浅谈筒体结构在PKPM教学中的应用.pdf
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1、四川建筑第4 3 卷第4 期经营与管理浅谈简体结构在PKPM教学中的应用郭培成,丰正伟(厦门大学嘉庚学院,福建漳州3 6 3 1 0 5)【摘要】通过对筒体结构体系的讲解和分析,结合PKPM软件建立结构模型、参数定义,将内力和位移计算结果参照规范进行分析,这样不仅能提高学生熟练操作应用PKPM软件,而且可以加强和锻炼学生使用规范的能力和解决结构中出现的不同问题,使理论教学与实际工程更加有效地结合。【关键词】PKPM软件;筒体结构体系;规范【中图分类号】G642.01筒体结构发展过程国外2 0 世纪6 0 年代,欧美国家高层建筑数量及规模得到了快速发展,导致土地价格高涨和供应紧张,需要建造更高建
2、筑物来克服土地供应的不足,美国杰出的总工程师Fa-zlurR.Khan博士进行了大量的实验数据分析计算,发明了筒体这种结构体系【。筒体结构体系包括框筒结构、框架核心筒、筒中筒、束筒结构、框架一核心筒一伸臂结构等。世界第一栋筒体结构是1 9 6 4 年美国建造的DeWittC h e s tn u t公寓,高1 2 0 m,地上4 4 层,采用钢筋混凝土框筒结构体系;1965年建成的芝加哥Brunswick大厦,建筑高度1 4 5 m,采用的钢筋混凝土筒中筒结构体系;1 9 6 9 年完成的汉考克钢绗架筒体结构,建筑高度3 4 0 m;1974年建成的美国银行,建筑高度1 8 3 m,采用的钢筋
3、混凝土框架-核心筒伸臂结构体系;1973年完成的纽约世贸中心双塔,高度4 1 7 m,地上1 1 0 层,在当时属于最高的结构,采用钢框筒结构体系。我国内地筒体结构应用开始于2 0 世纪8 0 9 0 年代,随着改革开放国内的经济综合实力提高及房地产的快速发展,在一些城市陆续开始建造超高层建筑,主要用途是办公写字楼,采用的结构形式基本上是筒体结构。如1 9 8 5 建成的深圳国贸中心大厦,建筑面积1 0 万m,建筑高度1 6 0 m,采用筒中筒结构形式;1 9 8 5 年建成的北京中国国际贸易中心,建筑高度3 3 0 m,采用框架核心筒结构;1 9 9 6 年建成的深圳地王大厦,建筑高度3 8
4、 0 m,采用钢外筒与混凝土内筒形成的筒中筒混合结构形式。上海金茂大厦、上海中心大厦、武汉绿地大厦、中国尊、深圳平安中心等都是近十年完成的超高层建筑的代表,都采用了筒体结构体系。筒体结构抗震性能好、抗侧移刚度大、抗扭转效果明显,在业内赢得了一致好评。2PKPM软件PKPM软件从2 0 世纪9 0 年代至今,3 0 年间经过技术工程师和编程人员的不断完善,如今在操作方面和功能方面都得到了极大的改变。目前在国内使用用户最多、性能最好、用途最广泛的一种软件。可以满足常规的所有建筑设计,如民用多高层住宅、办公楼、酒店、商场、预应力混凝土、烟卤、地【文献标志码】A下室等 2 。应用在砌体结构、框架结构、
5、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构、板柱结构等不同体系中。满足工程设计所需准确性同时,也给从业者提供了设计便利。为了更好地学习PKPM软件及熟悉设计流程,需要对相关规范比较熟悉,在设计过程中常用的主要规范是JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程和GB50011-2010建筑抗震设计规范,要求学生必须了解。3框架一核心筒与筒中筒结构框架核心筒是指建筑物四周采用框架柱与框架梁、核心筒采用钢筋混凝土剪力墙组合而成的一种结构形式 3 ,避免了框筒结构、筒中筒结构四周采光通风效果差的缺陷,在大多数的酒店、办公写字楼得到了较好地发展;同时结构布置灵活可以满足使用要求;核心筒主要用来抵抗水平剪力以及
