G.2 钢框架-钢筋混凝土核心筒结构

G.2.1 我国的钢框架-钢筋混凝土核心筒,由钢筋混凝土筒体承担主要水平力,其适用高度应低于高层钢结构而高于钢筋混凝土结构,参考《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002第11章的规定,其最大适用高度不大于二者的平均值。

G.2.2 本条抗震等级的划分,基本参照《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002的第11章和本规范第6.1.2、8.1.3条的规定。

G.2.3 本条规定了钢框架-钢筋混凝土核心筒结构体系设计中不同于混凝土结构、钢结构的一些基本要求:
    1 近年来的试验和计算分析,对钢框架部分应承担的最小地震作用有些新的认识:框架部分承担一定比例的地震作用是非常重要的,如果钢框架部分按计算分配的地震剪力过少,则混凝土、筒体的受力状态和地震下的表现与普通钢筋混凝土结构几乎没有差别,甚至混凝土墙体更容易破坏。
    清华大学土木系选择了一幢国内的钢框架-混凝土核心筒结构,变换其钢框架部分和混凝土核心筒的截面尺寸,并将它们进行不同组合,分析了共20个截面尺寸互不相同的结构方案,进行了在地震作用下的受力性能研究和比较,提出了钢框架部分剪力分担率的设计建议。
    考虑钢框架-钢筋混凝土核心筒的总高度大于普通的钢筋混凝土框架-核心筒房屋,为给混凝土墙体留有一定的安全储备,规定钢框架按刚度分配的最小地震作用。当小于规定时,混凝土筒承担的地震作用和抗震构造均应适当提高。
    2 钢框架柱的应力一般较高,而混凝土墙体大多由位移控制,墙的应力较低,而且两种材料弹性模量不等,此外,混凝土存在徐变和收缩,因此会使钢框架和混凝土筒体间存在较大变形。为了其差异变形不致使结构产生过大的附加内力,国外这类结构的楼盖梁大多两端都做成铰接。我国的习惯做法是,楼盖梁与周边框架刚接,但与钢筋混凝土墙体做成铰接,当墙体内设置连接用的构造型钢时,也可采用刚接。
    3 试验表明,混凝土墙体与钢梁连接处存在局部弯矩及轴向力,但墙体平面外刚度较小,很容易出现裂缝;设置构造型钢有助于提高墙体的局部性能,也便于钢结构的安装。
    4 底部或下部楼层用型钢混凝土柱,上部楼层用钢柱,可提高结构刚度和节约钢材,是常见的做法。阪神地震表明,此时应避免刚度突变引起的破坏,设置过渡层使结构刚度逐渐变化,可以减缓此种效应。
    5 要使钢框架与混凝土核心筒能协同工作,其楼板的刚度和大震作用下的整体性是十分重要的,本条要求其楼板应采用现浇实心板。

G.2.4 本条规定了抗震计算中,不同于钢筋混凝土结构的要求:
    1 混合结构的阻尼比,取决于混凝土结构和钢结构在总变形能中所占比例的大小。采用振型分解反应谱法时,不同振型的阻尼比可能不同。必要时,可参照本规范第10章关于大跨空间钢结构与混凝土支座综合阻尼比的换算方法确定,当简化估算时,可取0.045。
    2 根据多道抗震防线的要求,钢框架部分应按其刚度承担一定比例的楼层地震力。
    按美国IBC 2006规定,凡在设计时考虑提供所需要的抵抗地震力的结构部件所组成的体系均为抗震结构体系。其中,由剪力墙和框架组成的结构有以下三类:①双重体系是“抗弯框架(moment frame)具有至少提供抵抗25%设计力(design forces)的能力,而总地震抗力由抗弯框架和剪力墙按其相对刚度的比例共同提供”;由中等抗弯框架和普通剪力墙组成的双重体系,其折减系数R=5.5,不许用于加速度大于0.20g的地区。②在剪力墙-框架协同体系中,“每个楼层的地震力均由墙体和框架按其相对刚度的比例并考虑协同工作共同承担”;其折减系数也是R=5.5,但不许用于加速度大于0.13g的地区。③当设计中不考虑框架部分承受地震力时,称为房屋框架(building frame)体系;对于普通剪力墙和建筑框架的体系,其折减系数R=5,不许用于加速度大于0.20g的地区。
    关于双重体系中钢框架部分的剪力分担率要求,美国UBC85已经明确为“不少于所需侧向力的25%”,在UBC97是“应能独立承受至少25%的设计基底剪力”。我国在2001抗震规范修订时,第8章多高层钢结构房屋的设计规定是“不小于钢框架部分最大楼层地震剪力的1.8倍和25%结构总地震剪力二者的较小值”。考虑到混凝土核心筒的刚度远大于支撑钢框架或钢筒体,参考混凝土核心筒结构的相关要求,本条规定调整后钢框架承担的剪力至少达到底部总剪力的15%。