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1、钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系可行性研究中文摘要随着我国高层建筑的不断发展，越来越多的地方正在建或已经计划建高层、超高层建筑。钢管混凝土柱成为许多高层、超高层建筑的选择，但对于超高层建筑而言，采用钢管混凝土柱，其截而尺寸仍较大，其承载能力仍不能满足设计要求，如果在钢管混凝土柱中设置钢材（钢筋和型钢），这会增加施工难度、延长施工周期。在这种情况下采用钢管活性粉末混凝土（RPC）柱成为解决此类问题的有效办法之一。钢筋混凝土扁梁结构是一种较新的结构体系，介于普通框架核心简结构和无梁楼盖结构之间。扁梁与普通梁相比，高度较小，宽度较大，在满足一定室内净高的要求下能有效地降低层高，经济效益显著
2、。扁梁结构相对比无梁楼盖来说受力更合理，配筋相对较省，抗震性能更好。为论证钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系在房屋建筑中应用的可行性，本文以原门某一商务中心为例，将该建筑中的钢管混凝土柱替换为钢管活性粉末混凝土柱，原普通框架梁替换成扁梁，采用结构设计软件PKPM计算这幢楼的力学性能并解决超高强混凝土建模的难题，并对其节点构造进行研究。在保证力学性能指标均满足规范要求的前提下，分析这两幢楼的经济效益和社会效益。关键词：钢管活性粉末混凝土柱，扁梁，剪力墙，PKPM,节点构造Feasibilityresearchonthestructureofreactivepowderconcretefi
3、lledsteeltubularcolumn-flatbeam-shearwallAbstract：Withthecontinuousdevelopmentofhigh-risebuildingsinourcountry,moreandmoreplacesarebuildingorhaveplanedtobuildhigh-riseorultra-highbuildings.Concrete-filledsteeltubularcolumnshavebethechoiceofhigh-riseorultra-highbuildings,buttoultra-highbuildings,even
4、adoptingconcretefilledsteeltubularcolumn,thecrosssectionsizeistoolarge,thebearingabilityisnotenoughtomeettherequirementofthedesign,ifsettingsomesteel(steelbarandstructuralsteel)intheconcretefilledsteeltubularcolumn,whichwillincreasethedifficultyoftheconstructionanddelaytheconstructionperiod.Sothestr
5、uctureofreactivepowderconcrete(RPC)filledsteeltubularcolumn-flatbeam-shearwallbecomesaneffectivemeanstosolvetheproblems.Reinforcedconcreteflatbeamstructureisarelativelynewstructuresystem,whichisthestructurebetweentheframe-corewallstructureandthegirderlessfloorstructure.Comparedwithcommonbeams,thehei
6、ghtofflatbeamislowerandthewidthisbigger,undertheconditionofthesameeffectiveheight,theheightoffloorcanbedropped,andtheeconomicbenefitsisobvious.Comparedtothegirderlessfloorstructure,theflatbeamstructuresloadingismorereasonable,thereinforcementismoreeconomicandtheseismicbehaviorisbetter.Toprovethefeas
