超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)研究論文
摘要：框架核心筒結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的內(nèi)部空間靈活度、超高的整體穩(wěn)定性、出色的抗震和力學(xué)性能成為高層建筑最優(yōu)先選擇的結(jié)構(gòu)形式。文章結(jié)合具體工程實(shí)例對(duì)超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)過(guò)程，計(jì)算控制參數(shù)等進(jìn)行說(shuō)明。為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考，為類(lèi)似結(jié)構(gòu)提供借鑒。
關(guān)鍵詞：多遇地震的彈性動(dòng)力時(shí)程分析；中震不屈服驗(yàn)算；中震彈性計(jì)算
1工程概況
地上結(jié)構(gòu)40層，房屋高度為144.8米；結(jié)構(gòu)型式為混凝土結(jié)構(gòu)框架—核心筒體結(jié)構(gòu)。外框架柱-2層～22層采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，梁采用鋼筋混凝土梁。樓層和屋面層采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓面�？拐鸬燃�(jí)：核心筒剪力墻一級(jí)，混凝土框架一級(jí)；中震時(shí)出現(xiàn)小偏心受拉的混凝土特一級(jí)構(gòu)造。外框架平面軸線(xiàn)尺寸為37.1m×34.6m，長(zhǎng)寬比值為1.07�；炷梁诵耐餐鈮χ行木�(xiàn)尺寸為14.275m×13.8m。房屋高度為144.8m，結(jié)構(gòu)高寬比值為4.2，核心筒高寬比值為10.5。一層層高為5.4m，二層層高為5.0m，公寓層層高均為3.25m，辦公層層高度為3.9m。
2計(jì)算及分析
該項(xiàng)目分別采用SATWE、ETABS程序進(jìn)行三圍空間整體的內(nèi)力位移計(jì)算，并采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所研發(fā)的SATWE程序的彈性時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，采用PUSHOVER程序的靜力彈塑性分析方法進(jìn)行罕遇地震下的結(jié)構(gòu)彈塑性計(jì)算。對(duì)樓面開(kāi)大洞的樓層采用彈性樓板計(jì)算。
2.1采用SATWE進(jìn)行小震與風(fēng)作用的彈性計(jì)算
計(jì)算結(jié)果如下：地震總質(zhì)量恒載的總質(zhì)量84181.297t；50%活載的總質(zhì)量5472.247t；地震總質(zhì)量89653.547t。有效質(zhì)量系數(shù)X方向98.45%；Y方向97.25%結(jié)構(gòu)周期第一平動(dòng)周期3.9743s，第一扭轉(zhuǎn)周期2.7928s，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期比0.703。風(fēng)荷載作用下最大層間位移：X方向風(fēng)1/1238，Y方向風(fēng)1/1214。最大層間位移與平均值之比：X向?yàn)?.17,Y向?yàn)?.58，滿(mǎn)足規(guī)范不應(yīng)大于1.6的要求。最小剪重比規(guī)范限值：X方向1.47%，Y方向1.59%。樓層側(cè)向剛度比（按層剪力與層間位移角之比計(jì)算）：本樓層與相鄰上樓層的比值不宜小于0.9，當(dāng)本樓層的層高大于相鄰上樓層層高的1.5倍（2層層高5m，3層層高3.25m，層高比值為1.54）時(shí)，該比值不宜小于1.1。在規(guī)定水平力作用下，底層框架部分承受地震傾覆力矩占結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的百分比為：X向27.54%，Y向24.25%。
2.2多遇地震的彈性動(dòng)力時(shí)程分析
該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)質(zhì)量及剛度均勻、對(duì)稱(chēng)，按單向地震作用進(jìn)行計(jì)算，并考慮偶然偏心的影響。多遇地震彈性時(shí)程分析采用一組人工波及兩組天然波，三組地震波的平均地震影響系數(shù)曲線(xiàn)和陣型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線(xiàn)，在統(tǒng)計(jì)意義上相符。按GB50011-2010第5.1.2條要求，取三組加速度的`時(shí)程曲線(xiàn)輸入時(shí)，計(jì)算結(jié)果取時(shí)程法的包絡(luò)值和振型分解反應(yīng)譜法的較大值�？紤]本工程到超限高層結(jié)構(gòu)的安全重要性，施工圖設(shè)計(jì)時(shí)按照小震彈性設(shè)計(jì)時(shí)取時(shí)程分析和反應(yīng)譜法結(jié)果的包絡(luò)值進(jìn)行設(shè)計(jì)[1]。
