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1、西北某商务中心高层钢结构设计与分析.txt其实全世界最幸福的童话，不过是一起度过柴米 油盐的岁月。一个人愿意等待，另一个人才愿意出现。感情有时候只是一个人的事，和任何 人无关。爱，或者不爱，只能自行了断。 本文由201086q贡献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2 0 0 4 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S广卅謇柏生建筑工程设计事务所广娴510170）【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 RBS事务所的设计思路和解决方案，并着
2、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Abrstraet:The paperintroducesthesteel-structuredesign ofviewofthepoorseismic designsituationofthisahigh-rise building in China west. In intro duces theirbuilding，RBS associatesconsideration and resolving idea.Especia lly，analyse the in
3、fluence to seismic resist ance caused bycentrebrac 燃and the discontinuation ofthese bra ces.Keywords卡concrete-filled rectangular st eel tube column， centre brace， steel-concret e combination structure，the discontinuatio n ofhorizontal force-enduremembers1 .前言本文所介绍的工程由于场地形状的原因，建筑平面呈不规则的“L”型，同时建筑使用 功能
4、为上公寓下酒店，采用了两套完全独立的竖向交通系统（图1 .1）。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。RBS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，如高烈度区， III类场 地土，平面不规则
5、，竖向不规则，抗侧力构件不连续等。RBS事务所从研究此 类魏捷，男，1 9 6 3年出生.工学硕士，商级工程师 5 4 8?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年图1.1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。2. 工程概况本工程位于陕西省西安市，总建筑面积约3万m2,地上25层，地下两层，建筑总高度 约9 0 m。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
6、层5. 1 m，=屡4. 8 m，十二层3. 9 m，酒店3. 3 m，公寓3. 0 m。塔楼平面尺寸为50. 8mx29. 0 m，地面以上结构主体高度为8 5.2 0 0 m，高宽比H/B以裙房顶计为（0.45 + 8 5.200.9.9）/21 = 3.61V5，长宽比为A/B=50.8/29 = 1.7 5，平面突边16m37x0.3 = 11.1m，属平面不规则凹凸。场地地震基本烈 度为8度，设计基本地震加速度值为0. 2 0 9,设计地震分组为第一组。建筑场地类别属 III类，设计特征周期为0.4 3 0 s。3. 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
7、心支撑，楼面为现浇混凝士楼板 + H型钢粱的组合楼盖体系。主要框架柱截面为7 0 0 x 7 0 0；钢管壁厚为1 826m m；主要支撑截面为200x30 0和3 0 0 x 5 0 0，钢管壁厚分别为10和14mm。 本工程在体型上先天不足，又位于8度III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件来形成柔性抗 震体系，取弹性阶段的层间位移角限值为1 / 3 0 01，远大于钢筋混凝土剪力墙结构的 限值（ 1 1 1 0 0 0 ）。第十八届
8、全嗣高层建筑结构学术会议论文2004年玑混合结构阻尼比f = o.0 5 0.0 2 Vi百。按此计算，本结构阻尼比为0.0 3 5，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【2】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 【1】规定相符，而纯钢结构的阻尼比仅为0.02。本结构方钢管内混凝土重量约为 结构总重的5%，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Rq度。因此，5层以上的塔楼中Y向支撑
9、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3.1）。同时。由于使用功能的要求，X向支 撑主要布置于结构右侧，这就要求x向支撑与Y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3. 1d f）。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3. 1ac）：同时，十二层的层高比相邻层高6 0 0 n强，为避免该层成为薄弱层，在该层增设了一棉支撑，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
10、不同，后文将作详细分析。.HL iiir.LLa）l2层b）2 3Me）34层d）512层e）12”一一13层图3.1各层支撑分布情况f）14屋面层5 5 0 ?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年4. 整体计算结果a）第一周期 3.60 秒（1.00）b）第二周期3 4 1秒（0.94）c）第三周期3.23秒（O .09）图4.1结构空间整体振动图（括号内为平动系数）T降膏 T 疆孵 t? tl El一.跫 r I：l / 奄 r l 蛳。皇，一t：?二）卡1 巨1 =0“”7.： ?：,：/、：0. .一7、L、/i慧，。iH8卡/ , 一一 ？司tl一a)X向b）Y向a
11、）x向b）Y向图4.2结构层位移曲线图图4.3结构层间位移曲线a）结构第一扭转周期与第一平动周期之比为3.23/3.600.8 90.90； b）风荷载下最大层间位移角1 / 5 6 9 （ 1 6层）V 1 / 4 0 0，满足“高 钢规”第5.5. 1条；地震荷载作用下最大层间位移角1 / 3 5 4 （ 1 7层） 1/30 0,满足“抗规”第5.5. 1条；C）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1. 0 9和1. 2 4倍，满足“抗规” 第3.4.3- 1条对扭转不规则的限制：d）各层侧向刚度与相邻上一层侧向刚度的7 0%,或
12、其上相邻三层侧向刚度平均值的8 0%的比值中最小者为1 .14（12层），满 足“抗规”第3.4.2条侧向刚度规则性要求。e）结构顺风向和横风向顶点加速度最大 值为0.10 m/s2ZO.20m/s2，满足“离钢规”第5.5. 1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。5 5 1?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年5. 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
13、影响层高。但从宏观的角度来看，无法连续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：5.1支撑的隔棉和隔跨错动 一一 一一 一一一一一上层下层，_ lt_04i-Xl）1（、！、Xk）=二一-二二 ,一：.l2_tjr.l 卡b）隔跨错动一，一.；.tvl .一a）邻棉错动图5. 1支撑的隔棉和隔跨错动图5.1a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棉或隔跨的支撑，楼
14、板充当了转换构件的角色。如图5. 2 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。， y J 。一 y y y X，/， /丁 7 了万叉， Ia）楼板主应力迹线b）楼板剪应力云图图5.2邻棉支撑间的剪力传递5.2支撑 的邻跨错动5 5 2 ?第十八届全国高层建筑结构学术会议论文2 0 0 4 年图5.3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/?/P3.73上遣。文等篇g影：1 .靠
