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场地类别(某带大悬挑的办公塔楼结构设计)

桁架,悬臂,核心场地类别(某带大悬挑的办公塔楼结构设计)

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

5. 5 关键楼板应力分析

竖向荷载和地震作用下，悬臂桁架上弦楼面承受较大的面内拉应力，下弦楼面承受较大的面内压应力。对上弦、下弦楼板进行应力分析，按照中震不屈服进行设计。图18，19 为中震不屈服组合( 1. 0 恒载 0. 5 活载 水平地震 0. 4 竖向地震)下弦、上弦楼板的面内主应力。下弦楼面采用150mm 厚钢筋桁架楼承板双层双向配筋，最大主压应力σ11k，中震= 6. 21MPa，按照式( 1) 算出的钢筋

5. 6 关键节点有限元分析

悬臂桁架与核心筒连接节点是整个结构体系成败的关键。为了优化节点的连接方式、确保传力可靠，节点区核心筒端柱采用钢管混凝土截面( 钢管壁厚50mm) ，剪力墙内设置16mm 厚钢板扩散水平力。采用ABAQUS 软件对节点进行精细化分析。以节点A( 图3) 为例，节点有限元模型由悬臂桁架、钢管混凝土柱、剪力墙、环通钢梁、钢板、型钢暗柱组

成。混凝土采用实体单元和塑性损伤本构模型，钢材采用壳单元和理想弹塑性本构模型。对模型顶部施加双向水平约束，底部施加三向位移约束，环通钢梁端部施加轴向约束。分析考虑了表7 的三种荷载组合，其中组合2 不起控制作用。图21 为组合1 时节点的应力结果、图22 为组合3 时节点的应力结果。由图21， 22 可知:

( 1) 组合1 下，节点处于弹性状态，且有较大的安全储备。钢构件绝大部分应力在237MPa 以下，仅上弦杆顶部与钢管柱交汇处拉应力达到285MPa，远低于345MPa( Q390GJ 强度设计值) ; 混凝土绝大部分压应力在12. 80MPa 以下，下弦杆底部与钢管柱交汇处达到17. 7MPa，远低于27. 5MPa( C60 受压强度设计值) ; 混凝土拉应力水平较低，最大值为1. 74MPa，未超过2. 04MPa( C60 受拉强度设计值) 。

( 2) 组合3 下，节点基本处于弹性状态。钢构件绝大部分应力在290MPa 以下，仅上弦杆顶部与钢管柱交汇处的个别点拉应力达到343MPa，下弦杆底部与钢管柱交汇处压应力达到314MPa，远低于380MPa( Q390GJ 最小屈服强度) ; 混凝土绝大部分压应力在21. 92MPa 以下，下弦杆底部与钢管柱交汇处达到37. 23MPa，大于27. 5MPa，统计节点区混凝土受压屈服区域的面积，立面面积占比约为3. 67%，平面面积占比约为1. 78%( 仅统计方钢管内混凝土) ; 混凝土拉应力水平较低，最大值为1. 09MPa，未超过2. 04MPa。

( 3) 施工图设计时，对节点应力较大部位采取加宽、加厚翼缘板的措施，降低连接处应力，满足强节点弱构件的设计原则。

5. 7 楼板竖向振动舒适度分析

如图3 所示，塔楼角部楼面通过两个方向环带桁架悬挑形成，竖向刚度较低，有必要进行舒适度分析。采用MIDAS Gen 软件对结构进行动力特性分析，第一阶竖向模态为角部楼面的整体Z 向振动，频率为3. 06Hz。办公室人行荷载频率范围为1. 5 ～

图21 组合1 下节点 应力云图/MPa

图22 组合3 下节点 应力云图/MPa

2. 5Hz，对楼盖在人群整体移动、快速移动等工况下进行舒适度验算，采用附加调谐质量阻尼器( TMD)的方式进行减振设计［9］。经TMD 减振后楼盖振动加速度峰值为43. 2 mm/s2，竖向振动舒适度满足高2. 5Hz，对楼盖在人群整体移动、快速移动等工况下进行舒适度验算，采用附加调谐质量阻尼器( TMD)的方式进行减振设计［9］。经TMD 减振后楼盖振动加速度峰值为43. 2 mm/s2，竖向振动舒适度满足高规要求。

