1、文库下载 免费文档下载http:/ 39 卷第 4 期建 筑 结 构 2009 年 4 月某超高层建筑主楼结构选型与分析王 新, 温四清, 金 波, 刘文路(武汉市建筑设计院,武汉 430014)摘要 对一栋超高层建筑采用三种不同结构体系进行比较,最终确定采用钢框架 2 支撑结构体系,其中层 14 为型钢混凝土结构。采用 SATWE,ETABS 程序对结构进行多遇地震作用下的计算,各项计算指标均满足规范要求。并对整体结构进行了弹性动力时程分析补充计算和罕遇地震作用下静力弹塑性分析。计算结果表明,该结构体系是安全可行的。关键词 超高层建筑;结构方案;钢框架 2 支撑结构;非线性静力分析方法Ana
2、lysisandoptionofstructuralsystemofasuperhigh2risebuildingWangXin,WenSiqing,JinBo,LiuWenlu(WuhanArchitecturalDesignInstitute,Wuhan430014,China)Abstract:Threestructuralsystemsareanalyzedandcomparedforasuperhigh2building.syst文库下载 免费文档下载http:/ ,位于新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市高新技术开发区内http:/ 2 层,地上 36 层,地上总高度 14611m,高宽比
3、5145,地上建筑面积 70116m2。建筑立面如图 1 所示,标准层结构布置见图 2。工程抗震设防烈度为 8 度,设计基本地震加速度值为 0120g,设计抗震分组为第一组,抗震设防类别为丙类,类场地,场地特征周期为 0135s。基本风压按 100 年一遇采用,为0170kNm2,地面粗糙度类别为 C 类。2 结构选型方案 1:钢筋混凝土束筒结构。因为建筑物的长宽比约为 215,经计算发现,如采用单纯筒中筒结构,则剪力滞后现象严重,故考虑在轴和轴加两榀框架密柱,形成钢筋混凝土束筒结构。但目前这种结构形式在国内尚未见1,国外有部分工程实例,且大都是钢结构的束筒结构2,3。另外,建筑专业并不认可,
4、认为过密的柱网布置破坏了建筑的外立面。因此没有采用。方案 2:矩形钢管混凝土框架 2 钢支撑结构。框架柱为矩形钢管混凝土,电梯间部分采用框架柱 2 支撑体系,楼面梁采用钢梁。该方案有如下问题:1)柱中混凝土硬化后,钢管与混凝土存在脱开滑移的可能。为确保钢管与混凝土共同作用,宜在柱内壁设置栓钉。但是目前大尺寸矩形钢管混凝土中设置 36栓钉的研究在国内还不成熟4,5。2)1995 年日本阪神地震中,一些方钢管混凝土框架柱的梁柱节点采用内隔板,而内隔板和梁翼缘在同一标高与柱腹板内外分别进行焊接,由于钢管腹板较薄,形成焊缝重叠,在地震中破文库下载 免费文档下载http:/ 8 度及以上地区不适合采用内
5、隔板,而应采用外隔板,然而此结构矩形钢管混凝土柱的截面较大,外隔板不容易设置,对建筑造型也不利。3)若将支撑做成钢结构,刚接支撑产生的次弯矩会对钢管混凝土柱产生不利影响,可能导致混凝土与钢管脱开4。4)建筑要求核心筒内框架柱控制在 500500 以内,但小截面钢柱内灌混凝土对柱承载力提高作用并不明显,而且小截面钢柱浇灌混凝土的施工难度较大。综合以上考虑,该方案也未被采用。方案 3:钢框架 2 钢支撑结构。框架柱为钢柱,电梯间部分采用钢框架柱 2 支撑体系,楼面梁采用钢梁,现浇混凝土 http:/ 1。此外,在确定结构方案阶段也考虑过钢筋混凝土框架 2核心筒并作者简介:王新,教授级高级工程师,一