7、ibilityofthestructureofreactivepowderconcretefilledsteeltubularcolumn-flatbeam-shearwallusinginhousingconstruction,thepapertakeabusinesscenterasanexamplebyusingthereactivepowderconcretefilledsteeltubularcolumntoreplacetheconcretefilledsteeltubularcolumn,usingflatbeamtoreplacethecommonbeamandusingthe
8、designsoftwarePKPMtocalculatethemechanicalpropertiesofthebuilding,andtosolvethedesignproblemofbuildingsusedtheultraconcrete,thenstudyingthejointconstruction.Atlast,underthepremisethatthemechanicalpropertiescanmeetthestandard,analyzingtheeconomicandsocialbenefits.Keywords:Reactivepowderconcretefilled
9、steeltubularcolumn：Flatbeam;Shearwall;PKPM；Jointstructure目录第一章绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外钢管混凝土的发展概况21.2.1 国内外有关钢管混凝土的发展和研究概况21.2.2 国内外有关钢管活性粉末混凝土的研究概况31.3 扁梁结构体系及环梁结构体系51.3.1 扁梁结构体系51.3.2 环梁结构体系71-4本课题研究的意义及内容81.4.1 本课题研究的意义81.4.2 本课题研究的内容9第二章某商务中心结构H2.1 商务中心结构设计概况Il2.2 平立面图12第三章钢管活性粉末混凝上柱扁梁剪力墙结构体系的受力性能分析
10、163.1 PKPM介绍163.2 原始模型173.3 活性粉末混凝土(RPC)配合比设计173.4 改用钢管RPC柱-扁梁-翦力墙体系的建模思路183.4.1 模型的基本调整方法183.4.2 建模时需考虑的问题183.4.3 空心钢管混凝土柱193.4.4 建模方式的选择213.5 柱截面换算方法253.5.1 仅梁变扁梁、钢管混凝土柱仅变大小的建模253.5.2 替换模型263.6 针对性建模303.6.1 空心混凝土环形柱333.6.2 两种建模方式的比较353.7 钢管混凝土柱-框架核心筒体系与钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的力学性能比较分析363.7.1 第一种情况36
11、3.7.2 第二种情况453.8 本章小结54第四章扁梁柱的节点设计564.1 钢管混凝土柱-环扁梁节点的概念及特点564.1.1 钢管混凝土柱环扁梁节点的概念564.1.2 环扁梁的受力特点574.1.3 环扁梁内力的传递机理584.2 钢管活性粉末混凝上柱扁梁剪力墙结构体系节点设计方式594.3 环梁节点算例：624.3.1 在辞载作用下环梁节点算例624.3.2 低周期反复荷载下环梁节点算例644.4 本章小结66第五章经济效益分析675.1 钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙体系的优势675.2 经济效益分析675.2.1 对建筑空间的充分利用和灵活利用675.2.2 对建筑高度的充分
