【高樓賞析】天津津塔--鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

天津津塔，這座由高達(dá)336.9米、風(fēng)帆造型的寫字樓“津塔”和寓意城市開(kāi)放之門的超五星級(jí)圣·瑞吉斯酒店“津門”等建筑組成的建筑集群，是天津目前建成的城市重要工程之一。無(wú)論從建筑所在的城市海河沿岸金融核心地段，還是從該工程被賦予的帶動(dòng)天津金 融商務(wù)等區(qū)域產(chǎn)業(yè)功能發(fā)展角度來(lái)看，天津環(huán)球金融中心都是天津最重要的新地標(biāo)。

擁有“四大最”之稱的超高剪力墻結(jié)構(gòu)建筑

• 高達(dá)336.9米的津塔項(xiàng)目，不但是天津的地標(biāo)性寫字樓，更是中國(guó)長(zhǎng)江以北 最高的建筑，在世界排名中位列第26位。

• 津塔在設(shè)計(jì)、施工、配套等方面引入的國(guó)際一流創(chuàng)新技術(shù)在天津建筑史上寫下了多項(xiàng)新紀(jì)錄。

• 與以往中央重物球體保持平 衡的建筑方式不同，津塔采用的是目前最先進(jìn)的鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)，同時(shí)津塔也是全球范圍內(nèi)采用鋼板剪力墻結(jié)構(gòu)技術(shù)建成的最高建筑。

• 津塔寫字樓是世界上罕有的純粹超高層寫字樓，2011年該建筑還獲得了美國(guó)加州建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。

結(jié)構(gòu)體系

天津津塔主樓房屋高度為336.9m (室外地面到主要屋面) ,屬超高層建筑,且采用“鋼管混凝土柱框架+核心鋼板剪力墻體系+外伸剛臂抗側(cè)力體系”的結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)層,設(shè)備結(jié)構(gòu)平面圖及鋼板剪力墻局部立面圖見(jiàn)圖2～圖5,其中鋼板剪力墻( steel plate shear wall)作為抗側(cè)力體系的重要組成部分,在中國(guó)高層建筑中應(yīng)用較少,中國(guó)規(guī)范未規(guī)定此體系的高度限制值;最大高寬比為值為7.88, 超出規(guī)范要求6較多;樓板局部不連續(xù);在第15、30、45、60層設(shè)置了伸臂桁架和腰桁架加強(qiáng)層,上下樓層間側(cè)向剛度、樓層承載力存在突變。

塔樓的外框部分由鋼管混凝土柱和寬翼緣鋼梁組成,周邊典型柱距約為6.5m,外框柱剛接。鋼板剪力墻核心筒由鋼管混凝土柱和內(nèi)填結(jié)構(gòu)鋼板的寬翼緣鋼梁組成,鋼板剪力墻位于結(jié)構(gòu)的核芯筒區(qū)域,在載客與服務(wù)電梯以及樓梯和設(shè)備室的周圍。第15、30、45、60層設(shè)置伸臂桁架加強(qiáng)層,在鋼板剪力墻核心筒與外框之間布置大型鋼桁架,在外框內(nèi)布置腰桁架。根據(jù)分析結(jié)果,不同位置的鋼板剪力墻單元在不同高度變成鋼框架+鋼支撐體系。

圖1 工程效果圖

圖2 主樓結(jié)構(gòu)體系示意圖

塔樓的基礎(chǔ)體系由4m厚的常規(guī)鋼筋混凝土筏式基礎(chǔ)組成,并由鉆孔灌注樁支撐。鉆孔樁直徑為1000mm,樁長(zhǎng)60m,樁尖持力層為11 層,基礎(chǔ)混凝土為C40。基礎(chǔ)體系上將覆蓋400mm厚的礫石層和150mm厚的鋼筋混凝土頂板。

塔樓的重力系統(tǒng)由傳統(tǒng)的寬翼緣鋼框架和組合樓板組成。典型的組合樓板為65mm閉口型壓型鋼板,加55mm混凝土面層,總板厚為120mm。大部分寬翼緣組合鋼梁為450mm高,從核心筒鋼板剪力墻一直到周邊延性抗彎框架。典型梁跨中板跨3.25m。鋼板剪力墻和周邊延性抗彎框架處的鋼管混凝土柱也用于抗重力荷載。