6、级注册结构工程师。Email:。图 1 建筑效果图图 2 三种方案标准层结构布置文库下载 免费文档下载http:/ 8 度区框架 2 核心筒 B 级高度限值为 140m,此建筑物高度为 150m,已超规范限值。若考虑型钢混凝土框架 2 钢筋混凝土筒体,框架梁纵筋穿型钢翼缘和腹板,开洞削弱大,而且施工难度很大,而建设方要求施工周期短。故对于这两种方案未作计算和比较。3 主要的技术问题以及解决措施311 底部几层大空间以及楼板开大洞的处理结构首层高 6m,层 2 和 3 高 511m,层 4 及以上层三种结构方案的经济性初步比较项目混凝土用量 m 型钢用量 t2)使用面积 m2 使用效果施工工期
7、3)d 施工要求3方案 3121711369142800方案 1389072161418914文库下载 免费文档下载http:/ 4m。入口门厅处,层 24 均无楼板,跃层柱高 2012m,中间没有侧向约束。由于建筑门洞的影响,一些竖向支撑无法设置,结构的侧向刚度偏弱。为保证竖向抗侧力构件连续,在010020120m 高度范围内,核心筒与周边的钢框架柱设计为型钢混凝土构件,核,形成型钢混凝土框架 22024120m 范围为 2 钢8。标高 20120m 楼层的厚,并且将钢筋双面双向拉通。对 4 层的型钢混凝土框架柱,进行了中震弹性验算。底部http:/ 层楼板采用弹性楼板进行分析,楼板开洞周边
8、梁采用箱形截面增强结构刚度。结构层 2 平面见图 3,剖面见图 4。不高高高结构施工难易程度后期维护费用结构造价 1) 万元4)面积效益 万元 5)基础效益 万元综合造价 万元与方案 1 的比较mm 顶点最大位移 文库下载 免费文档下载http:/ 4 层和现场工作复杂,钢管混凝楼板外,都是量大钢结构施工较低17333较高18156168032616150934较高1882716803401680797%01733353舒适一般一般文库下载 免费文档下载http:/ 1650 元 t 估算;型钢综合单价(包括材料造价、施工总费用、1000 元防火材料的材料费及施工费)按 12000 元 t 估
9、算。考虑方案 2,3 的钢筋混凝土的钢筋含量低于方案 1,故方案 2,3 钢筋混凝土的图 3 结构层 2 平面图图 4 结构剖面图312 扭转控制综合单价按 1500 元 t 估算。2)一般钢柱、混凝土柱的结构面积分别约占建筑面积的 3%,7%。故方案 2,3 较方案 1 增加的使用面积约为 7 万 m2(7%-3%)=2800m2。3)一般混凝土结构、钢结构、混合结构分别按 6,4,5d 层施工。4)超高层的面积效益按 6000 元 m2 考虑。5)基础效益按柱、墙轴力每减少 1t 基础省 40 元估算。方案1,2,3 的 Nmax 分别为 216337,134871,131186t。故方案
10、 2,3 可分别省基础费用约 326 万元,340 万元。http:/ 1,2 为确定结构文库下载 免费文档下载http:/ 3 为初步设计出图的结果。7)以上部分数据摘自文3。因为结构长宽比过大,两个主轴方向抗侧刚度相差悬殊。在布置竖向支撑时,通过调节 X 与 Y 向支撑数量,以使结构在两个主轴方向上具有相近的抗震性能。如果仅将支撑布置在核心筒内,因为结构的长度较大,在考虑5%偶然偏心的地震作用下,结构第二周期即出现扭转。而在轴和轴中间一跨(建筑平面上为卫生间)布置支撑,可以明显减少结构的扭转效应。313 避难层是否设加强层结构方案设计时曾考虑利用避难层作为加强层,37即设置伸臂桁架连接核心
11、筒与外框柱,用以减小结构侧移。在风荷载作用下,设置加强层是减小结构水平位移的有效方法;但在地震作用下,尤其是高烈度地区,结构加强层的设置将会带来结构刚度、内力突变,易形成薄弱层的问题。经过计算,在满足层间位移角限值的前提下,未采用加强层的结构措施。4 计算结果分析结构底部 4 层为型钢混凝土和钢筋混凝土,上部为钢结构,几种材料的阻尼比不同。在结构弹性分析阶段,偏于安全地将材料的阻尼比统一取为 0102;弹塑性分析阶段材料的阻尼比取为0105。411 振型分解反应谱法的弹性分析结果分别采用两种不同力学模型的三维空间分析软件 SATWE2005 版和 ETABS91114 版计算,计算结果见表 2