12、利用685.2.3 施工方便685.3 本章小结68结论69展望错误!未定义书签.第一章绪论1.1 课题研究背景人类创建高层建筑的历史已百年有余，在这一过程中，建筑的高度在一定程度上被当成城市的核心象征与标志。随着我国经济的持续稳定高速发展，我国的城市化进展速度不断加快，尤其是在最近十年的城市化建设中，城市化的快速发展造成城市及其周围的土地资源日益紧张，地价日益攀高，房屋建设转向高层及超高层成为城市建筑一个不可避免的趋势。相对于西方发达国家，我国高层建筑的建设起步是较晚的。从上世纪六、七十年代其，上海、北京等经济技术条件较好的城市才开始建筑高层建筑。近年来随着我国经济的高速发展，高层、超高层建
13、筑所需的理念、科研、设计方法、高性能材料、设备等方面的日益成熟，我国的高层建筑正以“大跃进”速度遍地绽放。据有关资料不完全统计，全球的在建摩天大楼中，87%的在中国。截止到目前为止，我国的在建摩天大楼的总数已经超过了200座，这个数量已经相当于美国摩天大楼的总和。并且预计在未来的3年中，平均每5天就会有一座摩天大楼封顶。如此大规模建设高层、超高层建筑，主要是为了增加单位土地面积上的房屋使用面积。现阶段国内外的高层、超高层房屋建筑普遍采用的是普通混凝土框架结构体系或普通混凝土框架核心筒结构体系。这两种体系随着建筑物高度的增加，建筑物的自重也随之增加，这将导致随着建筑物高度的增加柱的截面越来越大和
14、柱的承载力不足，不利用建筑物的内部空间布置与空间的利用。并且普通梁的高度也会进一步增加，这将占去了层高中的很大一部分空间，这将导致增加的建筑物高度很大一部分都被浪费在了增加的梁高上，不能够被利用到，且随着梁高的增加将不利于建筑空间的有效利用。为了解决柱的承载力不足或柱截面过大的问题，国内外研究人员做了大量有关钢管混凝土的研究。为了进一步增加钢管混凝土柱的承我力，有关人员在钢管混凝土柱中设置了钢筋（纵筋、箍筋和型钢），这在一定程度上解决了柱的承载力不足的问题，但是这种解决办法回增加施工的难度，延长施工周期，且柱若需获得很大的承载力，则需增加的钢筋较多，成本增加也较多。为此提出了用活性粉末混凝土代
15、替钢管混凝土柱中普通高强度混凝土的解决方法。近年来，国内外的很多专家学者对钢筋混凝土扁梁框架体系进行了大量的研究，这些研究对建筑工程中扁梁的应用于推广具有重要意义。框架扁梁结构是一种介于普通框架结构和无梁楼盖的一种结构形式，是一种对二者结构优点的一种综合。扁梁相对于普通梁而言，高度较小，宽度较大，能够在不改变层净高的情况下，较为有效地降低建筑物的层高，从而在建筑物总高度不变的情况下，增加建筑物的层数，提高建筑的经济效益，或者在建筑物层数不变的情况下，降低建筑物的总高度，从而减弱风荷载及地震力对建筑结构的作用，进而降低建筑物的建设成本，也能提高建筑的经济效益。1.2 国内外钢管混凝土的发展概况1
16、.2.1 国内外有关钢管混凝土的发展和研究概况钢管混凝土是在劲性钢管混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。钢管混凝土最早主要应用的地方是桥墩和工业厂房柱等结构而非房屋建筑中.对钢管混凝土力学性能性能劲性I较为深入的研究始于二十世纪七十年代，如一，【批注。：在德国、法国等，主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构，其核心的混凝土是一般的素混凝土，或者在混凝土中配有一定量的钢筋或型钢，目前的设计规程主要有Eur。Code4。在日本主要研究的是方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构，其核心的混凝土是一般的素混凝土或配筋混凝土，日本目前房屋建筑中有关钢管混凝土的设计规程
17、主要有AIJ等。钢管混凝土引入中国始于二十世纪六十年代，迄今为止已有半个世纪。钢管混凝土在中国的发展经历了应用推广和提高发展两个阶段。钢管混凝土于二十世纪八十年代中期开始进入高层建筑领域。最初时，单纯从钢管混凝土柱的承教力高，柱截面小，可增加建筑物的有效使用空间，利于空间布置入手，局部柱采用钢管混凝土柱。而后的工程实践证明，钢管混凝土柱不仅承我力高、柱截面小，而且还可以大大加快施工进度，具有优异的抗震性能和远比钢框架结构加工方便的优点，仅仅经历了几年的时间，就从局部柱采用钢管混凝土柱到全部采用钢管混凝土柱。近年来随着建筑高度的不断刷新，传统的核心为普通素混凝土的钢管混凝土柱的承载力已经不能满足
