()$N($$=$中几个问题的探讨田淑明%尚志海#中冶京诚工程技术有限公司%北京!!$$$D<$摘!要%!!高层建筑钢?混凝土混合结构设计规程"#G>G."<$f"$$%$的颁布对我国高层混合结构的设计有着重要的意义%使目前的设计工作可以有章可循"本文参考此规程完成了一钢管混凝土框架?混凝土核心筒结构的设计工作%并在设计过程中与以往的其它规程进行了比较%发现外框剪力调整方法-偏心率-钢管混凝土柱的抗弯承载力计算方法-承载力抗震调整系数-结构阻尼比等均存在商榷之处%在此提出%希望能够为这本规程的应用起到推动作用"关键词%!G>G."<$f"$$%&钢管混凝土柱&剪力调整&受弯承载力中图分类号%EF<9%%EF-),-**",-)a^*+*A"4NL-4("R("A/,(-M,@,/*3%1*,Q,-)!$$$D<%GN,-A$EL87.N2?@,-)(/,A-+N2@,-)!4*",64(@64-*+,-./0-(!EN*,++2*(B.R*4,B,4A/,(-B("T*+,)-(B./**0?G(-4"*/*_,V*3./"24/2"*(BEA0012,03,-)+#G>G."<$f"$$%$W,00NAJ*+,)-,B,4A-/,-B02*-4*(-/N*3*+,)-(B+/**0?4(-4"*/*@,V*3+/"24/2"*(B/A00S2,03,-)+684(-4"*/*?B,00*3+/**0/2S*B"A@*?4(-4"*/*4("*WA00NKS",3+/"24/2"*WA+3*+,)-*3A44("3,-)/(/N,++R*4,B,4A/,(-%A-34(@RA",+(-+W,/N(/N*"+R*4,B,4A/,(-+W*"*4(-324/*368+A"*+20/%+*J"A0R"(S0*@+%+24NA+@(3,BK,-)@*/N(3(B+N*A"B("4*,-R*",?B"A@*%A-3*44*-/",4,/K"A/,(%B0*V2"A04ARA4,/K(B4(-4"*/*?B,00*3+/**0/2S*4(02@-%@(3,BK,-)4(*BB,4,*-/(B+*,+@,44ARA4,/K%3A@R,-)"A/,(%A"*3,+42++*3N*"*/(R"(@(/*/N*ARR0,4A/,(-(B/N,++/A-3A"3612345.6,(!G>G."<$f"$$%&4(-4"*/*?B,00*3+/**0/2S*4(02@-#GO.EG$&@(3,B,4A/,(-(B+N*A"B("4*&B0*V2"A04ARA4,/K!!目前%!高层建筑钢?混凝土混合结构设计规程".!/#G>G."<$f"$$%$已经出版%这对我国高层混合结构的9!相关条文设计将会起到有效的规范和推动作用%其中很多条文都9F9!外框剪力调整方法是有别于以前标准的规定%具体到设计中该如何参考这G>G."<$f"$$%规程#以下简称*规程+$中的第#6!6<些条文规定%设计人员怎样把握设计的尺度"本文将以条规定(多遇地震时%高层建筑混合结构框架?剪力墙和框一实际高层结构的设计为例%对规程相关条文的应用进架?核心筒中框架部分的最小地震层剪力标准值应满足行介绍和比较%探讨规程在实际结构中的应用方法%旨在Y1)%.2Y)的要求%式中框架部分层剪力分担率.的最小促进规程能更好地指导设计"值应按表!取值&框架部分的最小地震层剪力也不应小于收稿日期!"$$9:$9:!!"收到修改稿日期!"$!$:$<:$9作者简介!田淑明#!9=9:$%男%博士%工程师%主要从事建筑结构设计)建筑结构抗震及新型结构体系研究&>?@A,0!/,A-+N2@,-)!4*",64(@64-&尚志海#!9;#:$%男%硕士%教授级高工%主要从事建筑结构抗震设计与研究& !#!=!建筑钢结构进展第!"卷!