12、。由表中数据可以看出,SATWE 和 ETABS 程序计算结果比较接近,结构在各项指标上均符合规范要求。振型分解反应谱法的弹性分析结果计算内容底部文库下载 免费文档下载http:/ 4 层(楼层)其余楼层SATWEX 向Y 向X 向大层间位移角均小于或稍大于 CQC 法的,基底弯矩均小于 CQC 法的,故该工程采用结构地震作用效应较大的反应谱法作为设计依据是合理的。SATWE 弹性动力时程分析结果地震波或 CQC 法Rhttp:/ 3CQC文库下载 免费文档下载http:/ kN2451624877220672461420621175272151123464 与 CQC 法比值11061031
13、059675 6基底弯矩 1023323332445 最大层间底部 4 层 1位移角 17071751160315641736168715361560 最大 平均位移11031104111211061112110411161130 最大 平均层间位移11051105111211061113110411161130413 静力弹塑性分析结果表 2文库下载 免费文档下载http:/ 向13289(4)风 17083(4)1536(21)风 1115 顶层间位移角 1316 最大 层间位移风 031116 最大 平均层间位移风 1105 有效质量系数 ?152 楼层剪重比 !96 抗倾覆验算 111
14、35)MrMov4 风 25133 下、上楼层抗剪承载力之比前 3 阶周期 s 扭平周期比019712445(4)12014(1)11571(1)12184(4)16(4)748(4)15601499(22)2)(1229(1(21)14003)11130110311301103971473124514251410198文库下载 免费文档下载http:/ 不宜出现零应力区宜019,应01650185采用 ETABS 程序进行静力弹塑性分析,模型中采用程序中默认的铰属性,钢结构的本构关系基于 FEMA22739的规定、ATC24010的规定。)在框架柱的两端布(P2),(P),工程使11。式,总
15、共定义五个静力非线性分析工况:重力工况、X,Y 向均匀加速度荷载、X,Y 向振型荷载。经比较,采用振型荷载分布时出现塑性铰较早,以下就该加载模式下的推覆结果进行分析。文库下载 免费文档下载http:/ 4。在对应罕遇地震作用下的目标位移时,大部分构件都在弹性阶段,部分出现塑性铰。框架梁的塑性铰主要集中在结构的中下部(层 425),塑性铰都处于 B(弹性)2IO(立即居住)、IO2LS(生命安全)状态;框架柱的塑性铰主要集中在结构底31704(X),31563(Y),31838(X),31681(Y),31083(扭)31262(扭)0183201850注:1)根据高规7按型钢混凝土框架 2 混
16、凝土核心筒体系给出;2)根据建筑抗震设计规范按高层钢结构体系给出;3)根据高钢规8第 51511 条规定;4)根据高规7,高宽比大于 4 的高层建筑,基础底面不宜出现零应力区。部 4 层,塑性铰都处于 B2IO 状态;剪力墙过渡为支撑楼层(层 5)处的极少数支撑塑性变形较大,处于 LS2CP(防止倒塌)状态。总体而言,大量塑性铰出现在梁端,同时底部柱出现了部分塑性铰。塑性发展程度不大,大部分进入塑性状态的构件都未发生较大的塑性变形。414 风荷载作用下舒适度验算http:/ 风荷载按 10 年一遇取值 w0=014kNm2。顺、横风向顶点最大加速度分别为 0112,01126ms2,均小于文库