18、使用需要，由于出现了在混凝土中配制钢筋或型钢的钢管配筋钢管混凝土或型钢钢管混凝土柱。蔡绍怀和焦占拴报告了57个圆形钢管混凝土轴心受压短柱承载力的试验结果，试件的主要参数为“套箍指数”、加载方式和试件高度。试验研究结果表明，“套箍指数”是影响圆钢管混凝土短柱的强度承载力和变形能力的重要参数，该文章还推到了强度承载力简化计算公式。这也是有关钢管混凝土柱的相关规范的编写基础和有关结构设计软件中关于钢管混凝土柱的设计方法的依据。韩林海对钢管混凝土轴压、纯弯及压弯构件的承我力计算方法进行了研究，该文用钢管普通混凝土的设计公式对钢管高强混凝土构件承我力进行了验算，并与收集到的试验结果进行了比较。韩林海进行
19、了一系列钢管混凝土短试件的轴压试验研究，试验表明钢管混凝土具有较好的延性和后期承载能力，圆钢管混凝土短试件根据约束效应不同呈现腰鼓状和剪切型两种典型的破坏形态，方钢管混凝土破坏时钢管表而出现若干处局部凸曲。在确定了钢材和混凝土的应力一应变关系模型的基础上，分别采用纤维模型法和有限元法对钢管混凝土轴压的荷载一变形曲线关系进行了全过程分析，提供了可适用于圆形和方形钢管混凝土构件轴压承载力计算的实用计算公式。王力尚和钱稼茹进行了22个钢管混凝土轴心受压构件的试验研究，构件长径比(LiD)为4-12,混凝土强度为66-80MPa。该文建议了钢管高强混凝土柱承载力计算公式。验证了高强混凝土结构技术规程有
20、关钢管高强混凝土构件初始压缩刚度的算式，研究给出约束效应系数为0.28-1.1的钢管高强混凝土峰值应力、峰值应变、平台应力(即残余应力)、平台初始应变的算式：给出钢管高强混凝土应力一应变全曲线方程及曲线参数的建议公式。1.2.2 国内外有关钢管活性粉末混凝土的研究概况活性粉末混凝土(ReaetiVePowderConcrete,简称RPO是法国BOUYGUES公司于1993年研制出的一种新型的水泥基复合材料，它同样具有超高强度、优越耐久性和体积稳定性良好等特点。然而未掺细钢纤维的RPC脆性较大、延性较差，在高应力或复杂受力状态下，将产生脆性破坏，工作的可靠性大为降低。如果将RPC灌入钢管形成钢
21、管RPC,则RPC受到钢管的有效约束，这样可以较为有效地克服了不掺入细钢纤维RPC脆性大和延性差的弱点，延性将大为增加，进而发挥其高强高耐久的优越性。同时还可以根据结构抗震性能和延性需要，在原本不掺入细钢纤维的RPC中适当增减细钢纤维的比例，从而更进一步的提高钢管RPC柱的延性，从而满足各种复杂条件下的变形需求，可以实现性能需求与经济效益的有效统一。加拿大魁北克省谢布洛克大学和加拿大波尔达克混凝土预拌厂曾于1996T997年分别制备了两批即C。从试验结果显示，用钢管侧限活性粉末混凝士，可以使RPC的极限应变达到普通混凝土的2-3倍，并有效地解决其脆性破坏的严重问题。清华大学的孟世强等人于200
22、3年初对钢管RPC进行了初步试验研究，通过对4组不同配合比的普通RPC及4组不同配合比的钢管RPC轴压短柱极限强度的试验。试验结果表明，钢管RPC的极限承载力比普通RPC有很大提高，脆性也有很大的改善；并且指出是否掺入钢纤维对钢管RPC的极限强度的影响很小，同时指出了钢管混凝土和钢管高强混凝土的计算理论不合适钢管RPC的计算，需做调整。福州大学林振宇进行了22根钢管RPC短柱的轴压试验研究,讨论了钢管RPC短柱的轴压性能，简历了钢管RPC短柱轴压极限承载力的计算公式和钢管RPC轴压试件的理论特征参数的计算公式，并且在此基础之上，简历了钢管RPC轴压柱的应力-应变的全曲线方程。通过以上文献及其他
23、相关文献的研究表明，与传统的钢筋混凝土结构和钢管混凝土结构相比，钢管RPC具有如下的显著特征：1 .钢管RPC具有极高的承载能力，它将是解决建筑物或构筑物受压柱截面面积过大和增大桥梁结构跨越能力的有效措施，钢管RPC除了具有钢管高强混您股天的一般优点外，还可进一步节约混凝土并减轻建筑结构的自重，经济效益和社会效益良好；2 .钢管对RPC的套箍约束作用能较为有效地克服核心RPC的脆性问题，并可以通过在RPC中适当添加细钢纤维来达到进一步提高延性、改善受力性能的目的；3 .RPC的组分中骨料的颗粒直径相对较小，从而流动性较好，更适用于钢管混凝土的灌注，使其内部结构更为均匀，更接近于均质材料：4 .