上部結(jié)構(gòu)的側(cè)力和重力系統(tǒng)一般向下沿伸到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土柱最大直徑為1700mm。框架結(jié)構(gòu)將由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)寬翼緣鋼框架及組合樓板組成。寬翼緣鋼組合梁一般450mm高,從鋼板剪力墻核心筒一直到周邊延性抗彎框架,梁一般置于中央3.25m處。

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)及基本設(shè)計(jì)參數(shù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中不僅要滿足國(guó)內(nèi)規(guī)范、規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)參考了加拿大《鋼結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)》(CANCSA S16201) , 美國(guó)《新建建筑與其他結(jié)構(gòu)的推薦做法》2003 NEHRP ( FEMA 450 ) , 美國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)建筑的抗震做法》(A ISC2341 2005)進(jìn)行鋼板剪力墻設(shè)計(jì)。

津塔結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí),抗震設(shè)防烈度7 度,設(shè)計(jì)基本地震加速度0.15g, 設(shè)計(jì)地震分組第一組,多遇地震下阻尼比0.035,建筑場(chǎng)地類別III類,罕遇地震下阻尼比0.050,場(chǎng)地特征周期Tg = 0.5 s。

津塔主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載確定,按照“強(qiáng)度控制按100年規(guī)范風(fēng)速風(fēng)洞試驗(yàn)荷載;位移控制按50 年規(guī)范風(fēng)速風(fēng)洞試驗(yàn)荷載”原則進(jìn)行。

結(jié)構(gòu)分析主要結(jié)果

計(jì)算分析采用了多種軟件和自編程序,整體結(jié)構(gòu)的彈性分析主要依靠ETABS為主,MIDAS為輔完成,包括恒活載的施工模擬分析,反應(yīng)譜分析和風(fēng)荷載分析等;采用ABAQUS和SAP2000進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析,用以驗(yàn)證結(jié)構(gòu)在中震和大震下的性能。

主要彈性分析結(jié)果見(jiàn)表1～表3。兩種軟件的分析結(jié)果均表明, ETABS和MIDAS不僅分析結(jié)果基本吻合,而且所有均能夠滿足規(guī)范的要求,結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

鋼板剪力墻設(shè)計(jì)

鋼板剪力墻(簡(jiǎn)稱“SPSW”)結(jié)構(gòu)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系[2]。鋼板剪力墻單元由內(nèi)嵌鋼板和豎向邊緣構(gòu)件(柱或豎向加勁肋) 、水平邊緣構(gòu)件(梁或水平加勁肋)構(gòu)成。當(dāng)鋼板沿結(jié)構(gòu)某跨自上而下連續(xù)布置時(shí),即形成鋼板剪力墻體系。鋼板剪力墻作為新型抗側(cè)力構(gòu)件,具有較大的彈性初始剛度、大變形能力和良好的塑性性能、穩(wěn)定的滯回特性等。

到目前為止,采用鋼板剪力墻作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的建筑已達(dá)數(shù)十幢,主要分布于北美和日本等高烈度地震區(qū)。我國(guó)《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ 99—98)附錄四明確了鋼板剪力墻的計(jì)算準(zhǔn)則和方法,其設(shè)計(jì)角度是從避免鋼板發(fā)生屈曲破壞切入的,即以彈性屈曲強(qiáng)度作為鋼板剪力墻的設(shè)計(jì)極限狀態(tài),沒(méi)有利用鋼板彈性局部屈曲后強(qiáng)度,通常稱之為厚鋼板剪力墻。而厚鋼板剪力墻用鋼量大成本較高,發(fā)展則受到一定限制。

津塔辦公樓核心筒開(kāi)間較大,鋼板剪力墻的寬厚比也較大,采用厚鋼板剪力墻理念進(jìn)行設(shè)計(jì),成本將大幅度上升。津塔辦公樓采用的是目前國(guó)際上比較流行的薄鋼板剪力墻設(shè)計(jì)理念,即允許鋼板在水平力作用下發(fā)生局部屈曲并利用鋼板屈曲后強(qiáng)度產(chǎn)生的張力場(chǎng)效應(yīng)繼續(xù)抵抗水平力作用,總結(jié)起來(lái)有以下5點(diǎn)特征:

• 原則上鋼板剪力墻不承擔(dān)豎向荷載,但在實(shí)際情況下,不可避免地要承受豎向荷載作用(如樓面活荷載等)的影響,產(chǎn)生豎向壓應(yīng)力;

