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1、西北某商务中心高层钢结构设计与分析西北某商务中心高层钢结构设计与分析pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第十八届全国离层建筑结构学术会议论文年西北某商务中心高层钢结构设计与分析魏捷张文华廖耘（髓广卅謇柏生建筑工程设计事务所广娴）【提要】本文介绍了西北某高层商务中心的钢结构设计。针对该结构的诸多不利抗震条件，详细介绍了 事务所的设计思路和解决方案，并着重分析了采用中心支撑和中心支撑不连续对该结构抗震性能的 影响 关键词】方钢管混凝土柱，中心支撑，钢一砼组合结构，抗侧力构件不连续： ， ， 燃 ， ， ， 前言本文所介绍的工程由于场地形状的原
2、因，建筑平面呈不规则的“”型，同时建筑使 用功能为上公寓下酒店，采用了两套完全独立的竖向交通系统（图） 。原结构设计方 案为钢筋混凝土剪力墙结构，若围绕竖向交通设置核心筒，则结构严重偏心，难以抑制扭 转：若不设核心筒，则很难满足侧移要求，且会出现抗侧力构件的高位转换，鼯种方案均 须对建筑平面作较大调整，经济指标与受力性能也都不理想。事务所接手该工程的结 构设计后，从体系抗震行为着眼，将结构形式改为方钢管混凝土柱中心支撑结构，借助 钢结构开问较大，抗侧力构件布置灵活的特点，实现了建筑功能与结构体系的有机结合， 并取得了良好的经济效益。 本工程的设计中综合了当前高层结构抗震设计中的多个难点，如高烈
3、度区，类场 地土，平面不规则，竖向不规则，抗侧力构件不连续等。事务所从研究此类魏捷，男，年出生工学硕士，商级工程师?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文年图建筑典型平面（阴影部分为竖向交通区） 结构的受力特点，评估抗震性能的角度出发，对该工程作了较为详尽的分析计算和归纳总 结工作，并将阶段性成果汇集于本文，敬请各位同仁批评指正。工程概况本工程位于陕西省西安市，总建筑面积约万，地上层，地下两层，建筑总高 度约。一三层为商场，餐厅等开放式空阆：四层至十一层为酒店：十二层为设备转 换层兼办公层；十三层至二十四层为上下复式公寓。各层层高：首层、三层 ，屡 ，十二层，酒店，公寓。 塔楼平面尺寸为，地面以
4、上结构主体高度为，高宽比以裙 房顶计为（），长宽比为，平面突边 ，属平面不规则凹凸。 场地地震基本烈度为度，设计基本地震加速度值为，设计地震分组为第一 组。建筑场地类别属类，设计特征周期为。结构体系与设计思路本结构抗侧力体系为方钢管混凝土柱方钢管混凝土中心支撑，楼面为现浇混凝士楼 板型钢粱的组合楼盖体系。主要框架柱截面为；钢管壁厚为 ；主要 支撑截面为和，钢管壁厚分别为和。 本工程在体型上先天不足，又位于度类场地土上，对地震力的反应远大于风荷 载。若将结构设计得过刚，则难于布置与控制扭转，且地震反应也更大，从抗震概念设计 和经济性的角度来看都不合适。因此，我们选择了抗震延性和变形能力更强的钢构
5、件来形 成柔性抗震体系，取弹性阶段的层间位移角限值为，远大于钢筋混凝土剪力墙结 构的限值（） 。第十八届全嗣高层建筑结构学术会议论文年玑混合结构阻尼比百。按此计算，本结构阻尼比为，与文献时，在钢管内充填混凝土也利于管壁局部稳定，可增大板件宽厚比，提高钢材利用率。根据文献【】中的公式，钢一砼混合结构的阻尼比取决于混凝土对侧向刚度的贡献率【】规定相符，而纯钢结构的阻尼比仅为。本结构方钢管内混凝重量约为结构总重 的，经对比，其对结构地震反应的不利影响远小于阻尼比提高所带来的有利影响。同就纯框架体系而言，该结构右侧抗侧移能力大于左侧，而由予外立面的要求，无法在 周边设置支撑来提高结构抗扭度。因此，层以
6、上的塔楼中向支撑较多的布鬣于结构 左侧，以平衡抗侧力体系，减少结构偏心（图） 。同时。由于使用功能的要求，向 支撑主要布置于结构右侧，这就要求向支撑与向支撑尽量分离，以避免横纵支撑相 连形成偏心筒而导致结构扭转（圈一） 。对于剪力墙结构，这种布置方式会造成大 量单片墙肢，对抗震不利，钢结构则无此问题。 由于使用功能的交化，使得部分抗侧力构件无法延续至裙房，丽平移到结构外围（图）：同时，十二层的层高比相邻层高强，为避免该层成为薄弱层，在该层增设了一榀支撑，并加大了支撑截面尺寸。上述原因使得结构局部抗侧力构件不连续，但中 心支撑的不连续相比剪力墙的不连续，受力特点有所不同，后文将作详细分析。 卜