24、钢管兼有纵筋和箍筋的功能，其用钢量较普通钢筋骨架更节省，并且因有钢管分隔，管内混凝土的浇灌与管外梁板结构的普通混凝土的浇灌互不干扰，无交错浇灌的麻烦。RPC的第一个工程应用，是1997年在加拿大Quebec省Sherbooke市中心的MagogRiver的一座跨度为60m的步行/自行车桥。该桥的桥面板是由RPC浇注而成，板的厚度仅为30mm；主题结构采用钢管RPC桁架结构，腹杆则为壁厚3mm的直径15OmIn的不锈钢管,内灌RPC200；下弦为RPC双梁,梁高380mm,均为按常规混凝土工艺预制而成。这种做法节约了钢材，造价也大为降低。同时相关研究资料表明，在结构形式、截面大小保持相同的情况下
25、，提高混凝土强度，可增大桥梁的跨度。因此钢管RPC将是建筑大跨度和超大跨度桥梁的一种重要结构形式。目前钢管RPC柱应用于房屋建筑中的工程实例还没有，这主要是由于相关研究还不是很成熟，钢管RPC柱在具体的房屋建筑中的工程推广和实际施工问题还需进一步研究。1.3扁梁结构体系及环梁结构体系1.3.1 扁梁结构体系国内外的一些专家学者对扁梁柱节点已进行了相关研究，对梁宽与柱宽比、柱截面高宽比、通过柱内与柱外的梁配筋比例、柱筋的锚固性能、扁梁梁端和梁柱节点核心区的受力特性和抗震性能、楼板对梁柱节点的有利影响、节点核心区的合理配筋构造、扁梁含筋率限值问题、扁梁的受弯和受剪性能、扁梁柱节点内外核心区的受力机
26、理、相同预应力度下预应力筋分别穿过内外核心区对节点抗震性能的影响以及预应力度不同时对节点抗震性能的影响进行了研究。国家抗震规范建筑抗震设计规范（GB5001卜2010）中也规定了扁梁框架结构的抗震构造措施与适宜使用的范围。扁梁结构体系的意义主要体现在建筑抗震、建筑功能和经济效益方面。1 .建筑抗震方面在抗震方面，地震力的计算公式为：地震力=自重X地震系数。由于扁梁框架结构降低了建筑楼层的层高和建筑总高,层数不变的情况下，结构的自重减少，有效地降低了地震力对结构内力产生的不利影响。且在设计中较容易实现“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”的抗震设计理念。2 .建筑功能方面在建筑高度受到限制或层高不
27、变时，将扁梁体系应用在建筑结构当中，减少了楼层结构高度，增加室内的使用高度，便于室内空间得到有效的利用，带来良好的建筑空间效果。3 .经济效益方面扁梁结构体系的经济效益来主要自两个方面，一是在垂直方向上层高和建筑总高的降低，减少了部分构件或设备的材料费用，从而整个工程的建设成本相应减少；二是增加楼层层数，使得建筑面积增加，可以获得一定的经济利益。由此带来良好的经济效益。基于扁梁结构体系的优点，扁梁结构已经在中、高层建筑中得到了广泛地应用。表IT中列出了扁梁结构体系在福建及其他省市的一些应用工程实例。表1-1扁梁结构体系的工程应用工程名称|地点|层数|结构特点闽桥大厦福州30降低层高，在IOom
28、总高的限制下尽可能多盖。平安大厦福州36降低结构层高度，增大楼层净空高度。利达大厦福州14拔柱后扩大可利用空间，满足大开间要求。海光大原度门35角板处设置无粘结预应力扁梁，既加强外框架与内筒间水平力的传递，又作为角区双向板的支点，加强结构整体性。无线通信大展深圳45主楼转角区平面复杂，在角筒端部设置斜向扁梁，将豆杂平面转化为两个简单平面,受力明确，施工方便。健力宝大夙深圳45群楼采用无粘结预应力混凝土扁梁，考虑空调管道占去的空间高度，在层高不变的情况下增加净空高度。东华大厦深圳31结构总高度降低3.1m,楼板厚度减少35mm,楼盖部分节约钢材7.8kgm2,减轻结构白重，减少基础荷载。彩虹城大
29、度深圳35减少梁板挠度，提高结构整体刚度。华民大原深圳30在周边柱间设置无粘结预应力宽扁梁加强层间约束。山东大厦深圳32为了降低层高，主楼框架梁大部分采用宽扁梁。国际文化大厦深圳29在建筑总高度不变的情况下，每层可降低层高300mm,24层标准层可降低层高7.2m,这样就可多建2个标准层，增加建筑面积3870mir益田小区深圳31中庭地面层采用大面积超长预应力混凝上扁梁一平板结构，解决温度应力和收缩徐变的影响，减小板的计算跨度。山东大厦深圳32降低层高和减轻自重，改善建筑物使用功能，增加了使用面积。广东国际大厦广州63在角板区域采用无粘结预应力扁梁，将角板由双向受力状态改为单向受力状态为主，受