• 在常遇地震作用及風(fēng)荷載組合設(shè)計(jì)值作用下,鋼板剪力墻設(shè)計(jì)滿足規(guī)范( JGJ 99—98)附錄四的要求,即只發(fā)生彈性變形而不會(huì)發(fā)生屈曲(圖6a) ,同時(shí)鋼板屈曲驗(yàn)算應(yīng)該滿足薄板的三向應(yīng)力穩(wěn)定驗(yàn)算公式;

• 在中震和罕遇地震中,允許鋼板發(fā)生局部屈曲,并且鋼板屈曲后產(chǎn)生的張力場(chǎng)效應(yīng)成為結(jié)構(gòu)抵抗側(cè)向力的主要機(jī)制(圖6b) ;

• 在中震和罕遇地震作用下, 水平向邊界單元(梁)端部可以出現(xiàn)塑性鉸,但不得出現(xiàn)破壞或喪失強(qiáng)度;

• 在中震作用下,豎向邊界單元(柱)端部不能出現(xiàn)塑性鉸。在罕遇地震作用下,除16 層以下豎向邊界單元不能屈服外,其它柱端部可以出現(xiàn)塑性鉸,但不得出現(xiàn)破壞或喪失強(qiáng)度。

通過(guò)以上的設(shè)計(jì)理念及方法,津塔辦公樓鋼板剪力墻可以滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用狀態(tài)要求。

施工模擬分析

津塔作為具有伸臂桁架、鋼板剪力墻的超高層復(fù)雜建筑結(jié)構(gòu)體系其結(jié)構(gòu)力學(xué)特征具有高度的施工相關(guān)性。不同的施工工況時(shí)鋼管柱和鋼板墻等構(gòu)件的內(nèi)力有非常大的差異,并且由于鋼板墻施工進(jìn)度不同,在施工過(guò)程中鋼板會(huì)產(chǎn)生不同程度的壓應(yīng)力,這對(duì)鋼板的屈曲分析影響也是十分重要的,因此津塔設(shè)計(jì)過(guò)程中必須進(jìn)行施工模擬分析,如圖7。在分析過(guò)程中主要考慮了以下幾個(gè)方面的因素:

• 鋼板剪力墻的安裝順序:鋼板剪力墻較早安裝,有利于保證施工過(guò)程中不同階段的結(jié)構(gòu)整體剛度,有利于施工進(jìn)度,但容易導(dǎo)致鋼板剪力墻本身承擔(dān)較大的豎向荷載,核芯筒內(nèi)外柱豎向力差別較大;較晚安裝則情況相反。

• 伸臂桁架安裝順序:伸臂桁架較早安裝,有利于提高施工過(guò)程中不同階段的結(jié)構(gòu)剛度及整體性,有利于施工進(jìn)度,同時(shí)能夠?qū)⒏嗟膬?nèi)部荷載通過(guò)伸臂桁架卸載到外筒柱,減小內(nèi)筒柱在恒載下的壓力值,但不利于內(nèi)筒柱大震下抗拉設(shè)計(jì)。

施工模擬分析采用ETABS軟件,對(duì)全部安裝過(guò)程劃分為21個(gè)階段,對(duì)每個(gè)階段具有不同的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及荷載狀態(tài),施工過(guò)程中考慮P-Δ效應(yīng)。施工模擬完成后的狀態(tài)作為恒載對(duì)結(jié)構(gòu)作用狀態(tài)的反映,在后續(xù)設(shè)計(jì)中與活、風(fēng)、地震組合(小震設(shè)計(jì)階段) ,或作為中、大震彈塑性分析的起始狀態(tài)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)上述各因素進(jìn)行了對(duì)比分析,最終確定了“鋼板剪力墻系統(tǒng)及伸臂桁架滯后15層安裝”的施工方案,具體如下:

• 鋼板剪力墻滯后主體結(jié)構(gòu)(柱、梁、樓板混凝土)15層安裝;

• 鋼板剪力墻上方內(nèi)筒支撐,作用類似鋼板剪力墻,同樣滯后主體結(jié)構(gòu)15層安裝;

