13.2.1 抗震等级
钢-混凝土混合结构房屋抗震设计时,应根据设防类别、烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。
表13.2.1-1 丙类建筑钢-混凝土混合结构抗震等级
注: 1 钢结构构件抗震等级,抗震设防烈度为6、7、8、9度时应分别取四、三、二、一级。
2 当建筑场地为Ⅰ类时,应允许按表中括号内抗震等级采取抗震构造措施;当建筑场地为Ⅲ、Ⅳ类时,宜按表中括号内抗震等级采取抗震构造措施。
3 Ⅲ、Ⅳ类场地且设计基本地震加速度为0.15g和0.30g的丙类建筑按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第3.9.2条提高一度确定抗震构造措施时,如果房屋高度超过提高一度后对应的房屋最大适用高度,则应采取比对应抗震等级更有效的抗震构造措施。
表13.2.1-2 乙类建筑钢-混凝土混合结构抗震等级
注:同表13.2.1-1。
13.2.2 抗震设计时应满足以下要求:
1 混合结构体系,应由钢筋混凝土筒体承受主要的水平力,并采取有效措施,保证钢筋混凝土筒体的延性。
保证筒体的延性可采取下列措施:
1)通过确定合理的墙厚来控制剪力墙的剪应力水平;
2)保证核心筒角部的完整性;
3)剪力墙的端部设置型钢柱,四周配以纵向钢筋及箍筋形成完整暗柱;
4)核心筒的开洞位置尽量对称均匀;
5)连梁采用本措施第5章介绍的交叉斜向配筋方式。
2 混合结构体系中,由于钢筋混凝土核心筒抗侧刚度较钢框架大很多,在强烈地震作用下,承担了绝大部分地震力的核心筒墙体可能损伤严重,经内力重分布后,外围框架会承担较大的地震作用,它的破坏和竖向承载力的降低将会危及房屋的安全,因而有必要对钢框架承受的地震力进行调整,使其承担一定比例的地震作用,以形成混凝土核心筒和钢框架的双重抗侧力体系。实际操作时,如果按照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010第9.1.11条的规定调整钢框架的内力,会使钢框架柱的截面太大,为解决这一矛盾,可参照《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230:2008)第4.1.3条来调整钢框架的内力。
说明:美国2000 IBC有关该内容的新规定是:”双重体系的抗弯框架应能至少承受25%的设计力,总地震力应由钢框架和剪力墙或支撑框架按刚度比例分配”。经过向美国UBC和IBC参编专家咨询,此处总地震力和设计力都是指层剪力。《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230:2008)编制组根据清华大学用推覆分析法对20个刚框架-混凝土核心筒计算模型进行的静力弹塑性分析研究,从承载能力、破坏模式、框架破损程度三个方面所做的比较研究表明:上部各楼层框架剪力不应低于本层结构剪力的13%。考虑了一定安全系数后,《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230:2008)对8、9度地区的双重抗侧力体系结构,提出了框架承担的层剪力不应小于总层剪力18%的要求,设防烈度降低后,要求的分担率可适当降低。具体内容详见《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230:2008)第4.1.3条。
13.2.3 计算规定
1 在进行弹性阶段的内力、位移计算时,对钢梁及钢柱可采用钢材的截面计算,对型钢混凝土构件、钢管混凝土柱的刚度可采用型钢部分刚度与钢筋混凝土部分的刚度之和。
式中:EcIc、EcAc、GcAc——分别为钢筋混凝土部分的截面抗弯刚度、轴向刚度及抗剪刚度;
EaIa、EaAa、GaAa——分别为型钢、钢管部分的截面抗弯刚度、轴向刚度及抗剪刚度。
2 无端柱型钢混凝土剪力墙可近似按相同截面的混凝土剪力墙计算其轴向、抗弯和抗剪刚度,可不计端部型钢对截面刚度的提高作用。
3 有端柱型钢混凝土剪力墙可按H形混凝土截面计算其轴向和抗弯刚度,端柱内型钢可折算为等效混凝土面积计入H形截面的翼缘面积,墙的抗剪刚度可不计入型钢作用。
4 弹性分析时,宜考虑钢梁与现浇混凝土楼板的共同作用,梁的刚度可取钢梁刚度的1.5~2.0倍,但应保证钢梁与楼板有可靠的连接。弹塑性分析时,可不考虑楼板与梁的共同作用。
5 内力及位移计算中,设置外伸臂桁架的楼层以及楼板开大洞的楼层应考虑楼板在平面内的变形。
6 竖向荷载作用计算时,宜考虑钢柱、型钢混凝土(钢管混凝土)柱与钢筋混凝土核心筒竖向变形差异引起的结构附加内力,计算竖向变形差异时宜考虑混凝土收缩、徐变、沉降及施工调整等因素的影响。
7 当混凝土核心筒先于外围框架施工时,应考虑施工阶段混凝土核心筒在风荷载及其他荷载作用下的不利受力状态;应验算在浇注混凝土之前外围型钢结构在施工荷载及可能的风载作用下的承载力、稳定及变形,并据此确定钢框架安装与浇注混凝土楼层的间隔层数。
8 混合结构在多遇地震下的阻尼比可取为0.04。风荷载作用下楼层位移验算和构件设计时,阻尼比可取为0.02-0.04。
13.2.4 构件计算
1 混合结构中的钢构件应按《钢结构设计规范》GB 50017-2003及《高层民用建筑钢结构技术规范》JGJ 99-1998进行设计;
2 钢筋混凝土构件应按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010、《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010和本措施进行设计;
3 型钢混凝土构件可按《钢骨混凝土结构技术规程》(YB 9082-2006)进行设计;
4 矩形钢管混凝土构件可按《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS 159:2004及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010进行设计;
5 钢管混凝土构件可按《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS 28:90及《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010中的附录F进行设计;
6 钢管高强混凝土柱的其他计算,可参考《高强混凝土结构设计与指南》第二版,中国建筑工业出版社2001;
7 型钢混凝土计算图表可以查《型钢混凝土组合结构构造与计算手册》,中国建筑工业出版社2004。