鋼－混凝土組合框架核心筒結(jié)構(gòu)取得成果

    由北京市科委、北京市規(guī)委、北京LG大廈發(fā)展有限公司、北京市建筑設(shè)計(jì)研究院資助，北京市建筑設(shè)計(jì)研究院、同濟(jì)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)完成的“鋼－混凝土組合框架―核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和研究”課題，經(jīng)北京市科委組織專(zhuān)家鑒定：該課題研究成果為鋼—混凝土組合框架—核心筒結(jié)構(gòu)在8度抗震設(shè)防區(qū)的應(yīng)用提供了依據(jù)，可以作為進(jìn)一步完善和修訂現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的依據(jù)。研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分成果處于國(guó)際領(lǐng)先地位。
　　
    該課題主要完成人：侯光瑜、陳彬磊、呂西林、趙均、盧文勝、苗啟松、陳向東、趙斌、劉向陽(yáng)、黃嘉、陸承康、張美勵(lì)、李檢保、王松濤、葉彬等。

    鋼―混凝土組合框架―核心筒結(jié)構(gòu)是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種結(jié)構(gòu)體系，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有結(jié)構(gòu)自重輕、建筑使用面積大、施工周期短、基礎(chǔ)造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。但由于缺乏充分的試驗(yàn)依據(jù)以及高烈度地震區(qū)成熟的工程實(shí)踐，國(guó)內(nèi)外工程界對(duì)這種結(jié)構(gòu)的抗震性能沒(méi)有形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，因此，這種結(jié)構(gòu)體系多用于非抗震設(shè)計(jì)和低烈度地震區(qū)。為在高烈度區(qū)推廣使用該體系，該課題從1998年起結(jié)合實(shí)際工程，系統(tǒng)地研究此類(lèi)結(jié)構(gòu)在8度強(qiáng)震區(qū)的整體抗震性能以及相關(guān)的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)的抗震性能。課題的主要成果：

    為改善核心筒剪力墻的延性，該課題在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有目的地在核心筒內(nèi)設(shè)置鋼骨，并作為剪力墻抗震設(shè)防的第二道防線，防止剪力墻在罕遇地震作用下因墻體混凝土嚴(yán)重開(kāi)裂后豎向承載力受損而產(chǎn)生的連續(xù)破壞。通過(guò)1∶20的結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，筒體沒(méi)有出現(xiàn)明顯的鋼筋壓屈、混凝土崩落現(xiàn)象，顯示出良好的承載和變形能力，結(jié)構(gòu)整體性保持良好。與理論分析結(jié)果基本吻合，表明了這種結(jié)構(gòu)體系通過(guò)合理設(shè)計(jì)和構(gòu)造可以用于高烈度地震區(qū)。在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)模型層間位移角雖已達(dá)1/102，但結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象并不嚴(yán)重，無(wú)倒塌趨勢(shì)，說(shuō)明結(jié)構(gòu)仍有很強(qiáng)的變形能力，因此，核心筒內(nèi)設(shè)置鋼骨后，此類(lèi)結(jié)構(gòu)的最大適用高度可以突破150m的限值。

    該課題對(duì)6個(gè)比例為1∶3（1∶2）的圓形鋼骨混凝土框架柱－鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，首次提出了圓形鋼骨混凝土柱－鋼梁節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗裂計(jì)算公式、受剪承載力計(jì)算公式、框架梁截面寬度小于0.4倍圓形柱直徑時(shí)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的有效截面面積的計(jì)算公式，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中的空白。

    該課題對(duì)鋼桁架與混凝土墻平面外的單剪板連接，進(jìn)行了不同厚度單剪板和不同直徑高強(qiáng)螺栓10種組合的靜力荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)和分析表明了鋼桁架與剪力墻間的連接存在約束彎矩。根據(jù)理論分析，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在國(guó)際上首次提出了鋼桁架與剪力墻平面外單剪板連接約束彎矩計(jì)算公式。

    該課題對(duì)埋入混凝土墻內(nèi)的四種不同構(gòu)造形式的6個(gè)比例為1∶2的預(yù)埋件，進(jìn)行了平面外低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：傳統(tǒng)的栓釘錨固預(yù)埋件發(fā)生了影響剪力墻承載力的開(kāi)裂，栓釘出現(xiàn)滑移現(xiàn)象，不應(yīng)用于有抗震設(shè)防要求的主要承重構(gòu)件的連接；鋼板與預(yù)埋鋼骨柱焊接的連接件具有較好的抗震性能，耗能和延性都較好，適用于有抗震設(shè)防要求的關(guān)鍵部位。

    該課題在國(guó)內(nèi)首次進(jìn)行了梁柱交界處設(shè)置柱面承壓板（FBP）的試驗(yàn)，并應(yīng)用于工程實(shí)踐，改善了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震性能。

    該課題提出的在核心筒內(nèi)設(shè)置鋼骨，加強(qiáng)剪力墻延性的措施已被納入北京市規(guī)委批準(zhǔn)的《北京市建筑設(shè)計(jì)技術(shù)細(xì)則》條例中。

    目前，在北京8度強(qiáng)震區(qū)已有多棟建筑物采用本課題的研究成果，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。