30、力明确。广州国际投资大厦广州16在层高3.Om保持不变的情况下，保证最低处净高达2.3m南京站客运服务楼南京30采用大跨无粘结预应力扁梁框一剪结构体系，使用空间显著增加，与普通钢筋混凝上结构相比，节省176万元。隆盛大厦南京27主楼采用无粘结预应力扁梁，楼板厚度减少90mm,比原普通框架设计方案多一个楼层，净利润达974万元。中信银行商务中心南京34为减少风载及地震作用下的结构侧移，采用预应力扁梁方案，板内配筋减少，允许板上开孔，不影响周边构件。广电大厦南京30主楼部分采用无粘结预应力扁梁，降低层高，减轻白重。鸿信大度南京28624层的标准层,设计为9.5m跨宽扁梁,在扁梁和楼板中均配有无粘结
31、预应力钢丝束降低了标准层层高和结构总高度，增大跨度新上海国际大厦上海44采用无粘结预应力混凝土扁梁和普通预应力混凝土平板方案，降低层高，增大跨度（12m）,便于楼板上灵活开洞。裕安大厦上海31扁梁中施加的预应力降低梁内配筋，节约材料和劳动力。京都商业中心北京18318层采用倒扁梁楼盖，在建筑总高度定和房间净空高度基本不变的情况下，增加3个楼层。方庄芳群园四区北京21由于电气设备和各专业管道的空间限制，结构梁高限制在400mm以内，故采用无粘结预应力混凝土.扁梁C江陵汽车综合技术楼北京8为满足消防要求，建筑物高度限制在32m,满足大开间机动平面的要求。航华科贸中心北京34扇形区域结构受到柱和建筑
32、尺寸的限制，在外端采用截面为变宽度的无粘结预应力混凝上扁梁。华侨商业大展湖亡31节约大量钢材和混凝上，增大结构跨度，降低结构层高，增大使用面积，改善建筑物使用功能新达丝织厂工业大楼吴江15采用预应力超宽扁梁一平板结构体系，在建筑物总高不变的情况下，比原设计增加一个楼层。1.3.2 环梁结构体系目前国内一些专家已对钢管混凝土柱-钢筋混凝土柱环梁节点（简称环梁节点）进行了研究。陈爱军等人提出了一种环梁节点，并进行模型和原型静载试验。试验结果表明，钢筋混凝土环梁节点的基本构思在概念上是正确的，在实际中也是可行的。黄汉炎等人在广州好世界广场超高层建筑工程中设计应用钢管高强混凝土柱的工程实践基础上，综合
33、设计8种钢管混凝土柱-RC梁板节点，进行拟静力三向加载试验，研究各种节点的受力性能及破坏形态。通过对8种不同类型的节点试验结果分析比较，其中，试件8钢套筒方型RC节点、试件6钢筋混凝土方型节点、试件1穿心牛腿双梁型节点、试件2穿心牛腿单梁型节点，其双向反复加载的承载能力良好。试验结果表明，试件8、6、1、2节点可用于抗震设计的高层建筑。这些节点中，试件8节点抗震性能最好，而试件6节点也具有较好的抗震性能，且施工方便。杨芳等人针对钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点进行了较为深入的研究，对钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点进行了静载试验和低周期反复荷载试验，并对试验结果从扭矩、等效粘滞阻尼系数、刚
34、度、延性系数等方面进行分析。由此进一步提出了静载下环扁梁节点以及地震荷载下环梁节点、环扁梁节点的设计方法，并对其进行了试验验证，给出了具体的算例。为钢管混凝土柱-钢筋混凝土环扁梁节点的结构体系在地震区推广应用的可行性进行了研究。表1-2列出了钢管混凝土柱-环梁结构的工程应用情况。表1-2钢管混凝土柱-环梁结构的工程应用建筑物名称层数+0.00以上高度加）结构类型钢管混凝土柱：数钢管混凝土柱直径（mm）建设地点抗震设防烈度广东省电信枢纽综合楼68(6)249.8A59(6)1400-1000广州7度昆明邦克大度36(3)126.8A16(3)800昆明8度体育西兴业大厦28(2)99.8A22(
35、2)750,700广州7度珠江广场江景阁30(3)99.8B4(3)750广州7度永福大厦3()(2)99.9B5(2)9(X),800广州7度协和新世界花园30(I)98.3B3(1)800,700广州7度新世界中心（一期）30(2)99.6B2(2)900,800广州7度广东省中医院门诊综合大楼29(3)99.9A26(3)400900广州7度东山雅筑商住楼33(3)99.8BI(3)950,800广州7度翠湖山庄32(2)99.8B1(2)1600广州7度珠海国税大楼34(1)138.5A4(1)900珠海7度星河馆23(2)90.6A23(2)700汕头8度想宝大厦23(3)74.2B