6 施工工序与竖向变形控制

根据本结构受力特点，并综合设置临时支撑成本、地下室柱网偏置等不利因素，办公塔楼的上部结构施工次序如下: 1) 先施工钢筋混凝土核心筒到屋顶，在需要设置悬臂桁架的楼层，安装核心筒内部环通钢梁以及悬臂桁架与核心筒连接节点，并预留各楼层外侧楼板钢筋及其他钢结构埋件; 2) 在地下室顶板设置临时支撑，安装第一道悬挑转换体系，铺设上弦层( 5 层) 8mm 厚钢板和下弦层( 4 层) 钢筋桁架楼承板，浇筑楼面混凝土，上弦层楼板沿核心筒周边设置通长的施工后浇带; 3) 拆除临时支撑，完成6～8 层所有钢结构施工，并浇筑楼面混凝土; 4) 在第二道悬臂桁架下方的8 层楼板上搭设胎架，安装第二道悬挑转换体系，上、下弦楼板的施工同步骤2; 5) 拆卸胎架，重复步骤3，直至完成最顶层的施工; 6) 连接8 层外围钢柱，封闭5 层和10 层的楼板后浇带，完成底部两层混凝土框架裙房的施工。

本项目的竖向抗侧力构件核心筒先行完成施工，因此，悬挑钢结构施工方案的控制要点是对称加载和竖向变形补偿，对施工次序进行模拟分析可知，在施工加载过程中，悬挑转换体系的悬挑端累计产生的竖向变形最大值约为35mm( 恒载) 和10mm( 活载) 。对悬臂桁架和环带桁架的端部进行预起拱，确保结构封顶及主要竖向荷载施加后，悬臂端的竖向变形几乎为零。施工和使用阶段要进行结构的性态监测，对竖向变形提出三维要求，对悬挑构件应力进行监测［10］。

7 结论

本项目的办公塔楼采用钢筋混凝土核心筒-大悬挑结构体系，对塔楼整体结构进行了抗震性能化设计，由于悬挑楼层多、悬挑跨度大，以提高悬挑结构的安全度为目的，对悬挑转换体系进行了专项分析，对竖向刚度薄弱的角部楼面采用了TMD 减振技术，并提出了塔楼的施工次序和变形控制措施。主要结论如下:

( 1) 钢筋混凝土核心筒具有承载能力强、刚度大的特点，适合作为上部楼层整体悬挑的超限高层建筑的竖向抗侧力构件。对核心筒关键部位采取设置钢板、型钢等加强措施后，大震作用下具有优良的抗震性能。

( 2) 核心筒内部设置环通钢梁的作用是平衡大悬挑产生的水平力，为了保证大震下剪力墙损伤开裂后，环通钢梁仍能可靠地传递水平力，采用纯钢模型对环通钢梁进行设计。

( 3) 为了不考虑楼板刚度的有利影响，按照楼板刚度完全退化的工况对悬挑转换体系进行验算，悬挑转换构件可以满足不屈服的要求。

( 4) 楼板应力分析表明，悬臂桁架上弦楼面的面内拉应力很大，在上弦楼面整层铺设8mm 厚钢板，并辅以设置施工后浇带的措施，保证楼板面内拉应力全部传递给钢板。

( 5) 对悬臂桁架与核心筒的连接节点进行了精细化的有限元分析。分析结果表明，在恒载和活载控制的基本组合下，节点保持弹性; 在大震组合下，节点基本可以保持弹性。

( 6) 本工程施工次序是先完成核心筒和悬挑转换体系的施工，再自下而上逐层施工上部楼层，对悬臂桁架、环带桁架的端部进行预起拱，控制悬挑结构的竖向变形。

参考文献

［1］ 王兴法，林超伟，许波，等． 贵阳201 大厦结构体系研究［J］． 建筑结构， 2012， 42( 3) : 10-14．

［2］ 沈雪龙，郭远翔． 某大悬挑钢结构设计与施工关键技术讨论［J］． 建筑结构， 2019， 49( 20) : 86-89．

［3］ 高昂，甄伟，盛平． 嘉德艺术中心结构设计［J］． 建筑结构， 2015， 45( 18) : 47-53．

［4］ 建筑抗震设计规程: DGJ 08-9—2013 ［S］．上海: 上海市建筑建材业市场管理总站， 2013．

［5］ 高层建筑混凝土结构技术规程: JGJ 3—2010 ［S］． 北京: 中国建筑工业出版社， 2011．

［6］ 高性能非线性分析软件SAUSAGE2018 用户手册［M］．广州: 广州建研数力建筑科技有限公司， 2018．

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