7、厂 ）层）层）层）层）层 图各层支撑分布情况）屋面层?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文年整体计算结果）第一周期秒（）第二周期秒（）第三周期秒（）图结构空间整体振动图（括号内为平动系数），降膏疆孵? 跫 ：奄 蛳。皇， 一 ：？二）巨“”：?：，：、： 一 、慧， 。 ，一一？司一）向）向）向）向图结构层位移曲线图图结构层间位移曲线）结构第一扭转周期与第一平动周期之比为； ）风荷载下最大层间位移角（层），满足“高钢规”第条；地震荷 载作用下最大层间位移角（层），满足“抗规”第条； ）地震作用下，楼层竖向构件最大弹性水平位移和层间位移分别为楼层两端弹性水平 位移和层间平均位移的和倍，满足“抗规
8、”第条对扭转不规则的限 制： ）各层侧向刚度与相邻上一层侧向刚度的，或其上相邻三层侧向刚度平均值的 的比值中最小者为（层） ，满足“抗规”第条侧向刚度规则性要求。 ）结构顺风向和横风向顶点加速度最大值为 ，满足“离钢规” 第条舒适度规定。 口计算结果表明，结构周期及位移符合规范要求，剪重比适中，构件截面取值合 理，结构体系选择恰当。?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文年抗侧力构件不连续分类分析当中心支撑在竖向不能连续时，其轴力将直接传递给框架柱和框架梁，从构件层面 来看，并不需要剪力壤结构中的转换支承构件。这使得中心支撑的布置较之剪力墙更为灵 活，且不会影响层高。但从宏观的角度来看，无法连续
9、的中心支撑必定会按照“刚度最 大，路径最短”原则，将其所承受的水平力通过某种方式传递给其他抗侧力构件。因此从 楼层剪力传递的角度来看，依然存在转换构件，只是这种构件无需承担支撑的重力荷载。 通过分析归纳发现，中心支撑不连续大致可分为以下两类情况： 支撑的隔榀和隔跨错动 一 一一 一一 一一 一一 一 一上层 下层，）（、！”一、）二一一二一，一：卜卡）隔跨错动一，； 一）邻榀错动图支撑的隔榀和隔跨错动 图是本工程支撑不连续的主要形式，由于上层支撑不能直接的把轴力传递给邻榀或 隔跨的支撑，楼板充当了转换构件的角色。如图所示，楼板的主应力迹线由不连续的 支撑端点急剧向相邻支撑端点集中，此时楼板的受
10、力形式接近于剪力墙。由于只是局部支 撑构件不连续，加之楼板面积远较剪力墙大，对剪力的扩散能力很强，通过璧化分析发 现，楼板剪力远小于其允许承载力。因此，只要采取相应的构造措施消除应力集中，适当 增强楼板刚度和配筋，这种类型的支撑不连续并不会给结构抗侧性能造成大的影响。一一，一 一， ， 。一 ， ， ，丁 了 万 叉，）楼板主应力迹线）楼板剪应力云图 图邻榀支撑间的剪力传递 支撑的邻跨错动?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文年图是可能出现的另一种支撑不连续形式，由予某一层使用功能的改变，导致该层支撑 移动到相邻跨，下一层又恢复到原来位置。从抗侧刚度来看，楼层的抗侧刚度并未削弱，支撑 的轴力传
11、递也比较直接。但移动到邻跨的支撑轴力却远大于原位置支撑，原因在于该支撑将支 撑跨的柱轴力“拖曳”到了相邻柱上，此时支撑的受力形式更接近于伸臂桁架，起到了协调竖 向变形的作用，而其抗震承载力储备则大幅降低。此类支撑不连续形式对结构抗震性能有较大 影响，在本工程设计中已尽量避免。对确需移动到邻跨的支撑，则采取将其下各层支撑都移动 到邻跨的方法，以平均分配柱间轴力差。彳？上遣。文等篇影：靠了 孽 ！越，、 。， ，彩；兰蔓氢塞卜遄图支撑的邻跨错动与受力图结构耗能机制与抗震延性根据“抗规”规定，度抗震设防区的高层钢结构宜采用偏心支撑，但国外的最 新震害表明，偏心支撑在遭破坏后，由于耗能粱段变形严重，其
12、修复工作不仅难度大，且 耗费昂贵【。同时，相同截面条件下，偏心支撑体系的抗侧刚度仅为中心支撑的到 ，支撑斜杆不发生屈服，不能充分利用构件截面，其经济性也较差。因此，本工程中 经反复试算比较，仍决定采用中心支撑体系，并从提高支撑构件的反复拉压性能入手，保 证结构抗震延性。方钢管混凝士支撑的循环受力性能本结构所采用的方钢管支撑，最大计算长度约为，截面尺寸为，不 计管内混凝土贡献，按经典屈曲分析求得其欧拉临界力为，而其截面屈服轴力为 ，远小于临界屈曲力。因而，本工程支撑均可视为短粗支撑，不易发生整体屈曲 失稳。而在方钢管内充填混凝土，则可有效防止管壁在较大轴力下发生局部屈曲起皱。因 而，由方钢管混凝土构成的实心截面支撑，其抵抗反复荷载的能力要明显优于型钢或 其他类型的薄壁杆件支撑。同时中心支撑凭借轴向变形耗能，其耗能效率高于依靠弯曲 变形耗能的偏心支撑，文献【】中对本结构所作的罕遇地震下弹塑性时程分析表明，在中 心支撑多数屈服的情况下，仅有个别框架
