廖耘西北机电演示.ppt

广州容柏生建筑工程设计事务所RBSArchitectureEngineerDesignAssociates,RBS,西北某商务中心高层钢结构设计与分析,魏捷张文华廖耘,工程地点：陕西省西安市,总建筑面积：3万m2,建筑高度：90m，地上25层，地下两层,场地类别：8度，III类场地,结构形式：方钢管砼柱+方钢管砼中心支撑钢砼组合楼盖,工程特点：高烈度区，III类场地土，平面不规则，竖向不规则，抗侧力构件不连续综合了当前高层结构抗震设计中的多个难点,设计难点一：结构体型选择,由于场地形状的原因，建筑平面呈不规则的“L”型，同时建筑使用功能为上公寓下酒店，采用了两套完全独立的竖向交通系统。,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。,建筑师在立面设计中采用了“减法”的处理方式，在立面上使用了大量的镂空与开洞。,因此，无法在结构的外围设置较多的抗侧力构件，结构的侧向刚度集中在内部，扭转刚度始终得不到提高。结构的侧向刚度越大，第一扭转周期与第一平动周期的比值就越接近。实际情况是，若在结构内设置核心筒，则结构第一周期就是扭转周期。可见，若保持建筑体型不变，则过大的侧向刚度对结构是有害的。,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，不设核心筒。,解决方案：采用钢结构,钢结构在弹性阶段的层间位移角限值为1/300，远大于钢筋混凝土剪力墙结构的限值1/1000。选择抗震延性和变形能力更强的钢构件来形成柔性抗震体系，可以很好的解决本结构侧向刚度与抗扭性能之间的矛盾。,同时钢结构开间较大，抗侧力构件布置灵活，可以更好的实现建筑功能与结构体系的有机结合。,就纯框架体系而言，该结构右侧抗侧移能力大于左侧，因此塔楼中Y向支撑较多的布置于结构左侧，以平衡抗侧力体系，减少结构偏心,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,对于剪力墙结构，这种布置方式会造成大量单片墙肢，对抗倾覆和平面外稳定不利。而对钢结构中心支撑体系，由于没有重力荷载的影响，可以较多的采用单片布置方式，在不影响建筑使用的同时调整平面刚度中心位置。,第一周期3.60秒,第二周期341秒,第三周期3.23秒,结构第一扭转周期与第一平动周期之比为3.23/3.600.89，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1.09和1.24倍，结构布置很好的抑制了扭转。,设计难点二：抗侧力构件不连续,该建筑的使用功能分为3部分，14层为商场，511层为酒店，1325层为复式公寓。3部分的空间布置差异较大，必然造成竖向抗侧力构件不连续。,设计中利用钢结构开间大的优势，与建筑密切配合，在酒店和公寓层做到了抗侧力构件连续布置，避免了高位转换。,在5层以下，由于裙楼商场的大空间要求，部分抗侧力构件无法延续至裙房，而被平移到结构外围。,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，并不需要剪力墙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，且不会影响层高。,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。楼板此时扮演了剪力传递的角色。,对于楼板而言，最理想的传力状态是处于单向纯剪状态，与剪力墙类似。可充分发挥刚性楼板的抗剪能力而不至于受拉破坏。,这种抗侧力构件水平偏移的不连续方式实际与钢结构住宅中“错列桁架”的传力方式类似，也是本工程中竖向构件不连续的主要方式。,本工程的个别位置还存在支撑沿受力平面纵向不连续的情况，此时楼板将拉压剪多向受力状态，需对楼板进行多工况组合下的有限元分析并确定楼板加强措施。,设计中发现，当一榀支撑中的某一层支撑移动到相邻跨时，该层支撑的轴力将会突然放大。该支撑实际起到了协调柱间变形的作用，其与混凝土结构中连接混凝土墙和框架柱的短梁受力状态类似。这一形式的不连续在设计中已予以避免。,本工程的施工图设计工作已经完成，目前正在施工。结构总用钢量约为2600吨，每平米用钢量约为85公斤（含节点用钢量）。考虑到工程位于8度III类场地上，且作为住宅建筑，开间和隔墙划分较小，并不能充分发挥钢结构的大跨度优势，因此目前的用钢量还是比较理想的。本工程目前已施工到地上2层，下面将结合我们所拍