36、6(3)650广州7度佛山信息大度29(1)116A25(1)950,850佛山7度信联大设33(2)120AIl(2)9(X)南海7度合银广场56(3)195A56(2)1500广州7度新达诚广场30(2)99.8B30(2)800,1000广州7度雍景台商住楼48(2)148B10(2)1200深圳7度中华广场65(4)239.3A50(4)110080()广州7度太原市数码中心28(2)99.0A28(2)7(X)太原8度1.4本课题研究的意义及内容1.4.1 本课题研究的意义为了增加单位土地面积上的房屋使用面积，建筑物的高度不断被刷新，这对柱子的承载力要求不断提升，当钢管混凝土柱的承载
37、力已不能满足承载力的需求时，钢管活性粉末混凝土柱的超高承载力的应用前景就凸显出来了。在建筑高度受限时，扁梁结构体系能够有效地增加结构的使用面积。从而这种钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系在未来的高层、超高层中具有广泛的应用前景。而目前还没有有关把钢管活性粉末混凝土柱、扁梁组合在一起的相关研究，对于其设计方法和节点构造都缺乏相应研究。1.4.2 本课题研究的内容本文通过对钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力增结构体系力学性能、节点构造研究和经济性分析，达到保证新型结构体系的周期、减重比、位移比等参数满足规范要求；节点构造合理；经济效益良好，最终从力学性能、节点构造及经济性三个角度论证钢管活性
38、粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的可行性。主要做了以下工作：1 .以己有的一幢商务中心的模型为基础，采用钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构重新用设计软件PKPM建模。由于PKPM中无法对强度超高C80的混凝土进行输入，故在实际建模中考虑柱截面的相似替换，进而达到设计钢管RPC柱的目的，并对这种相似替换的模型的可靠性进行分析。2 .对钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系采用现有通用设计软件PKPM建模的方式进行设计的可靠性进行分析，对其中可能出现的问题进行分析并提出实际操作需特别注意的构造措施.3 .对钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的节点构造进行研究，对比现有研究较多的钢
39、管混凝土柱-环梁结构节点的做法与研究不多的钢管混凝土柱环扁梁节点的受力特征与构造做法，结合RPC的特性，提出钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系这种新型结构体系的节点构造做法并根据有关文献论证其可行性。4 .对钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系的经济性进行分析。第二章某商务中心结构2.1商务中心结构设计概况1、概况（I）主体结构的设计使用年限为50年；（2）结构体系为现浇钢管混凝土-剪力墙框架核心筒结构。2、设计依据（1）本工程混凝土结构的环境类别:一类,二（a）类。一类：室内正常环境;二（a）类：基础所处的环境及屋面；（2）工程结构安全等级为二级，建筑抗震设防类别为丙类,所在地
40、区抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度0.15g；（3）设计地震分组为第二组，场地类别为11类，特征周期Tg=O.4秒，结构阻尼比为0.045；（4）框架抗震等级二级，剪力墙抗震等级二级；（5）修正后的基本风压：0.70KNm2,地面粗糙度为C类；（6）使用荷载按建筑结构荷载规范GB50009-2001取值,具体数值（标准值）如表2T所示：表2-1使用荷载楼面用途宿舍公共活动室卫生间厨房阳台活荷载(KNZm2)2.02.02.02.02.5楼面用途楼梯、前室露台不上人屋面（上人屋面）过道电梯机房活荷载(KNm2)3.52.()0.5(2.0)2.57.03、基础地基基础设计等级为乙级，基础采
