超高層建筑結(jié)構(gòu)丨內(nèi)置鋼板組合剪力墻體系
1. 當(dāng)前超高層建筑的結(jié)構(gòu)體系
當(dāng)前超高層建筑中大多采用混合結(jié)構(gòu)體系，即由外圍鋼框架或型鋼混凝土、鋼管混凝土框架與核心筒組成，而核心筒大多結(jié)合鋼與混凝土兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，以提高筒體結(jié)構(gòu)抗震性能。組合剪力墻與普通混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)相比，可以減小構(gòu)件的截面尺寸與結(jié)構(gòu)的自重，減小地震作用，增加有效使用空間；與鋼結(jié)構(gòu)相比，具有用鋼量少、結(jié)構(gòu)剛度大、抗火性能和耐久性好等優(yōu)勢。
從改善剪力墻的軸壓承載力和構(gòu)件抗剪承載力的角度出發(fā)，在型鋼組合剪力墻等構(gòu)造形式上提出了鋼板混凝土組合剪力墻，主要分為內(nèi)置鋼板組合剪力墻和外包雙鋼板剪力墻兩種形式。由于外包雙鋼板剪力墻在實(shí)際超高層工程中應(yīng)用存在一定的困難，所以在當(dāng)前的實(shí)際超高層結(jié)構(gòu)中大多采用的是內(nèi)置鋼板組合剪力墻，而外包雙鋼板剪力墻則大多應(yīng)用在核電站等項(xiàng)目之中。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，巨型框架-組合剪力墻核心筒-環(huán)帶桁架+伸臂桁架是當(dāng)前超高層結(jié)構(gòu)最常見的抗側(cè)力體系。
2. 內(nèi)置鋼板組合剪力墻的組成
鋼板混凝土組合剪力墻（steel plate-reinforced concrete composite shear walls，sprcw）是在鋼筋混凝土剪力墻截面內(nèi)配置鋼板，通常與周邊型鋼、混凝土形成整體構(gòu)件共同工作。在早期的研究中，鋼板組合剪力墻主要是以鋼框架和鋼板墻為基礎(chǔ)，混凝土材料為輔助的構(gòu)件形式，主要應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)中，而外包混凝土的作用則是為鋼板提供側(cè)向約束，防止鋼板屈曲，鋼板與混凝土之間通過栓釘連接。美國aisc341-10規(guī)范介紹了兩類組合剪力墻的構(gòu)造形式，其中前者便屬于上述以鋼板墻為主、混凝土墻片為輔的形式；后者屬于則屬于今天討論的形式。
國內(nèi)采用鋼板剪力墻的建筑并不多，所以這種以“鋼框架+鋼板墻”為基礎(chǔ)，加上混凝土部分作為屈曲約束和防火保護(hù)的組合剪力墻在國內(nèi)研究的并不廣泛。國內(nèi)所研究的鋼板組合剪力墻，是以傳統(tǒng)的鋼筋混凝土剪力墻為基礎(chǔ)，“內(nèi)嵌鋼板或者外包鋼板+鋼暗柱+鋼暗梁”形成組合剪力墻，因此混凝土部分直接參與抗震，發(fā)揮的作用更大。這主要是因?yàn)閲鴥?nèi)的混凝土核心筒是最為成熟的高層及超高層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系，而這種鋼板組合剪力墻又可以有效地改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。