2.3中震彈性計(jì)算
為了保證底部加強(qiáng)部位的混凝土墻肢及混凝土框架柱在中震地震力作用下受剪為彈性，采用SATWE程序進(jìn)行中結(jié)構(gòu)震彈性驗(yàn)算，具體為：地震影響系數(shù)最大值αmax=0.23及場(chǎng)地特征周期取0.40s且不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎等內(nèi)力調(diào)整系數(shù)），構(gòu)件組合內(nèi)力計(jì)算中，不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)的組合；采用荷載作用的分項(xiàng)系數(shù)、材料的分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)；材料強(qiáng)度值取設(shè)計(jì)值[2]。
2.4中震不屈服驗(yàn)算
采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所研發(fā)的SATWE程序進(jìn)行中震不屈服驗(yàn)算。地震影響系數(shù)最大值αmax=0.23,場(chǎng)地特征周期取0.40s，不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，構(gòu)件的組合內(nèi)力計(jì)算時(shí)，不計(jì)入風(fēng)荷載作用效應(yīng)的組合。采用荷載作用分項(xiàng)系數(shù)均為1.0；抗震承載力調(diào)整系數(shù)γRE=1.0；材料強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值。剪力墻墻肢和框架柱的取中震不屈服、小震彈性及風(fēng)荷載作用分析的較大值進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.5彈塑性靜力分析
采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的，高層結(jié)構(gòu)彈塑性分析程序EPDA/PUSH進(jìn)行。PUSH程序是一個(gè)三維有限元空間彈塑性靜力分析程序，程序單元庫(kù)包括梁、柱元及剪力墻元兩種非線(xiàn)性單元形式[3]。EPDA/PUSH是完全基于空間模型而設(shè)計(jì)的，盡量做到計(jì)算模型能夠比較真實(shí)模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力狀態(tài)并最大限度的避免計(jì)算模型的計(jì)算誤差。彈塑性梁、柱單元，采用標(biāo)準(zhǔn)的有限元方法進(jìn)行構(gòu)造，單元切線(xiàn)剛度是直接基于混凝土材料微元及鋼筋材料微元的本構(gòu)關(guān)系，這種模型通常被稱(chēng)為纖維束模型。彈塑性墻元的面內(nèi)剛度的力學(xué)模型是采用平面應(yīng)力模，并且可以考慮開(kāi)洞，與梁、柱單元相同，它的單元切線(xiàn)剛度也是直接基于混凝土材料微元及鋼筋材料微元的本構(gòu)關(guān)系。墻元的面外剛度是用簡(jiǎn)化的彈塑性板元來(lái)進(jìn)行考慮的。
3結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)今社會(huì)，幾乎所有的超高層建筑都是由鋼筋混凝土框架核心筒以及鋼框架-混凝土核心筒結(jié)構(gòu)所支撐的。超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的重要性與日俱增。參考以上工程實(shí)例設(shè)計(jì)過(guò)程，即可完成超高層框架核心筒結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)：
[1]王來(lái)瑋.基于性能抗震設(shè)計(jì)的超高層框架—核心筒結(jié)構(gòu)的抗震性能分析[D].合肥工業(yè)大學(xué),2013.
[2]楊文光.超高層建筑結(jié)構(gòu)方案選型及抗震性能分析與優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)安大學(xué),2013.
[3]李慧.高層鋼筋混凝土框架—核心筒結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化研究[D].廣州大學(xué),2012.
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