某超高层钢管混凝土框架-核心筒结构设计计算综述.pdf

2 0 1 3年第 1 0巷第 1期 深 圳 土 木 与 建 筑 VOL ． 1 0NO． 1 2 0 1 3 外框柱由于内力减小可采用钢筋混凝土柱，这样既 结构的主要振型以平动为主，扭转为主的第一 自振 能保证外框架刚度和强度不致突变 ，保证了外框架 周期与平动为主的第一 自振周期之 比均小于 0 ． 8 5 ， 沿竖直方 向具有较好的连续性，同时也具有较好的 满足 《 高层建筑混凝土结构技术规范》[ 4 1 的要求 。 经济效益 。 各软件的计算结果较为接近，从侧面反映出结构模 3结构弹性整体计算 型和分析的正确性。 结构整体弹性计算是结构设计的重要 内容，这 弹性整体计算还包括各荷 载工况下一些设计 部分计算也是结构设计人员较为熟悉的部分 ，以下 控制指标的计算， 如层间位移角、 位移比、 刚度 比、 仅作简要介绍。在设计中采用美国 C S I 公司开发的 抗剪承载力比值、墙柱轴压 比等指标以及弹性时程 E T A B S软件乜 、国内的 S A T W E软件和大型通用有限 分析的补充计算等，此处不再详述。弹性整体计算 元软件A B A Q U S ∞ 对整体结构的自振特性进行了分析 时，如有条件时，应进行不同力学模型的多软件计 计算 ，表 1给出了三种不同软件的计算结果，为了 算的对 比分析 。 便于 比较 ，也给 出了 S A P 2 0 0 0软件乜 的计算结果。 由于该结构为超限高层建筑结构 ，还进行 了其 从表 1的比较结果可见， 各软件计算结果较为接近 ， 他专项分析计算，以下进行相关介绍 。 表 1 周期计算结果 周 期 ( s ) S A T W E E T A B S S A P 2 0 0 0 A B A Q U S 备注 T 1 4 ． 6 8 1 4 ． 6 7 9 4 ． 6 5 3 4 ． 6 1 7 Y向平动 T 2 4 ． 6 2 2 4 ． 5 9 1 4 ． 3 6 6 4 ． 4 2 1 X向平动 T 3 3 ． 0 7 3 2 ． 9 0 0 2 ． O 6 l 3 ． 3 l 2 扭转 T 4 1 ． 3 3 2 1 ． 3 0 4 1 ． 1 3 0 1 ． 4 2 3 Y向平动 T 5 1 ． 1 3 6 1 ． 1 4 4 1 ． 1 2 0 1 ． 2 2 7 X向平动 T 6 1 ． 0 8 2 1 ． 0 5 6 0 ． 7 6 7 1 ． 0 8 6 扭转 4其他专项计算分析 4 ． 1结构整体稳定性分析 对大跨度空间结构，《 网壳结构技术规程》【 b 对稳定性做出明确的规定，然而对于高层建筑结构 的稳定性 国内外一直没有明确的标准 ，参考以往工 程及 国内外资料 】 ， 本工程提出以下控制指标： ( 1 ) 整体结构 的线性屈 曲临界荷载系数大于 1 0 ； ( 2 ) 主 要抗侧力构件的屈曲滞后于整体屈曲出现( 核心筒、 外框架柱) ；( 3 ) 整体结构考虑初始缺陷和几何非线 性的屈 曲临界荷载系数大于 5 。 结构 的屈曲与荷载分布模式密切相关，本文选 取 以 1 ． 0 恒载( 包括结构 自重) 和 1 ． O活荷载标准值作 为初始态 。模型计算 了结构前 1 0 0阶屈曲模态，计 算结果表 明，结构前 3阶屈曲系数增长较快 ，其后 增长相对缓慢 。可见 ，结构第 1 阶和第 2阶屈曲模 态均为结构的整体屈曲， 其屈曲系数分别为 2 3 ． 5和 2 6 ． 9( 大于 1 0 ) ，第 3阶屈曲模态 出现底部跨层柱 的屈 曲，其屈曲系数为 4 2 ． 7 4 ，之后交替出现底部 跨层柱和整体结构的屈 曲模态，核心筒未发生屈 曲。 可见，本结构满足第 1 条和第 2条控制指标 。 采用 S A P 2 0 0 0 分析软件，以结构第 1 阶整体屈 曲模 态 的位移 形态 作为初 始 缺 陷， 以顶 点位 移 24 ( H ／ 5 0 0 = 2 1 5 ／ 5 0 0 = 0 ． 4 3 m)为基准 重新生成所有 点 的坐标 。初始工况为 1 ． 0恒 ( 包括结构 自重)+ 1 ． 0 活 ，进行考虑几何非线性的屈曲分析。图 3中最大 基底竖向反力为 1 ． 3 6 x 1 0 k N，初始工况下基底竖 向反力 1 5 2 2 4 1 0 k N， 可得整体结构的临界荷载系数 K = 8． 9 5 > 5 。 通过结构整体稳定性分析还能确定跨层柱 的 计算长度。以上的整体线性屈曲分析的计算结果表 明，第三阶屈 曲模态为结构底部区域跨层柱发生屈 曲，其屈 曲模态及局部放大图如图 4所示 。 构件计算长度系数的确定包括 以下三个步骤： 首先进 行线性屈 曲分析得到结构 的各阶屈 曲模 态 以及屈曲临界荷载系数 ；然后检查各阶屈曲模态形 状，寻找该构件 出现明显变形的最低阶屈 曲模态 ， 由该模态 的临界荷载系数计算确定该构件 的屈 曲 临界荷载 ，最后由欧拉临界荷载公式反算该构件的 计算长度系数，即 == =一 ， 式 ( 1 ) 各符号具体含义详见文献 [ 6 ， 7 ] 经计算 ， 底部跨层柱的计算长度系数均可偏安全取 1 ． 0 。