钢管活性粉末混凝土柱扁梁剪力墙结构体系可行性研究.docx

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己经计划建高层、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，其截面尺寸仍较大，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（RPe）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，介于普通框架核心筒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。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，本文以厦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。由于现有结构设计软件PKPM无法对超过C80的混凝土结构进行设计，本文通过尝试不同的替换模型，最终得出能够采用PKPM设计并可以替换原模型的替换方式，进而解决了采用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。并对这种结构体系的力学性能（周期、剪重比、层间最大位移等参数）进行分析，最终得出满足规范要求的结构模型，并按照两种方式与原结构进行对比分析。对其节点构造进行研究,以本结构模型中的一个节点为例说明环梁节点的具体设计方法与步骤。在保证力学性能指标均满足规范要求的前提下，分析这两幢楼的所具有的良好的经济效益和社会效益，为这种结构体系适合于推广提供依据。关键词：钢管活性粉末混凝土柱，扁梁，剪力墙，PKPM,节点构造Feasibi1ityresearchonthestructureofreactivepowderconcretefi11edstee1tubu1arco1umn-f1atbeam-shearwa11Abstract：Withthecontinuousdeve1opmentofhigh-risebui1dingsinourcountry,moreandmorep1acesarebui1dingorhavep1anedtobui1dhigh-riseoru1tra-highbui1dings.Concrete-fi11edstee1tubu1arco1umnshavebethechoiceofhigh-riseoru1tra-highbui1dings,buttou1tra-highbui1dings,evenadoptingconcretefi11edstee1tubu1arco1umn,thecrosssectionsizeistoo1arge,thebearingabi1ityisnotenoughtomeettherequirementofthedesign,ifsettingsomestee1(stee1barandstructura1stee1)intheconcretefi11edstee1tubu1arco1umn,whichwi11increasethedifficu1tyoftheconstructionandde1aytheconstructionperiod.Sothestructureofreactivepowderconcrete(RPC)fi11edstee1tubu1arco1umn-f1atbeam-shearwa11becomesaneffectivemeanstoso1vetheprob1ems.Reinforcedconcretef1atbeamstructureisare1ative1ynewstructuresystem,whichisthestructurebetweentheframe-corewa11structureandthegirder1essf1oorstructure.Comparedwithcommonbeams,theheightoff1atbeamis1owerandthewidthisbigger,undertheconditionofthesameeffectiveheight,theheightoff1oorcanbedropped,andtheeconomicbenefitsisobvious.Comparedtothegirder1essf1oorstructure,thef1atbeamstructured1oadingismorereasonab1e,thereinforcementismoreeconomicandtheseismicbehaviorisbetter.Toprovethefeasibi1ityofthestructureofreactivepowderconcretefi11edstee1tubu1arco1umn-f1atbeam-shearwa11usinginhousingconstruction,thepapertakeabusinesscenterasanexamp1ebyusingthereactivepowderconcretefi11edstee1tubu1arco1umntorep1acetheconcretefi11edstee1tubu1arco1umn,usingf1atbeamtorep1acethecommonbeam.AsthedesignsoftwarewhichWeusedcannotbeusedtodesignthestructurewithconcrete,sstrengthwhichisbeyondC80,inthepaper,byusingdifferentrep1acedmode1s,anappropriatemode1isgottentorep1acethemode1,sotheprob1emcanbeso1ved.Thenthepaperana1ysesthepropertyofthenewstructure(period,shear-weightratio,inter-storymaximumdisp1acementetc.),intheend,getamode1whichcanmeettherequirementsofthespecification,andcomparewiththeintrinsicmode1undertwomethods,thenstudyingthejointconstruction,givingadetai1edmethodtodesignthejointbyaexamp1eofthestructure.At1ast,underthepremisethatthemechanica1propertiescanmeetthestandard,ana1yzingthea11-righteconomicandsocia1benefitstoproveitisbeneficia1topopu1arizethenewstructure.Keywords:Reactivepowderconcretefi11edstee1tubu1arco1umn；F1atbeam;Shearwa11;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112.1 商务中心结构设计概况112.2 平立面图12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-剪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193.4.3 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313.6.1 钢管RPC混凝土柱建模313.6.2 空心混凝土环形柱343.6.3 两种建模方式的比较363.7 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373.7.2 第二种方式463.8 层间位移调整553.9 本章小结63第四章扁梁柱的节点设计654.1 钢管混凝土柱-环扁梁节点的概念及特点654.1.1 钢管混凝土柱-环扁梁节点的概念654.1.2 环扁梁的受力特点664.1.3 环扁梁内力的传递机理674.2 钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙结构体系节点设计方式684.3 环梁节点算例：714.3.1 在静载作用下环梁节点算例714.3.2 低周期反复荷载下环梁节点算例754.4 本章小结76第五章经济效益分析775.1 钢管活性粉末混凝土柱-扁梁-剪力墙体系的优势775.2 经济效益分析775.2.1 对建筑空间的充分利用和灵活利用775.2.2 对建筑高度的充分利用785.2.3 施工方便785.3 本章小结79结论80展望82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己经超过了200座，这个数量己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载力，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