按结构整体分析得到的框架部分的地震层剪力&Y为第)验%框架柱分别采用了圆钢管混凝土和方钢管混凝土%试1)楼层框架部分的地震层剪力&Y为第)楼层的总地震层剪验结果表明(方钢管混凝土模型的阻尼比稍大于圆钢管)力&为框架部分的地震层剪力分担率"混凝土模型&震前两个模型A向和/向的一阶阻尼比在.当框架部分的地震层剪力按上述方法调整时%由地G."<$f"$$%$中几个问题的探讨#!?!针对上述实际工程%按照超限审查意见和#G>G."<$压力将比以前增大较多%计算轴压比也有所加大%经估算f"$$%$得到的结构A向和/向的外框内力调整系数如图底部柱轴压比可达到$69%甚至超过!6$%那么轴压比限"所示"值该如何取用是一个值得研究的问题%规程并未给出这由图"可知%G>G."<$f"$$%给出的外框内力调整方面的规定".;/方法存在如下问题(#"$表"和表<为按照下述方法得到的结构在两#!$由于轴力也要进行调整%考虑地震作用组合的轴个方向上的刚度构成结果"图(!外框内力调整系数表(!结构%向刚度构成A向地震作用下各组件刚度A向风荷载作用下各组件刚度结构组分抗侧刚度(#X7*@@:!$所占比例(c抗侧刚度(#X7*@@:!$所占比例(c整体结构!D=69D!$$!D!6Z!6$;&A?PZ!6!#表)!结构+向刚度构成/向地震作用下各组件刚度/向风荷载作用下各组件刚度结构组分抗侧刚度(#X7*@@:!$所占比例(c抗侧刚度(#X7*@@:!$所占比例(c整体结构"$<69Z!6D#&/?PZ!6D=!!对于较规则的框架?核心筒结构%两个方向的等效抗翼缘框架和核心筒体构成筒框结构#以/向为例%如图<侧刚度#基底剪力0顶点位移$可以分解为如下几个部分(所示$%分别计算各组成部分的等效抗侧刚度%如表"-表两侧的腹板框架-上下两侧的翼缘框架-结构角柱%其中<所示"根据筒框结构与腹板框架的等效抗侧刚度%得到 !:!$!建筑钢结构进展第!"卷!结构在两个方向上的刚度特征值&%按下式计算"G>G."<$f"$$%中抗弯承载力的计算公式是文献.!G."<$f"$$%设计%从图"可以看出(G>G.应有(当%$0;6#!时2%Z%由此可推导出压![$5%D%$0;6"<$f"$$%调整系数在上部楼层#A向为!$层以上%/向为弯承载力公式(<层以上%加强层除外$均较小%都在!6$附近%比抗震规*##B范.D/方法小很多&在下部楼层%调整系数较大%但比抗震规当%$5"#时%L$5###J!#$#$B$.D/.D/)##$范方法也要小"根据验算结果%按抗震规范设计的外#当框由强度控制%满足强度后%刚度也能满足要求%具体可见$$5"#时%BJB$+#$文中两个方向的刚度构成&按G>G."<$f"$$%设计的外框!!#"$TM0ED$%D?!999规程中抗弯承载力计算强度能满足%但是刚度较小%其设计由刚度控制"所以%建文献.!!%!"/对钢管高强混凝土抗弯构件的力学性.D/议采用基于规范的方法进行外框剪力调整"能和承载力进行了研究%考虑到构件的工作和使用要求%以钢管最大纤维应变开始进入强化阶段的荷载为极限荷载%这和钢管普通强度混凝土的抗弯强度的定义是一致的%以钢管最大纤维应变达!$$$$时的弯矩为抗弯强./度指标"根据上述定义%计算了不同强度的钢材-不同等级的混凝土及不同含钢率情况下钢管高强混凝土构件的抗弯强度B"大量计算分析表明%B和构件截面抗弯**模量$B-套箍系数及组合抗压强度标准值1/有关"86"86令截面塑性发展系数10#$B21/$%经回归分析%ZZB*8686系数1的数学表达式为(Z.!D/高强混凝土(1#D$ZJK$5#$#="L!5=;"9槡".!;/普通混凝土(1#;$ZJK$5#%<""L!59";#槡"!!抗弯承载力B*的计算公式如下(B/#=$图)!结构组分分解图#以+向为例$B*J1Z$86186考虑截面抗弯模量$B<0#%则有(86Z(;$G!!在TM0ED$%D?!999的第;6<6D条中%令公式#;6<6D?