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高层异形型钢混凝土框架-剪力墙结构分析与设计

王钢 袁良健 赵才其 刘文卿 李希望

王钢, 袁良健, 赵才其, 刘文卿, 李希望. 高层异形型钢混凝土框架-剪力墙结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 27-34. doi: 10.13206/j.gjgS22092601
引用本文: 王钢, 袁良健, 赵才其, 刘文卿, 李希望. 高层异形型钢混凝土框架-剪力墙结构分析与设计[J]. 钢结构(中英文), 2025, 40(8): 27-34. doi: 10.13206/j.gjgS22092601
Wang Gang, Yuan Liangjian, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang. Analysis and Design of High-Rise Special-Shaped Steel-Reinforced Concrete Frame Shear Wall Structures[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 27-34. doi: 10.13206/j.gjgS22092601
Citation: Wang Gang, Yuan Liangjian, Zhao Caiqi, Liu Wenqing, Li Xiwang. Analysis and Design of High-Rise Special-Shaped Steel-Reinforced Concrete Frame Shear Wall Structures[J]. STEEL CONSTRUCTION(Chinese & English), 2025, 40(8): 27-34. doi: 10.13206/j.gjgS22092601

高层异形型钢混凝土框架-剪力墙结构分析与设计

doi: 10.13206/j.gjgS22092601
详细信息
    作者简介:

    王钢,博士,高级工程师,一级注册结构工程师,硕士生导师,主要从事复杂钢和铝结构工程设计方法与建造技术研究,707509167@qq.com。

    通讯作者:

    赵才其,博士,教授,101000815@seu.edu.cn。

Analysis and Design of High-Rise Special-Shaped Steel-Reinforced Concrete Frame Shear Wall Structures

  • 摘要: 本工程为国内最高石雕塑结构之一,总高度为62 m,占地面积4200 m2。雕像的外轮廓表面,采用厚度为30~50 cm的花岗岩石材,并采用砌筑与干挂相结合的连接方式,与石材相连的混凝土墙厚度达80 cm左右,因此结构外挂荷载极大。经前期方案设计,决定采用由型钢混凝土梁、柱构成的异形框架结构,内部设置剪力墙,手臂、肩膀及头部等部位采用钢结构。对本工程超限项进行审查,结果显示存在扭转不规则、凹凸不规则、尺寸突变及局部不规则的情况。综合考虑建筑的功能和规模,最终设定抗震性能目标为C级,部分关键构件提高至B级。通过YJK和MIDAS Gen模型得到了结构的前3阶振型。结果表明:本工程的结构布置合理,具有足够的抗扭刚度。通过多遇地震弹性计算,YJK和MIDAS模型所得结构指标误差均值仅为3.9%,表明计算模型的准确性。本工程在多遇地震作用下各项指标均满足相关规范要求:最大层间位移角为1/893,小于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》限值(1/800);最小剪重比为5.7%,大于GB/T 50011—2010《建筑抗震设计标准》限值(3.28%)。;刚重比最小值为14.6,远大于JGJ 3—2010限值(1.4);X向和Y向在多遇地震作用下抗倾覆力矩与倾覆力矩比值分别为4.17和3.79,为无零应力区。通过开展风洞试验,获取了各层在风荷载作用下的水平剪力,并施加至YJK模型,所得风荷载最大层间位移角小于JGJ 3—2010限值。根据设防地震性能目标,本工程在设防地震下关键构件需要满足抗弯弹性及抗剪弹性。剪力墙角柱和框架柱均采用型钢混凝土柱,满足抗剪及抗弯弹性的性能目标。剪力墙连梁需增设交叉斜筋来满足抗剪不屈服的性能目标。上部钢结构在设防地震作用下应力比均小于0.8,满足设防地震弹性的性能目标。将上部钢结构的上下弦杆与支座处型钢混凝土柱中的十字型钢直接相连,保证上部钢结构的荷载可以有效传递至下部型钢混凝土结构。本工程采用SAUSGE进行罕遇地震弹塑性分析。结果表明:结构在罕遇地震作用下的XY向地震剪力约为多遇地震时的2.3倍,结构整体耗能能力较好;X方向结构的最大弹塑性层间位移角为1/166,Y向为1/204,均小于JGJ 3—2010限值(1/100);底部剪力墙轻微损坏,连梁轻度破坏,上部剪力墙大部分轻微破坏,部分中度及重度破坏,连梁中度破坏。显然,连梁先于剪力墙破坏,且下部墙体损坏程度低于上部,剪力墙布置合理。但上部重度破坏的剪力墙需设置加固钢板。对于空间桁架而言,进行屈曲分析时并不关注其稳定安全系数,而应通过屈曲模态找到相对薄弱的部位并进行加固。上部钢结构屈曲分析结果表明,前3阶屈曲模态均为局部屈曲,分别为两侧手臂及头部屈曲,需对屈曲部位进行加固。本工程采取在钢结构与吊挂钢结构之间灌注混凝土层进行加固,同时可为钢结构提供防腐蚀保护措施。为避免外部吊挂石材的连接在地震中发生破坏,防止石材掉落造成下部人员伤亡,对单片石材的连接性能开展了振动台试验。试验结果表明,本工程所采用石材与主体结构的连接方式,能承受多遇地震、设防地震及罕遇地震的作用。
  • [1] 王钢,赵才其,马军. 高层异形型钢混凝土框架-核心筒石雕像结构设计[J]. 建筑结构,2021,51(增刊2):118- 121.
    [2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点:建质(2010)109号[Z]. 北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2010.
    [3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 高层建筑混凝土结构技术规程:JGJ 3—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
    [4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑抗震设计标准:GB/T 50011—2010[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2024.
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-26
  • 网络出版日期:  2025-10-27
  • 刊出日期:  2025-08-22

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