某商务楼钢框架—钢筋混凝土核心筒结构设计.doc

1、某商务楼钢框架钢筋混凝土核心筒结构设计【摘 要】湖南某商务楼结构体系采用钢框架-钢筋混凝土核心筒（剪力墙）结构，主楼 35 层设有超大悬挑楼层。根据工程特点分析了核心筒及剪力墙、悬挑结构的结构方案设计，并以 SATWE 软件为主，ETABS 中文版进行复核对风荷载作用下的结构抗侧力进行计算分析，大悬挑部分采用平面框架模型补充计算分析，分析结果表明各项指标均满足规范要求。 【关键词】钢框架-钢筋混凝土核心筒；大悬挑结构；结构计算；抗侧力分析； 1、工程概况 湖南某商务楼，总建筑面积 66500m2，主楼总层数为 38 层，高为126.22m；裙楼为 4 层，高为 20.35m，地下室共 2 层。

2、主楼在层 26 范围内设有总层数为 35 层的大悬挑楼层，悬挑尺寸至主楼边缘算起为2032m。层 2 楼面屋顶层在建筑平面的中心区域均设置大开洞形成中庭。 结构设计标准：设计使用年限为 50 年，建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为 1.0，地基基础设计等级为甲级，根据中国地震动参数区划图 （GB183062001）的规定，本工程所在地地震动峰值加速度40mm） ，层 15 楼面以上：Q345GJB，Q235 复 GJB；铸钢件：G20Mn5。 矩形钢管混凝土柱：1400140060（壁厚）70070020；剪力墙厚度：600200；框架梁：H8003001230，H6003001016；

3、悬挑桁架上弦杆：矩形钢管120050050 70050030；悬挑桁架下弦杆：矩形钢管8006008080050050；悬挑桁架斜杆：矩形钢管80060080500500 30；悬挑桁架竖杆：矩形钢管 60060050 500500 30。 3、主楼结构计算 本工程结构整体分析以 SATWE 软件为主，同时采用 ETABS 中文版进行复核，大悬挑部分采用平面框架模型补充计算。 3.1 整体结构计算 SATWE 计算中，悬挑桁架水平杆件以梁单元输入，由于部分桁架的上、下弦杆为倾斜布置，上、下弦杆上的较多节点都不在楼层标高处，该部分弦杆需简化为楼层标高上的水平梁杆件。竖杆以柱单元输入，斜杆以斜柱单

4、元输入，桁架所在各楼层的楼板需考虑弹性楼板假定（弹性膜） ，结构整体计算的风荷载按规范取值。 大悬挑楼层对主体结构产生较大的倾覆弯矩，该倾覆弯矩与风荷载产生的倾覆弯矩将共同作用于主体结构。由于本工程的特殊性，SATWE 在整体抗倾覆验算中存在一些不足，因此，主楼的抗倾覆验算按以下方法进行补充计算（图 7）： 图 7 抗倾覆计算简图 =Mr/Mov 式中： 为抗倾覆安全系数；Mr 为结构抗倾覆弯矩，Mr=GiLi，Gi 为各楼层结构自重标准值，此时，悬挑区域以外的楼面活荷载均取 0，Li 为各楼层质心至倾覆计算点（主楼外轮廓线处）的水平距离，对抗倾覆有利时，取正值，不利时取负值；Mov 为风荷载

5、作用下的倾覆弯矩标准值。 按照上述方法算得的抗倾覆安全系数远小于 SATWE 计算的结果，但仍满足设计要求，基底也没有出现拉应力（表 1） 。 表 1 主楼整体计算主要结果 3.2 整体分析主要结果 主楼整体计算的主要指标见表 1，由表可见，两种程序计算的结果比较接近，且各项指标均满足规范要求。表 2 为悬挑桁架的杆件最大应力比及挠度值，由表可见，整体计算的桁架杆件应力比以及位移数值均较小。 表 2 悬挑桁架的杆件最大应力比及挠度值 3.3 大悬挑结构补充计算 大悬挑结构除采用整体模型进行计算外，同时还采用平面模型进行补充计算，计算程序采用 STS 软件。平面框架计算模型的优点是桁架平面内的几

6、何图形不用简化，各杆件完全按照桁架施工图中的形式输入，所有杆件单元均采用柱单元，各杆件的面内、面外计算长度可准确定义，截面设计时直接按压弯或拉弯构件进行设计，不考虑楼板的作用。由于在平面框架计算中不能输入剪力墙构件，为了比较准确地模拟核心筒对悬挑桁架的侧向约束刚度，需按等效侧向刚度原则将核心筒等效为框架-支撑结构。表 3 为各榀桁架的杆件最大应力比及挠度值。 表 3 平面模型各榀桁架的杆件最大应力比及挠度值 3.4 铸钢件节点的有限元分析 根据铸钢节点应用技术规程 （CECS235：2008）要求及以往工程经验，对铸钢件节点应进行承载力验算，验算方法为采用 ANSYS 软件进行弹性有限元分析。

7、分析结果表明，铸钢件节点的最大折算应力均满足规程中的限值要求，铸钢件节点具有足够的承载力. 3.5 计算结果在桁架施工图中的应用 桁架施工图设计时，桁架杆件的截面设计以较大的平面模型计算结果为主；桁架间的框架梁与桁架竖杆的连接一般为刚接，根据平面模型的计算结果，桁架间存在一定的位移差，为减小由该位移差在桁架间的框架梁内产生的附加内力，该框架梁的一端在施工期间采用铰接（仅将腹板连接） ，待桁架卸荷后再将翼缘与柱进行焊接；桁架端部位移计算值较大，桁架在制作时需进行起拱，起拱值取平面计算模型恒载作用下位移值的 80%。 4、结语 对于超大悬挑结构，悬挑结构形式采用钢结构桁架比较合适；桁架结构计算时除

8、采用空间模型进行整体计算外，同时采用平面模型进行验算是偏于安全的；本工程钢桁架节点大量采用铸钢节点，铸钢件重量对桁架自重的影响不能忽略，经计算铸钢件自重对桁架自重的放大系数为1.11.2；超大悬挑结构对主体结构抗倾覆验算的影响较大，抗倾覆验算时需同时考虑竖向荷载及风荷载的共同作用。 工程桁架卸荷过程中及卸荷完成后，监测单位对悬挑桁架及主体结构进行了位移、杆件应力等监测。根据监测结果，卸荷完成 12d 后桁架下弦各节点的竖向位移值仅为 25mm（挠度相当于 1/5000 左右） ，主楼在层 36 轴/F 处的水平位移值为 15mm（相当于主楼倾斜 1/9050） ，竖向挠度值及主楼倾斜值远小于计算值。目前悬挑区域的大部分恒荷载已完成施工，因此可以预见，在使用阶段悬挑桁架的变形值以及主楼的倾斜值也将是比较小的，完全可以满足使用功能的要求。 参考文献： 1JGJ 9998 高层民用建筑钢结构技术规程S. 北京：中国建筑工业出版社，1998. 2JGJ 32010 高层建筑混凝土结构技术规程S. 北京： 中国建筑工业出版社，2011. 3PKPM 多高层结构计算软件应用指南M. 北京： 中国建筑工业出版社，2010. 4CECS 235： 2008 铸钢节点应用技术规程 S. 北京： 中国计划出版社，2008.