#!99;$-G>G."%f9$以及TM0ED$%D?!999等几个规程!$和#;6<6D?"$中的轴力和剪力为零%得到如下两式(对钢管混凝土抗弯承载力的计算方法%结果表明(TM0E当#0#"86186$%$5"时%D$%D?!999的计算结果与试验结果最为吻合%其可靠度指!!B*J!5$=!1Z$86186J$5";%1Z#$;$#9$.9/当#0#"$$$5"时%标合适"本文在此基础上补充介绍了G>G."%f9$-86186.!$/.!!/.!"/8L.G#"$$D$-1.D#$$#"$$D$以及>G##"$$#$的!!B*J1Z$86186J$5"D1Z#$;$#!$$计算方法%并对此进行相关讨论"上式与G>G."<$f"$$%规程公式接近%但是多了截面塑#!$G>G."<$f"$$%规程中抗弯承载力计算性发展系数这一项%此系数如图#所示" 第#期对!高层建筑钢?混凝土混合结构设计规程"#G>G."<$f"$$%$中几个问题的探讨:!%!.!=/!!根据TM0ED$%D?!999中第;6#6D条规定(当钢管混凝土用作地震区的多层和高层-超高层框架结构柱时%值不应小于$69$"将$69$代入上述截面塑性发展系数"公式中可得到!6<$%#钢管高强混凝土截面$和!6<9<#钢管普通混凝土截面$"TM0ED$%D?!999中第;6<6D条规定(当时%构件截面抗弯塑性发展系数%1%"%$5%DZZ!5#当时%1"由此可知%G>G."<$f"$$%规程"$$5%DZZ!5"的抗弯承载力比TM0ED$%D?!999至少小了<$c左右%如图D中钢管混凝土柱中震验算时承载力的实外包线与虚外包线所示"由图D可知%两种抗弯承载力计算方法对图8!截面塑性发展系数钢管混凝土的承载力验算有显著的影响"图#!钢管混凝土柱中震验算"!!#<$G>G."%f9$#!99"$规程中抗弯承载力计算I<#!<$DJ0#K!$G>G."%f9$规程第#6!6<条的条文说明中(根据极限0平衡理论和试验资料分析%给出了在轴力#和相等端弯矩式中(Z为计算参数%1为钢材的屈服强度%0为钢管壁/B共同作用下的两端铰支的钢管混凝土的屈服条件表达厚%I为钢管截面外直径"式&并根据试验结果%将极限抗弯承载力近似表达为B#;$>G##"$$#$规程中抗弯承载力计算$Z$5##$;6##$为钢管混凝土轴压短柱的极限承载力$"此钢管混凝土构件抗弯承载力%按以下公式进行验算(计算公式得出的结果是G>G."<$f"$$%规程所得结果的!B#$C81/018L$C61W6016K!6%D倍%是TM0ED$%D?!999规程所得结果的!6#"倍以"上%所以其可靠度是偏低的"!$C8&1/018K$C6&1W6016#!#$##$8L.G#"$$D$规程中抗弯承载力计算"式中(B为构件弯矩设计值%8L.G#"$$D$规程中%在计算钢管混凝土构件抗弯承载#IK"0$<力时%忽略混凝土的贡献%抗弯承载力应满足B#37B*%其$";<#!D$C6JK中B为构件弯矩设计值%为折减系数#取$59$%B为钢#<37*<管混凝土抗弯承载力"I"<$C8JK#;L0$K$C6#!;$B*Z+1/%+为钢管截面的塑性抗弯模量%+Z#<#IK"0$."#!=$I<:#I:"0$<$C6&J&%I为钢管外径%1为钢材的屈服强度"/"#!%$;$C8&JI.&K$C6&#D$1.D#$$#"$$D$规程中抗弯承载力计算以上各式中%;ZI0":0%.&Z#"61W6016$0#"I1W6016[#0圆钢管混凝土抗弯承载力应满足下式要求(#"1/018:1W6016$$%18-16分别为钢材和混凝土材料的分B#B*#!!$项系数%分别取为!5$和!5D"式中(B为构件弯矩设计值%B为钢管混凝土抗弯承载#=$算例比较*力%计算公式为(基于以上各规程的计算方法%对直径为!