超高層建筑與鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展應(yīng)用

超高層建筑與鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用陳大烺1300204020結(jié)構(gòu)工程

超高層混合結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻是一種重要的抗側(cè)力構(gòu)件。在地震作用下，核心筒剪力墻不僅承擔了大部分地震剪力，而且還起到了耗散地震能量的重要作用，是超高層混合結(jié)構(gòu)體系抗震設(shè)計的關(guān)鍵構(gòu)件。超高層建筑的發(fā)展和應(yīng)用鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展和應(yīng)用1.1超高層的定義1972年8月在美國賓夕法尼亞洲的伯利恒市召開的國際高層建筑會議上，專門討論并提出高層建筑的分類和定義。第一類高層建筑：9-16層（高度到50米）；第二類高層建筑：17-25層（高度到75米）；第三類高層建筑：26-40層（最高到100米）；超高層建筑：40層以上（高度100米以上）。

我國民用建筑設(shè)計通則GB50352—2005規(guī)定：建筑高度超過100m時，不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用1.2超高層的發(fā)展1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用1909年建成的紐約“大都會人壽保險公司大樓，到2013年底，目前世界最高的100座建筑中，有58座是從2005年底到現(xiàn)在的7年中建成的。就高度上超過300米的超高層而言，在1990年全球范圍內(nèi)僅有13座，而到了2013年底這一數(shù)字已達到70左右，即在過去的二十年里增長了538%。單單在2013年就有十幾座超高層建筑建成，為歷史之最。擁有最高建筑的主導性地區(qū)已經(jīng)迅速發(fā)生改變。近至1990年，世界最高的100座建筑中有80%位于北美，而到2012年底這一比例預(yù)計僅有20%，主導地區(qū)轉(zhuǎn)向了亞洲（42%，僅中國就占34%）和中東地區(qū)（32%，僅迪拜就占21%）。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用超高層建筑重力荷載巨大，結(jié)構(gòu)的重力荷載代表值可達數(shù)十萬t以上，豎向構(gòu)件除需受很大的豎向荷載外，在抵抗風荷載和地震作用也需發(fā)揮巨大作用。

為滿足結(jié)構(gòu)的承載力及延性的要求，充分發(fā)揮鋼材與混凝土的強度，降低構(gòu)件尺寸，減輕建筑自重，提高建筑使用空間，鋼-混凝土組合在超高層建筑得到了廣泛的運用。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用

巨型鋼管混凝土柱、型鋼混凝土柱，內(nèi)置鋼桁架斜撐混凝土組合剪力墻、型鋼混凝土框架+混凝土核心筒結(jié)構(gòu)1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用例如深圳京基100金融中心采用型鋼混凝土內(nèi)筒，鋼管混凝土框架體系，其中大的巨型柱尺寸2.7m×3.9m。材料強度高，混凝土為C80，構(gòu)件含鋼量大，為9.13%。1.3超高層的結(jié)構(gòu)形式1超高層建筑的發(fā)展與應(yīng)用深圳京基金融中心超高層建筑型鋼混凝土剪力墻的施工現(xiàn)場情況。2.4鋼板混凝土組合剪力墻的應(yīng)用2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2.1鋼板混凝土組合剪力墻的概念2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用

組合剪力墻由內(nèi)填鋼板和鋼筋混凝土板組成，它們之間通過栓釘進行連接。2.2鋼板混凝土組合剪力墻的種類2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)澆鋼板混凝土組合剪力墻預(yù)制鋼板混凝土組合剪力墻

根據(jù)施工方法與受力機理的不同，可分為兩類:現(xiàn)澆混凝土板－鋼板組合墻和預(yù)制混凝土蓋板－鋼板組合墻。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用上世紀60年代日本提出了在鋼板支撐周圍澆筑鋼筋混凝土以防止鋼支撐的屈曲，使剪力墻獲得較好的延性和耗能能力，并在日本名古屋地鐵公車站率先采用了這種內(nèi)置鋼板鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。核工業(yè)的發(fā)展對鋼板混凝土組合剪力墻的設(shè)計、發(fā)展與應(yīng)用起到了推動作用，19世紀80年代末到90年代中期，針對于核電廠對鋼板混凝土組合剪力墻的使用進行了大量的研究。在此之后的一段時間內(nèi)（90年代之前）由于缺少理論研究與實踐經(jīng)驗，鋼板混凝土組合剪力墻并沒有得到廣泛的應(yīng)用，與此同時由周邊框架和內(nèi)嵌鋼板組成的純鋼板剪力墻在于20世紀70年代被提出。早期鋼板剪力墻主要應(yīng)用在美國，加拿大、和日本，如日本鋼鐵大廈、東京新宿的ShinjukuNomuraTower，神戶KobeCityHall，美國加州的SylmarCountyHospital，達拉斯的HyattRegencyHotel等豎縫鋼板墻構(gòu)造加勁鋼板剪力墻單元2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2.3鋼板混凝土組合剪力墻與應(yīng)用

我國1989年的上海新錦江飯店、都江堰災(zāi)后重建幸福家園、75層337m的天津津塔以及昆明世紀廣場、深圳梅山苑都使用了鋼板剪力墻體系。上海新錦江飯店天津津塔2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用1995年，加拿大的Link研究了帶加勁肋的雙層鋼板剪力墻。

