《超高层框筒－伸臂结构受力和变形性能探讨》.pdf

超高层框筒一伸臂结构受力和变形性能探讨 张伟 曾德光 刘俊1梁兴文2 (1香港华艺设计顾问 (深圳)有限公司2西安建筑科技大学土木工程学院) 【摘要l基于对某超高层框筒一伸臂结构的可行性研究，分析五种结构方案，揭示了设置环向桁架和伸臂 对结构体系受力和变形性能的影响。计算表明：在低烈度地区的超高层建筑，一般风荷载是控制性工况， 整体稳定性可能会成为结构体系成立与否的决定性因素。若伸臂和环向桁架同时设置，可形成筒体、伸 臂和框架柱共 同工作，减小了核心筒承担的倾覆力矩 ，伸臂成为整个结构的第二道抗侧力体系，各类构 件受力性能更趋于经济合理。同时，伸臂的设置会引起邻近楼层墙柱 内力突变，故应对该区域结构构件 提出更加严格的抗震措施，保证其不成为薄弱部位。对比分析认为：此类结构体系应多方案论证其可行 性和经济性，伸臂和环向桁架设置的位置、数量和截面尺寸确定应综合考虑各项因素。 【关键词】框筒一伸臂结构 环向桁架 最大层间位移角 刚重比 O引言 限度、结构在罕遇地震作用下呈现延性屈服机制 近年来国内建设规模不断扩大，结构主体总 为 目的的设计理念是当前主流设计方法。由于设 高度超过 《高层建筑混凝土结构设计规程》 置伸臂带来的问题是多方面的，最优化的设计方 (， 3--2002)[1](以下简称 《高规》)中规定的 、 案是使伸臂使用效率最大化，而将其带来的负面 B级高度钢筋混凝土高层结构最大适用高度的建 影响降低到最低限度。以往研究大多侧重于理论 筑 日益增多。其中，框架一核心筒结构是常用结 分析，尚缺乏对此类型实际工程的对比分析，如 构体系之一，塔楼平面布置形式以三角形、矩形 何将上述概念设计的成果转化到具体工程中可以 和多边形为主，其中矩形平面应用最为广泛。然 量化的阶段，是 目前值得进一步研究和探讨的问 而，随之带来的问题是传统的框架一核心筒结构 题。本文基于在低烈度地区(抗震设防烈度6度)的 随着结构高度的增加，常规的方法很难将结构侧 超高层工程实例，通过不同方案的对比分析，研 向刚度显著提高，适用性较差。经济有效的改进 究环向桁架和伸臂的设置对于结构体系受力和变 措施是在主体结构适当高度设置伸臂(即加强层1， 形性能的影响及变化规律，探讨使用于现阶段此 结构体系则转化为所谓的框筒一伸臂结构。设置 类型结构体系设计方法和优化措施。 伸臂的主要 目的是增大外框架柱轴力，从而增大 1工程概况 外框架柱的抗倾覆力矩，使得结构侧向刚度增加， 某工程为平面呈矩形的单塔超高层建筑，结 侧向位移减小[2】。 构体系为框筒结构。塔楼地下3层，地上69层，地 文献 3【】通过对水平荷载呈倒三角形分布的带 面以上主体总高度304．2m，超B级高度。抗震设 伸臂结构模型建立计算方程，认为影响框筒一伸 防烈度6度，II类场地，基本风压取0．7kN／m2。 臂结构侧向刚度的主要因素是核心筒与外围柱线 塔楼平面尺寸43．2m×43．2rn(不包括悬挑部分)， 刚度比和核心筒与伸臂线刚度比。换言之，核心 核心筒底层平面尺寸为22．8m×22．8m(图1)，塔 筒、框架柱和伸臂三者的刚度比值处于某一合理 楼高宽L~HIB=7．0，总高与简体平面尺寸之 比 范围，则增设伸臂对提高侧向刚度最为有效。已 H／b=13．3，中部核心筒为电梯、楼梯等竖向交通 有研究表明[3]．有“限刚度”加强层与 “刚性”加强层 空间以及一些设备用房，核心筒周边为大开间办 两种设计方法，前者在抗震性能和经济性上具有