<$$@@%混B*J$59DD1/#!L$5$!Z$#!"$凝土标号为G;$%壁厚分别为"$@@#`<#D$和D$@@ !:!(!建筑钢结构进展第!"卷!#`<#DCH$两种截面的钢管混凝土短柱的抗弯承载力进些问题(.D/行了计算比较%计算结果如表#所示"#!$外框剪力调整方法与规范存在矛盾%并且没有.D/给出轴压比限值%建议采用基于规范的方法"表8!各规程钢管混凝土抗弯承载力计算比较#"$圆钢管混凝土柱的抗弯承载力计算方法未考虑抗弯承载力B(#X7*@$截面塑性发展系数%与其它规程相比偏小%对压#拉$弯验采用的标准!<$$@b"$@截面!<$$@bD$@截面算有较大影响"G>G."<$f"$$%!$#="6"#!6$9<$!=<#!69#$6=<;$#<$圆钢管混凝土承载力抗震调整系数在小震下可TM(ED$%D?!999!#$<%6%#!6#;D$"##$#6;#!6$<;$取!6$%但在中震下宜取小于!6$"G>G."%f9$"!=9;6<#"6"=#$<"!!#6;#!6<;<$8L.G#"$$D$9D%D6#"G##"$$#$!"9="6D#!6G."%f9$规程计算结果最大%反映了此规程较低的可.!/!高层建筑钢?混凝土混合结构设计规程#G>G."<$f"$$%$../6靠度&G>G."<$f"$$%最小%而且断面含钢率较大的."/!高层建筑混凝土结构技术规程#HCHG#.#/!建筑工程抗震设防分类标准#C1D$""G##"$$#$计算结果依次增大"版社%!9996.=/!韩林海%陶忠%等6钢管混凝土基本构件承载力的设计计算5各国规程比较#$$.H/6建筑钢结构进展%"$$"%##<$(#=?DD6G."%f9$$../6.!%/进入弹塑性工作阶段"承载力抗震调整系数1是9E.!$/!87.L08L.G<;$?$D%"$$D6.R*4,B,4A/,(-B("+/"24/2"A0+/**0!9%9年规范代替!9=%年规范-小震设计代替中震设计的S2,03,-)+../68@*",4A-L-+/,/2/*(B./**0G(-+/"24/,(-产物%目的是使构件截面承载力具有相同#或相当$的可#8L.G$%GN,4A)(%F.86靠指标"但是在!9%9年规范和!9=%年规范中都没有钢.!!/!1",/,+N./A-3A"3+L-+/,/2/,(-+1.D#$$%"$$D6./**0%4(-4"*/*管混凝土柱%考虑到钢管混凝土柱具有较好的抗震性能%A-34(@R(+,/*S",3)*+%&A"/D(G(3*(BR"A4/,4*B("3*+,)-(B所以1可以偏安全地取!6$"4(@R(+,/*S",3)*+../6M(-3(-%F69E.!"/!>2"(4(3*##>G#$%"$$#6T*+,)-(B+/**0A-34(-4"*/*对本工程在小震下按照1取!6$进行设计验算是9E+/"24/2"*+&A"/!?!(C*-*"A0"20*+A-3"20*+B("S2,03,-)../6合适的%但是在中震水平下%如果分析模型没有考虑某些>7!99#?!?!f"$$#%1"2++*0+%>2"(R*A-G(@@,//**B("构件已经进入弹塑性阶段对结构刚度的影响%取!6$是./A-3A"3,YA/,(-6偏大的%因为随着某些构件的屈服%地震力已经减弱%同.!G."<$.!;/!钟善桐6钢管混凝土统一理论555研究与应用._/6清华大f"$$%$的颁布对我国高层混合结构的设计有着重要的意学出版社%"$$;6义%使目前的设计工作可以有章可循"本文参考此规程.!=/!钢?混凝土组合结构设计规程#TM0ED$%D?!999$../6完成了一钢管混凝土框架?混凝土核心筒结构的设计工.!%/!李世霞%王琳%刘坤6承载力抗震调整系数的正确理解和应用作%设计过程中与以往的规程进行了比较%发现了如下一.H/6工程建设与设计%"$$%#9$(!;?!%6'