該組合墻的破壞模式是拉桿模型，在大變形情況下還可利用屈曲后強度，具有良好的延性。2000年，日本九州大學的Matsui、Hitaka等學者中提出以開縫鋼板剪力墻為基礎(chǔ)，鋼板兩側(cè)外夾混凝土板，形成開縫鋼板混凝土組合剪力墻。開縫改變了鋼板墻的受力模式，使鋼板由剪切變形轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢冃巍?.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用

認識到“傳統(tǒng)組合墻”的不足,2002年，美國加州大學的Astaneh-As提出“改進型，組合鋼板墻，即在混凝土板和框架梁柱之間設(shè)縫，試驗中縫隙填充泡沫聚苯乙烯。

設(shè)置縫隙避免了混凝土板在加載初期直接參與受力發(fā)生破壞;和未設(shè)縫組合墻相比，設(shè)縫組合鋼板墻的損壞程度明顯降低，結(jié)構(gòu)的側(cè)移變形也有所減小，組合墻具有更好的延性和滯回性能，滯回性能更為穩(wěn)定。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用2003年，clubley等人分析了雙層鋼板組合墻，又稱Bi-steel組合墻。

試驗和有限元模擬結(jié)果表明雙層鋼板組合墻具有很強的抗剪強度。Bi-steel組合墻2004年HossainK.M.A.和Wright對壓型鋼板組合墻混凝土板和壓型鋼板進行了單調(diào)和低周反復(fù)加載試驗，研究表明組合墻的縱向抗彎剛度能夠預(yù)防墻體過早發(fā)生整體屈曲。2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用1995年至今，我國同濟大學的李國強等，清華大學聶建國、郭彥林等，哈爾濱工業(yè)大學董莉、張素梅等，中國建筑科學研究院孫建超、蔣冬啟等都先后對鋼板混凝土的結(jié)構(gòu)性能進行了大量研究，研究一致表明：極限承載力大、滯回耗能能力強、抗震性能優(yōu)異。董莉、張素梅提出的兩側(cè)開縫鋼板混凝土組合剪力墻郭彥林提出的防屈曲鋼板混凝土組合剪力墻2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用雙鋼板混凝土組合剪力墻試件滯回曲線鋼筋混凝土剪力墻試件滯回曲線2.3鋼板混凝土組合剪力墻的發(fā)展2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用上海中心高度：632/603m結(jié)構(gòu)形式：巨型框架+核心筒+鋼外伸臂核心筒：鋼板混凝土組合剪力墻核心筒混凝土最高強度等級：C60狀態(tài)：在建2.4鋼板混凝土組合剪力墻的應(yīng)用2鋼板混凝土組合剪力墻發(fā)展與應(yīng)用武漢三綠地三中心高度三：63三2m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型框三架+核心三筒+鋼外三伸臂核心三筒：三鋼板三混凝三土組合三剪力三墻狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用深圳三平安三國際三金融三中心高度三：66三0/三59三7m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型支三撐框三架+核心筒+鋼外三伸臂核心三筒：三鋼板三混凝三土組合三剪力三墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用廣州三東塔高度三：53三0m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型框三架+核心三筒+鋼外三伸臂核心三筒：三雙鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C8三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用天津三高銀11三7大廈高度三：59三7m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型支三撐框三架+核心筒核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C7三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用嘉陵三帆影三二期高度三：46三8m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型支三撐框三架+核心筒核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：在三建三期三塔樓三：34層，三總高三度17三4.三8米。二期三塔樓三：99層，三總高三度46三8米。裙樓三：6層，三總高三度40三.3三3米。2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用武漢三中心高度三：43三8m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三柱框三架+核心三筒+伸臂三桁架三體系核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用大連三國貿(mào)三中心三大廈高度三：43三3m結(jié)構(gòu)三形式三：外三巨柱三框架+內(nèi)型三鋼混三凝土三筒體核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用北京三國貿(mào)三三期高度三：33三0m結(jié)構(gòu)三形式三：型三鋼混三凝土三框架+核心三筒核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：已三建成2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用北京三財富三中心三二期三辦公三樓高度三：26三5m結(jié)構(gòu)三形式三：鋼三管混三凝土三框架+鋼筋三混凝三土核三心筒核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用南昌三綠地三紫峰三大廈高度三：26三8m結(jié)構(gòu)三形式三：鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻核心三筒：三型鋼三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C6三0狀態(tài)三：在三建2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用鹽城三廣播三電視三塔主三塔高度三：19三5m結(jié)構(gòu)三形式三：八三角筒+四角三剪力墻+框架核心三筒：三雙鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C5三0狀態(tài)三：已三建成2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用中國三國家三博物三館高度三：42三.5三m結(jié)構(gòu)三形式三：多三筒體+部分三框架三結(jié)構(gòu)核心三筒：三鋼板三混凝三土組三合剪三力墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C5三0狀態(tài)三：已三建成2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用廣州三西塔高度三：43三2m結(jié)構(gòu)三形式三：交三叉網(wǎng)三筒+核心三筒核心三筒：三型鋼三混凝三土組三合剪力三墻核心三筒混三凝土最高三強度三等級三：C8三0狀態(tài)三：已三建成2.4鋼三板混三凝土三組合三剪力三墻的三應(yīng)用2鋼板三混凝三土組三合剪三力墻三發(fā)展三與應(yīng)三用深圳三京基三金融三中心高度三：44三1.三8m結(jié)構(gòu)三形式三：巨三型支三撐框三架+核心筒+鋼外三伸臂核心三筒：三