41、用预应力混凝土管桩。4、材料选用（1）承重结构混凝土强度为等级为C25C50;（2）楼梯混凝土等级与楼板混凝土等级一致：（3）钢材：墙、柱、梁主筋采用川级钢筋，板筋、箍筋采用I级钢筋。2.2平立面图商务中心的平立剖面图如图2-1、图2-2、图2-3和图2-4所示。图2-1第五层平面图图2-2第六、七、九、十十二层平面图W-PIiii册帚IliMIRmila3TPDffiEirlIII崩MB!9l9l37ilIlSIiIIil!IlillitlillOEISEII丽雨1$ii9l9l37lililai7iliii!ijjjjl*p.,一，,Hl画廊IE不项Llull1111.rl-a.碣股：1加
42、0丽MllBflMIIBMiiPiKSgimWiIiHliiSi8iEHIIMlIiBUIFg昭MITBIIMlinHBlIRiWII.BUiMH_M呜聊MMIBJMM脚崩部网画画画画K画IfGKPiiiaiaia唱网网商KlFE亘44图2-31-1剖面图第三章钢管活性粉末混凝土柱-扁梁剪力墙结构体系的受力性能分析3.1 PKPM介绍PKPM是一个系列，除了建筑、结构、设备（给排水、采暖、通风空调、电气）设计于一体的集成化CAD系统以外，目前PKPM还有建筑概预算系列（钢筋计算、工程量计算、工程计价）、施工系（投标系列、安全计算系列、施工技术系列）。该软件采用简便易学的人机交互方式输入各层平面
43、布置及各层楼面的次梁、预制板、洞口、错层、挑檐等信息和外加荷载信息，在人机交互过程中提供随时中断、修改、拷贝复制、查询、继续操作等功能。，引导用户逐层地布置各层平面和各层楼面，再输入层高就建立起一套描述建筑物整体结构的数据。PMCAD是整个结构CAD的核心，它建立的全楼结构模型是PKPM各二维、三维结构计算软件的前处理部分，也是梁、柱、剪力墙、楼板等施工图设计软件和基础CAD的必备接口软件。PMCAD具有较强的荷载统计和传导计算功能，除计算结构自重以外，还自动完成从楼板到次梁，从次梁到主梁，从主梁到承重的柱墙，再从上部结构传到基础的全部计算，加上局部的外加荷载，PMCAD可方便地建立整栋建筑的
44、荷载数据。实践证明，这种方式设计人员容易掌握，而且比传统的方法可提高效率十几倍。PKPM采用了国内最流行的平面杆系、矩形及异形楼板、高层三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震、钢结构、预应力混凝土结构分析等计算方法。2010版PKPM的全部结构计算模块均按新的设计规范编制，符合新规范要求的荷载效应组合、设计表达式，抗震设计新概念要求的强柱弱梁、强剪弱弯、节点核心、罕遇地震以及考虑扭转效应的振动耦连计算方面的内容。PKPM系统在提供专业软件的同时，提供二维、三维图形平台的支持，从而使全部软件具有自主知识版权，为用户节省购买国外图形平台的巨大开销。跟踪AUtoCAD等国外
45、图形软件先进技术，并利用PKPM广泛的用户群实际应用，在专业软件发展的同时，带动了图形平台的发展，成为国内为数不多的成熟图形平台之一。但由于该软件采用的简便易学的人机交互方式输入模式，对于截面类型只能够在PKPM中提供的几种形式进行选择，材料性能的选择是按照规范中相应的性能等级确定的，只能对材料的强度等级进行选择，对于规范中还未规定的新型的截面形式、节点形式无法输入，对于新型材料如果相应的材料性能和规范中已有的材料不同则无法进行直接输入，这不利于新结构、新材料的推广使用。3.2 原始模型原模型由设计院提供，为一地下二层，地上二十四层的商务中心。主楼地下层至地上十一层柱采用圆形钢管混凝土柱截面形式，截面尺寸有1200mmX1166mm和IloOnIlnXlO70mm两种，地上十二层起采用圆形混凝土截面形式，截面直径大小从IlOOimn至900mn依次降低，柱混凝土强度从C50至C30依次降低。由于模型为一商务中心的模型，要求有较大的开间，故设计时梁柱间的间距较大。柱间梁、核心筒的力墙与钢管混凝土
