文档介绍：混合体系单位面积质量约为1200~1400kg/m2,混凝土结构体系为1500~1700kg/m2。
(1)对于100~200m的超高层建筑,两种结构体系均适用。混合结构体系与混凝土结构体系相比,总质量减小约20%,风载效应增大约10%,地震效应减小约15%~25%,梁柱构件尺寸减小,有效使用面积增加。
(2)外围框架部分的刚度,能否起到二道防线作用,是这两种结构形式设计的核心问题。框架部分按侧向刚度分配的楼层地震剪力标准值的最大值不宜小于结构底部总剪力标准值的10%。混凝土结构可达12%~23%,而混合结构只有8%~%。混合结构外围框架的刚度设计应具体斟酌,不应过弱,当不满足10%的要求时,各层框架地震剪力标准值应按结构底部总剪力标准值的15%进行调整。
(3)混合结构体系应更加重视和加强核心筒的设计。两种结构形式内部核心筒的尺度、刚度相差不大,变化大的仅是外围框架部分。混合框架比混凝土框架刚度小,分担的地震剪力更小,整个建筑的抗震性能很大程度取决于核心筒,保证核心筒的延性十分重要。当框架按刚度计算分配的最大楼层地震剪力小于结构总地震剪力的10%时,核心筒承担的地震作用应加大,甚至让筒体具有承担100%的地震剪力的能力。,而且将核心筒抗震等级提高一级
(4)混合结构与混凝土结构相比,自重减轻,地震效应减小,加之延性较混凝土结构好,通过合理设计,混合结构的抗震性能优于混凝土结构。本文对比的建筑位于低烈度区(6度),地震荷载较小,风荷载起控制作用。在更高烈度区地震荷载起控制作用的情况下,混合结构的优势应更明显。
(5)混合结构工厂化程度高,施工周期短,更为环保。采取交错施工的方案,混凝土核心筒的施工比钢框架的安装提前4~5层,作为钢框架施工时的稳定支承,使周边钢框架易于施工;梁、柱的施工省去了绑扎钢筋、支模拆模和等候养护等过程;楼板采用压型钢板做模板,上浇钢筋混凝土楼板,可多层同时操作,不必像混凝土结构施工时必须等混凝土达到一定强度后才能进行下一层施工,可有效加快施工速度。
(6)与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱具有明显优势。柱截面面积减少约70%~75%;施工方便,不需要支模,也不受混凝土养护时间限制;钢管对混凝土的约束使混凝土抗压强度得以提高;混凝土的填充限制了钢管的局部屈曲,使钢材强度更好地发挥,也使钢管的防火性能提高;钢管混凝土柱的延性更好。
(7)钢管混凝土应用中尚存在一些问题,如管内混凝土在硬化过程中的收缩导致管壁与混凝土粘结不紧密、长期混凝土徐变对钢管与混凝土整体性的影响等问题尚需进一步研究。
(8)混合结构需作防腐与防火处理,并需要后期维护。
混合结构体系与混凝土结构体系相比,综合经济比较如下:
(1)上部结构造价增加约53%~63%,桩基基础造价节省约16%~18%,综合后结构造价的增加值如下(折合面积仅计地下室以上的面积,若计入包括地下室在内的整个工程总面积,则单位面积增加的造价相应降低)
结构构件设计及对比
(1)采用钢管混凝土柱可大幅减小柱的断面,增加有效使用面积。
(2)结构梁板总高度可适当降低。钢梁高度加上楼板厚度之总高度比混凝土梁高减少大约40~90mm,降低幅度不大。
(3)部分设备管线从钢梁腹板的开洞处穿越,可以