• 伸臂桁架:斜桿滯后主體結(jié)構(gòu)(柱、梁、樓板混凝土) 15 層安裝,水平桿順序安裝。

上述施工過(guò)程起到的作用為(1)鋼板剪力墻滯后一定樓層安裝,在施工進(jìn)度、結(jié)構(gòu)整體剛度及鋼板剪力墻自身豎向應(yīng)力之間取得平衡,即鋼板剪力墻設(shè)計(jì)為在滿足承擔(dān)一定豎向恒荷載的前提下,滿足“小震不屈曲”,同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度及施工進(jìn)度較為有利; ( 2)伸臂桁架滯后一定樓層安裝,在內(nèi)外筒柱壓力之間獲得平衡,使得大震下內(nèi)筒柱腳拉力設(shè)計(jì)較為合理。

柱腳設(shè)計(jì)

由于津塔工程的重要性,專家對(duì)津塔鋼管柱提出了“大震不屈服”的設(shè)計(jì)要求,通過(guò)彈塑性分析,柱腳在大震工況下出現(xiàn)較大拉力。設(shè)計(jì)中對(duì)于承受拉力的柱腳采用“埋入式拉壓雙底板柱腳”(圖8) 。當(dāng)柱腳受拉時(shí),拉力通過(guò)柱腳埋入段柱傳遞至柱腳下底板,并滿足下底板與筏板之間的抗沖切要求。當(dāng)柱腳受壓時(shí),壓力通過(guò)柱腳上底板傳至筏板面,依靠筏板頂面的局部承壓擴(kuò)散至整個(gè)筏板,并滿足筏板的抗沖切要求。

同時(shí)為了方便施工,對(duì)于柱腳反力不出現(xiàn)拉力的柱腳,采取鋼管不插入基礎(chǔ)底板,采用承臺(tái)式柱腳。對(duì)于柱腳反力出現(xiàn)拉力的柱腳,采取埋入式柱腳。鋼管混凝土柱腳按下列原則設(shè)計(jì):

• 柱腳按剛性柱腳設(shè)計(jì);

• 柱腳按基本組合+小震組合和大震(不乘調(diào)整系數(shù))設(shè)計(jì),兩者取大值;

• 先按鋼管-混凝土柱中鋼骨抗壓承載力與柱底混凝土抗壓(柱底板頂面有混凝土壓應(yīng)力,因此柱底板底面按混凝

• 土抗壓承載力而不按混凝土承壓承載力計(jì)算)相等的原則確定柱腳底板尺寸;再按柱腳反力驗(yàn)算底板;
  柱腳剪力由柱底抗剪鍵承受。考慮結(jié)構(gòu)在中至大震情況下很難保證水平摩擦力,因此,柱腳底板上的壓力產(chǎn)生的水平摩擦力不予考慮。外框架柱及內(nèi)筒外周的柱腳剪力較小的鋼管混凝土柱,柱腳剪力全部由抗剪鍵承擔(dān);核心筒中部的柱腳按墻設(shè)計(jì),剪力腳大,柱腳剪力由埋入鋼骨承受;

• 柱腳軸向壓力由柱腳底板承受,按混凝土受壓計(jì)算,柱腳錨栓不承受壓力;部分柱在大震作用下,出現(xiàn)較大拉力及彎矩,對(duì)于無(wú)法按地腳螺栓抗拉的外露柱腳設(shè)計(jì),將鋼管柱埋入基礎(chǔ)承臺(tái),軸向拉力由埋入鋼管承擔(dān);

• 柱腳彎矩由對(duì)承臺(tái)式由柱腳底板承受,對(duì)埋入式由埋入鋼管柱承壓面承擔(dān);

• 錨栓拉力由柱腳靴梁承擔(dān)。

鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)主要包括以下兩種方法:

• 套箍指標(biāo)設(shè)計(jì)法,如規(guī)范《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS 28∶90) ;

• 組合強(qiáng)度設(shè)計(jì)法,如《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(DBJ 13251—2003 ) ,《鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》(DL /T 5085—1999) ;

對(duì)鋼管(700×35)的驗(yàn)檢計(jì)算分析如圖9 所示,對(duì)于津塔外框柱計(jì)算結(jié)果表明, DL /T 5085—1999 得到的柱軸壓承載力最大, CECS 28 ∶90 次之,接著為DBJ 13251—2003; DL /T 5085—1999 和DBJ 13251—2003 計(jì)算N -M 曲線相對(duì)比較接近, CECS 28 ∶90 差異較大; DL /T5085—1999和DBJ 13251—2003 提供了完整的軸壓、軸拉、壓彎、拉彎、受剪計(jì)算公式, CECS 28∶90 僅提供軸壓承載力計(jì)算。