17、下载 免费文档下载http:/ 向 Y 向412 弹性动力时程分析结果采用 SATWE 程序进行弹性动力时程分析,选择了两条人工波(RH2TG035,RH4TG035)和一条天然波(TH2TG035)。主、次、竖直分量峰值加速度分别为 70,60,45cms2,计算结果见表 3。从表中可以看出,每条时程曲线计算的结构底部剪力不小于振型分解反应谱计算结果的 65%,平均值与 CQC 法的比值 X,Y 向分别为 104%,95%,均大于 80%。时程分析的 X,Y 向最 38表 4最大层间位移角(楼层)底部 4 层其余楼层196(15)1139(21)基底剪力kN文库下载 免费文档下载http:/
18、 m01647014471218(4)1303(4)(下转第 64 页)结接缝很明显,宽度很大。丁苯对普通砂浆改性是可以改善粘结性能的(图 14)。新老砂浆粘结界面不明显,胶团在界面及修补砂浆中分散均匀,且无大孔隙,可知,丁苯修补砂浆中的孔隙细化了,减少了界面区大孔隙,改善了粘结效果。4 结论1)新老砂浆的界面粘结强度受修补材料种类和配比、粘结方法、养护制度和龄期等多种因素影响,在试验及工程应用中应予以综合考虑。2)养护制度对不同材料的粘结效果存在不同影响,一般情况下,A 养护制度较适合于无机水泥基材料,B 养护制度较适合于聚合物改性水泥基材料。3)普通修补砂浆的粘结强度较低;后期聚合物砂浆粘
19、结强度增长都较为明显,适用于界面粘结。4)丁苯改性可提高本体抗折强度,对本体抗压强度提高不明显,但可显著提高界面粘结强度,其后期粘 http:/ 结强度及本体强度增长更为显著。材料配比及粘结方法对丁苯改性效果存在影响,在掺用 FDN 的情况下,丁苯修补砂浆可获得最高粘结强度,其粘结破坏多发生在老砂浆本体;丁苯改性材料适应性强,境,5)聚灰比、响,在丁苯改性砂浆中,215,聚灰比为 0120。,没能对新老砂浆的长期粘结性能、聚合物水泥水化机理、粘结机理、粘结界面微观力学、文库下载 免费文档下载http:/ 38 页)5 结语1)对于超高层建筑,在建筑方案设计阶段确定合有待进一步试验。研究中发现,
20、即使对于同种材料,高本体强度并非意味着粘结强度高,新老材料的强度存在一个最佳匹配,在后续研究工作中可进行重点研究。参考文献1买淑芳.混凝土聚合物材料及其应用M.北京:科学技术文献出版社,1996.2LUCAZAMPORI,ISABELLANATALISORA,RENATOPELOSATO.Chemistryofcementhydrationinpolymer2modifiedpastescontainingleadcompoundsJ.JournaloftheEuropeanCeramicSociety,2006,26(425):80928163ALESSANDRAEFDESALMEIDA,E
21、DUVALDOPSICHIERI.文库下载 免费文档下载http:/ Stark1 性能J1 建筑材料学报,2001,4(1)7RUWANG,PEIMINGW1Physicalandmechanicalof2modifiedcementmortarsJ.C,35(5):9002906.8FOEstateoftheartreportontheofpolymermodifiedmortarsandSymposiumintheSixthPolymerConcreteInternational,Shanghai:PublishingCompanyofTongjiUniversity,1991.9KUHLMAMNLA.Styrene2butadiencelatexmodifiedconcrete:theidealconcreterepairmaterialJ.ConcreteInternational:Design在超限高层建筑抗震设防审 64文库下载网是专业的免费文档搜索与下载网站，提供行业资料，考试资料，教学课件，学术论文，技术资料，研究报告，工作范文，资格考试，word 文档，专业文献，应用文书，行业论文等文档搜索与文档下载，是您文档写作和查找参考资料的必备网站。文库下载 http:/