6、倾覆力矩,而外部的框架结构主要承担一部分倾覆力矩;筒中筒结构建筑物四周采用密柱深梁、核心筒采用钢筋混凝土剪力墙组合而成的一种结构形式 1 ;由于外部柱距较小且框架梁截面较高导致视线较差,框架梁柱通常采用钢筋混凝土、钢结构、型钢混凝土;核心筒主要用来抵抗大部分水平剪力以及部分倾覆力矩,外筒主要承受大部分倾覆力矩。目前在大量的设计过程中,这2 种结构体系使用率较大,为了便于它们更好地满足抗震抗风及经济效果,结构方案优先选择平面尺寸接近正方形的形状。框架一核心筒刚度一般较筒中筒小,建造的建筑高度偏低。截至2 0 2 0 年底,中国完成的超高层建筑2 0 0 m以上有近8 0 0 座,3 0 0 m以
7、上有近4 0 座,400m以上有近1 5 座,5 0 0 m以上有近1 5 座,大部分建筑位于经济综合实力较前的一线发达城市,这些结构形式大部分采用框架-核心筒与筒中筒结构。目前在规划建造8 3 0 m的深圳湖贝塔、7 2 9 m的苏州中南中心、6 7 7 m的成都熊猫大厦、6 4 8 m的武汉周大福金融中心,这些结构形式中也会有筒定稿日期2 0 2 2-0 5-2 3作者简介郭培成(1 9 7 8 一),男,硕士,副教授,主要从事土木工程专业的教学与研究工作;丰正伟(1 9 8 3 一),男,硕士,副教授,主要从事土木工程专业的教学与研究工作。293经营与管理体结构形式的存在。作为本科阶段,
8、学生在PKPM软件的学习过程中除了掌握框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构的基本设计要点外,应结合当前市场的发展需要,理解和掌握一些框架一核心筒与筒中筒结构设计思路,这样有助于学生提高专业知识水平,也可以掌握一定的技能。4学生在框架一核心筒设计过程中常遇到难点对于框架一核心筒大多数学生存在对概念理解不够清晰,缺少对规范的了解,在设计过程中有时无从下手,接下来针对学生的疑惑部分进行分析。4.1合理的结构高度如何考虑A级高度钢筋混凝土高层建筑最大使用高度可参考JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程(以下简称为高规)表3.3.1 3 ,6、7、8、9 抗震设防烈度分别不宜超过1 5 0m、1
9、 3 0 m、1 0 0 m、7 0 m,高规9.1.2 规定其高度不超过6 0 m,可按照框架剪力墙结构进行分析计算,因为结构高度太低会导致框架一核心筒结构不能有效地发挥其抗震效果,在实际工程中在不超出最大适用高度的情况下可以尽可能增加建筑物高度,这样不仅可以充分发挥其作用,而且也可以提高结构的性价比。学生在对高度的判定选择比较不容易接受,经过讲解和分析后对概念有所理解。4.2外部框架柱与内部核心筒合理距离的取值核心筒距离外柱的距离在地震区不宜大于1 2 m,工程上考虑到建筑功能的体现和利用,结合大量的工程数据分析,经济合理的跨度一般在8 1 0 m左右。若跨度太大会导致框架梁截面高度变大影
10、响净高、同时梁的线刚度下降会使连接外筒和内筒的约束力变弱不利于抗震设计。框架梁宽度和高度按照纯框架结构的选择要求进行布置,同时满足刚度、强度、延性、耗能各方面的设计。框架梁基本上都是单跨,在内力计算方面尤其是弯矩作用下底部与支座受力较大,需要配置较多的纵向钢筋面积。非框架梁在框架一核心筒中主要是布置在框架梁上,分割楼板及承受填充墙荷载,该梁截面大小主要取决于框架梁的间距。4.3框架柱与剪力墙的布置要点框架柱截面大小一般较纯框架结构高,纯框架结构高度比较低所受内力较小,而框架一核心筒结构较高,竖向和水平力产生的内力较大,尤其外部框架还需要分担结构承受的地震作用下倾覆力矩,大多数工程柱截面可以达到
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