此外,對(duì)于津塔結(jié)構(gòu)的內(nèi)框柱,需要考慮到水平拉力場(chǎng)作用下對(duì)鋼管混凝土柱“套箍作用”的影響,會(huì)削弱實(shí)際結(jié)構(gòu)中鋼管混凝土柱的承載力,津塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為此進(jìn)行了專門的試驗(yàn)研究,得到了在水平拉力作用下,鋼管壁的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律,對(duì)鋼管柱承載力計(jì)算提供了幫助。

另外,由于津塔結(jié)構(gòu)外框柱均為斜柱,其平面外的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)取值是工程設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)與該構(gòu)件所受周圍構(gòu)件的約束作用以及荷載分布模式有關(guān),設(shè)計(jì)通過(guò)整體結(jié)構(gòu)線性屈曲分析,得到了斜柱的屈曲臨界荷載,由構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的物理意義得到斜柱的歐拉臨界力Ncr ,反算出斜柱的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

在考慮這些因素影響的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)中對(duì)ETABS施工模擬分析后得到的鋼管柱內(nèi)力進(jìn)行復(fù)核,使之滿足上述幾種規(guī)范對(duì)承載力方面的要求。

試驗(yàn)研究

為了更好的了解鋼板剪力墻抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系的受力特性并驗(yàn)證津塔結(jié)構(gòu)的安全性和合理性,需要進(jìn)行必要的試驗(yàn)研究,試驗(yàn)研究在清華大學(xué)試驗(yàn)室和中國(guó)建筑科學(xué)研究院試驗(yàn)室完成[3]。

鋼板剪力墻局部模型試驗(yàn)研究

局部模型試驗(yàn)按照原結(jié)構(gòu)中4 層2 跨SPSW 進(jìn)行1∶5縮尺比例進(jìn)行,共進(jìn)行兩個(gè)試件的試驗(yàn)。

試件一為螺栓連接,鋼板墻厚度取5mm,鋼材采用Q235B 等級(jí),對(duì)于螺栓連接的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?螺栓孔采用與擴(kuò)初設(shè)計(jì)相同的長(zhǎng)圓孔,見(jiàn)圖12。

試驗(yàn)一完成后,根據(jù)試驗(yàn)和工程的實(shí)際情況,鋼板剪力墻在整個(gè)施工和工作狀況下會(huì)承受一定的豎向荷載,試驗(yàn)對(duì)試件二進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整,鋼板與邊緣構(gòu)件進(jìn)行焊接連接,并為了提高鋼板的臨界屈曲應(yīng)力,設(shè)計(jì)增加了槽型加勁肋,見(jiàn)圖10。

試驗(yàn)研究的主要內(nèi)容及需要達(dá)到的目標(biāo)為:

• SPSW不承受除自重以外的其它重力荷載,以保證SPSW不會(huì)應(yīng)豎向變形而屈曲。

• SPSW的三階段設(shè)計(jì)原則,即小震下鋼板墻保持彈性,鋼板墻不發(fā)生平面外屈曲,滿足結(jié)構(gòu)正常使用和強(qiáng)度要求;中震下鋼板墻發(fā)生平面屈曲,出現(xiàn)拉力場(chǎng)效應(yīng),滿足“中震可修”的要求;大震下鋼板墻拉力場(chǎng)效應(yīng)明顯,結(jié)構(gòu)具有很好的延性,但鋼板不發(fā)生受拉破壞,能夠滿足“大震不倒”的要求。

• 在中震作用下,水平邊緣構(gòu)件可以出現(xiàn)塑性鉸,但不得出現(xiàn)破壞或嚴(yán)重的強(qiáng)度損失;豎向邊緣構(gòu)件可以出現(xiàn)屈服現(xiàn)象,但不得出現(xiàn)塑性鉸。在大震作用下,豎向邊緣構(gòu)件可以出現(xiàn)塑性鉸,但不得出現(xiàn)破壞或嚴(yán)重的強(qiáng)度損失。

通過(guò)試驗(yàn)研究,我們得到了如下結(jié)論:

• 鋼板墻結(jié)構(gòu)具有較高的承載力,試件二具有較好的滯回性能、良好的延性及耗能能力,見(jiàn)圖11;

• 試件一過(guò)程中,螺栓連接鋼板墻在彈性階段即發(fā)生較大且密集的噪聲,噪聲主要是由高強(qiáng)螺栓連接發(fā)生滑移而引起,該聲響將可能影響結(jié)構(gòu)的正常使用;

• 試件二過(guò)程中,焊接連接鋼板墻在彈性階段幾乎沒(méi)有噪聲,可以滿足正常使用的要求;

• 試件一在反復(fù)荷載下抗側(cè)移剛度退化較快;試件二設(shè)置加勁肋有利于提高結(jié)構(gòu)在彈性階段的剛度及穩(wěn)定性。

鋼板墻的連接方式對(duì)比試驗(yàn)

目前, SPSW與周邊邊緣構(gòu)件之間的連接通常是通過(guò)連接板實(shí)現(xiàn)的,兩側(cè)連接板同周邊邊緣構(gòu)件通常采用焊縫連接的連接方式,而SPSW同兩側(cè)連接板之間可以采用高強(qiáng)螺栓連接或焊接連接兩種方式,見(jiàn)圖12 和圖13。

連接應(yīng)是滿足“強(qiáng)連接,弱構(gòu)件”的要求,在考慮到施工造成的初始缺陷等因素的影響下,可靠、合理、經(jīng)濟(jì)的連接方式對(duì)充分發(fā)揮鋼板屈曲后效應(yīng)有著極其重要的意義。通過(guò)試驗(yàn)研究,不僅能充分了解構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài),證明在水平荷載作用下,鋼板進(jìn)入屈曲、甚至受拉斷裂破壞的情況下, SPSW與邊緣構(gòu)件仍能保持較好的連接,而且能了解在水平拉力場(chǎng)作用下對(duì)鋼管混凝土柱“套箍作用”的影響,圖14是試驗(yàn)前后對(duì)比照片。

復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究

為了保證節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)揮鋼板墻的拉力場(chǎng)效應(yīng),并且滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn),弱構(gòu)件”的要求,還進(jìn)行了伸臂桁架的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究(圖15) 。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中,鋼梁、斜撐和伸臂桁架均采用H型鋼截面,豎向構(gòu)件采用圓鋼管截面。試件的破壞形式表明節(jié)點(diǎn)滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn),弱構(gòu)件”的要求,節(jié)點(diǎn)區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全合理;有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本吻合。說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果合理,也表明分析方法合理,可用于其它類似節(jié)點(diǎn)的計(jì)算分析。

結(jié)論

在設(shè)計(jì)薄鋼板剪力墻時(shí)應(yīng)先根據(jù)鋼板在小震和風(fēng)荷載下鋼板的三向應(yīng)力狀況,確定相應(yīng)的鋼板板厚,以保證在正常使用狀態(tài)下鋼板不屈曲,滿足使用功能的要求;通過(guò)彈塑性分析,確保中震下鋼板墻出現(xiàn)拉力場(chǎng)效應(yīng),并且鋼板不會(huì)在大震下出現(xiàn)受拉破壞;只有通過(guò)這樣兩階段的分析方法才能保證結(jié)構(gòu)在各種工況下滿足既定的性能目標(biāo);

通過(guò)比較分析,不同的施工順序下鋼板剪力墻和內(nèi)外柱的內(nèi)力差異非常大,因此對(duì)于這類超高層復(fù)雜試件一試驗(yàn)前 試件一試驗(yàn)后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一定要進(jìn)行施工模擬分析,這樣才能保證結(jié)構(gòu)的安全可靠;

不同工況下柱腳會(huì)出現(xiàn)不同的拉壓受力狀況,針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)的“埋入式拉壓雙底板柱腳”能夠有效解決柱底拉壓力問(wèn)題;

在考慮了如規(guī)范計(jì)算的差異、鋼板拉力場(chǎng)對(duì)核心筒柱承載力的影響、計(jì)算長(zhǎng)度確定對(duì)外框斜柱承載力的影響等因素后,得到的津塔鋼管柱設(shè)計(jì)方法是比較全面可靠的。

最后，就跟隨小編一起親臨——天津津塔（組圖送上）



大沽橋前仰望津塔與津門

津塔與津門交相輝映