超高层框筒一伸臂结构受力和变形性能探讨

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1、第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2008年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(香港华艺设计顾问(深圳)有限公司深圳518031)梁兴文(西安建筑科技大学西安7l0055)提要：基于对某超高层框筒一伸臂结构的可行性研究，计算分析五种结构方案，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。计算结果表明：在低烈度地区的超高层建筑，一般风荷载是控制性工况，且在常规指标满足要求的前提下，结构的整体稳定性将成为结构体系成立与否的决定性因素，故适当加大结构整体侧向刚度仍然很有必要。设置环向桁架是解决避难层层高

2、变化引起上、下楼层刚度比突变的有效措施，但仅设置环向桁架对于优化结构受力性能的作用有限，不宜单独采用。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，伸臂以下楼层框架柱轴力成倍增大，使结构侧向刚度提高，成为整个结构的第二道抗侧力体系。同时，减小了核心筒承担的倾覆力矩，结构各类构件受力性能更趋于经济合理。另一方面，伸臂的设置会引起所在及邻近楼层墙柱内力突变，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。本文对比分析认为：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位置、数量和截面尺寸的

3、确定应综合考虑各项因素，最终做到安全、经济合理。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引言近年来国内建设规模不断扩大，结构主体总高度超过《高层混凝土结构设计规程》(JGJ3．2002)¨1(以下简称《高规》)中规定的A、B级高度钢筋混凝土结构最大适用高度的建筑日益增多。框架一核心筒结构是常用结构体系之一，塔楼平面布置形式以三角形、矩形和多边形为主，其中矩形平面应用最为广泛。然而，随之带来的问题是传统的框架一核心筒结构随着结构高度的增加，常规的方法很难将结构侧向刚度显著提高，适用性较差。经济有效的改进措施是在主体结

4、构适当高度设置伸臂(即加强层)，结构体系则转化为所谓的框筒一伸臂结构。设置伸臂的主要目的是增大外框架柱轴力，从而增大外框架柱的抗倾覆力矩，使得结构侧向刚度增加，侧向位移减小12J。文献【3】通过对水平荷载呈倒三角形分布的带伸臂结构模型建立计算方程，认为影响框筒一伸臂结构侧向刚度的主要因素是核心筒与外围柱线刚度比和核心筒与伸臂线刚度比。换言之，核心筒、框架柱和伸臂三者的刚度比值处于某一合理范围，则增设伸臂对提高侧向刚度最为有效。已有研究表明【3】：“有限刚度”加强层与“刚性”加强层两种设计方法，前者在抗震性能和经济性上具有明显的

5、优势。只希望满足《高规》【l】对结构整体刚度的最低要求、将结构构件的破损减少到最低限度、结构在罕遇地震作用下呈现延性屈服机制为目的的设计理念是当前主流设计方法。由于设置伸臂带来的问题是多方面的，最优化的设计方案是使伸臂使用效率最大化，而将其带来的负面影响降低到最低限度。以往研究大多侧重于理论分析，尚缺乏对此类型实际工程的对比分析，如何将上述概念设计的成果转化到具体工程中可以量化的阶段，是目前值得进一步研究和探讨的问题。本文基于在低烈度地区(抗震烈度6度)的超高层工程实例，通过不同结构方案的对比分析，研究环向桁架和伸臂的设置对于

6、结构体系受力和变形性能的影响及变化规律，探讨适用于现阶段此类型结构体系实用设计方法和优化措施。张伟，(1973·)，工学硕士，高级工程师，国家一级注册结构工程师-50禾第二十届全国高层建筑结构学术会议论文2008年l工程概况某工程为平面呈矩形的单塔超高层建筑，根据建筑平面布局和结构受力需要，结构体系确定为框筒结构。塔楼地下3层，地上69层，地面以上主体总高度302．4m，超B级高度。抗震设防烈度6度，II类场地，基本风压取O．7蝌艋2。塔楼平面尺寸42．2mx42．2m(不包括四周悬挑部分)，核心筒底层k一：乩正Pt上_；l：

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