一、當前超高層建筑的結構體系
當前超高層建筑中大多采用混合結構體系,即由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與核心筒組成,而核心筒大多結合鋼與混凝土兩種材料的優點,以提高筒體結構抗震性能。組合剪力墻與普通混凝土剪力墻結構相比,可以減小構件的截面尺寸與結構的自重,減小地震作用,增加有效使用空間;與鋼結構相比,具有用鋼量少、結構剛度大、抗火性能和耐久性好等優勢。
從改善剪力墻的軸壓承載力和構件抗剪承載力的角度出發,在型鋼組合剪力墻等構造形式上提出了鋼板混凝土組合剪力墻,主要分為內置鋼板組合剪力墻和外包雙鋼板剪力墻兩種形式。由于外包雙鋼板剪力墻在實際超高層工程中應用存在一定的困難,所以在當前的實際超高層結構中大多采用的是內置鋼板組合剪力墻,而外包雙鋼板剪力墻則大多應用在核電站等項目之中。經過統計,巨型框架-組合剪力墻核心筒-環帶桁架+伸臂桁架是當前超高層結構最常見的抗側力體系。
二、內置鋼板組合剪力墻的組成
鋼板混凝土組合剪力墻(Steel Plate-Reinforced Concrete Composite Shear Walls,SPRCW)是在鋼筋混凝土剪力墻截面內配置鋼板,通常與周邊型鋼、混凝土形成整體構件共同工作。在早期的研究中,鋼板組合剪力墻主要是以鋼框架和鋼板墻為基礎,混凝土材料為輔助的構件形式,主要應用在鋼結構中,而外包混凝土的作用則是為鋼板提供側向約束,防止鋼板屈曲,鋼板與混凝土之間通過栓釘連接。美國AISC341-10規范介紹了兩類組合剪力墻的構造形式,其中前者便屬于上述以鋼板墻為主、混凝土墻片為輔的形式;后者屬于則屬于今天討論的形式。
國內采用鋼板剪力墻的建筑并不多,所以這種以“鋼框架+鋼板墻”為基礎,加上混凝土部分作為屈曲約束和防火保護的組合剪力墻在國內研究的并不廣泛。國內所研究的鋼板組合剪力墻,是以傳統的鋼筋混凝土剪力墻為基礎,“內嵌鋼板或者外包鋼板+鋼暗柱+鋼暗梁”形成組合剪力墻,因此混凝土部分直接參與抗震,發揮的作用更大。這主要是因為國內的混凝土核心筒是最為成熟的高層及超高層結構的抗側力體系,而這種鋼板組合剪力墻又可以有效地改善結構的抗震性能。
三、內置鋼板組合剪力墻在實際工程中的應用
經統計,當前國內超過400m的建筑和8度區超過200m的超高層建筑大多采用鋼板組合剪力墻。以下簡要介紹當前采用此類組合剪力墻的超高層建筑。
(1)上海中心,632m,124層
(2)深圳平安金融中心,599m,118層
(3)天津117大廈,597米,117層
(4)天津周大福, 530m,93層
(5)長沙國際金融中心,452m,92層
(6)蘇州國際金融中心,450m,90層
(7)武漢中心,438m,88層
素材:土木小兵
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