杭州东铁商业金融用房项目结构设计.doc

1、1杭州东铁商业金融用房项目结构设计摘 要：本文通过杭州东铁商业金融用房项目工程，初步探讨了钢框架-中心支撑结构体系的支撑形式选取与布置、支撑内力调整与设计、支撑的构造要求；提出国内规范 GB50011 及 JGJ99 进行钢框架-中心支撑结构设计时,要进一步对普通中心支撑框架结构和特殊中心支撑框架结构在弹塑性阶段的抗震性能及其相关问题展开深入研究。 关键词：东铁钢框架-中心支撑结构体系 钢结构建筑具备环保、节能等绿色建筑的特征，是一种符合建筑产业化发展需求的新型建筑结构形式。在高层钢结构建筑中，框架-支撑结构体系相比框架结构体系而言，可避免过多地加大梁柱截面及用钢量，是一种经济有效的抗侧力结构

2、体系。框架-支撑结构体系由框架与支撑框架组成，在刚性楼板或弹性楼板的变形协调下共同工作，是典型的双重抗侧力结构体系，具有两道抗震防线。支撑框架的支撑形式有中心支撑、偏心支撑、钢板剪力墙、内藏钢板支撑剪力墙以及带竖缝混凝土剪力墙板等，其中中心支撑框架可以显著增加框架结构的刚度、有效控制侧向变形、减小结构的层间位移、改善结构的内力分布。 1.杭州东铁商业金融用房项目概况 (1)建设单位：杭州东铁房地产开发有限公司 (2)项目名称：杭政储出【2011】52 号地块商业金融用房项目。 2(3)项目概况：项目位于浙江省杭州市钱江新城近江控规单元，东北至婺江路，西北至四号支路，东南临规划加油站，西南临已建

3、住宅。项目总用地面积 4285 平方米，总建筑面积 21463 平方米，其中地上建筑面积 16283 平方米，地下建筑面积 5180 平方米。项目为业主自用办公楼，地下 2 层，地上 12 层，屋面高度为 47.9 米，采用了钢框架-中心支撑结构体系。 2.钢框架-中心支撑结构体系 杭州东铁商业金融用房项目工程地下 2 层，地上 12 层，屋面高度为47.9 米，建筑平面布置不规则，中庭楼板开洞对整体刚度削弱较大，长悬臂大跨度梁较多，建筑净高要求严格。综合以上情况，采用钢框架体系，以确保在满足规范各项要求的同时，使结构构件截面最优化以满足建筑的使用功能、空间的最大化。 在整体计算中为了达到规范

4、要求而增大柱、梁截面不仅经济性能较差，改善效果也不明显。而布置适当的支撑可以很好的解决一些问题。框架-支撑体系通过沿框架竖向设置由框架梁、柱和支撑斜杆共同构成的撑桁架，与钢框架一同承担侧向荷载。在水平荷载作用下，支撑杆件只承受拉压轴向力，并通过楼板的变形协调与钢框架共同工作，形成双重抗侧力结构的结构体系。整体计算分析时考虑了平扭耦联、水平双向地震及竖向地震作用、偶然偏心的影响。对商业中庭开洞而使楼板削弱部分，在计算时采用弹性楼板的假定。结构整体计算以首层楼板为嵌固部位。钢框架- 支撑结构的斜杆按端部铰接杆计算。在多高层钢框架-支撑结构体系中， 高层民用建筑钢结构技术规程和建筑抗震设计规范3中对

5、支撑构件的设计采用放大系数 1.3-1.5，人为地放大支撑地震组合下的内力，在支撑的设计中还考虑了支撑受压屈曲引起的承载力折减。 上述设计方法来源于混凝土剪力墙的抗震设计，混凝土剪力墙的抗剪破坏是脆性的，为了避免剪切脆性破坏先于弯曲破坏。在钢框架-支撑体系中，支撑承担剪力。所以，混凝土剪力墙的设计方法推广到支撑的设计上，就是要放大支撑设计内力。但是，钢框架-支撑结构的抗震性能和剪力墙有明显的区别，钢支撑结构体系中，如果支撑不发生破坏，则作为柱将首先发生破坏，柱子的这种破坏是无侧移失稳。而柱子发生无侧移失稳时，结构延性较差。这与混凝土剪力墙弯曲破坏时延性较好完全不同；因此，混凝土剪力墙的设计方法

6、不能不假思索地推广到钢框架-支撑结构体系中。 2.1 支撑形式选取与布置 首先是支撑的数量应使结构具有足够的侧向刚度，满足结构在地震作用及风荷载作用下侧向变形的要求。可以通过控制结构的层间位移及整体位移实现上述要求。二是支撑的平面布置应尽量使结构在平面上刚度分布均匀，减小刚度偏心以减小扭转效应。可以通过控制结构的周期比（又称扭平比，结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期比值）与位移比（最大层间位移与该层平均位移比值）实现该要求。增加结构的抗扭刚度可以有效控制结构的位移比，在兼顾均匀的前提下，尽量将支撑布置在建筑物周边并远离质心与刚心，可以实现较大的抗扭刚度。三是沿竖向结构的侧向刚度

7、宜均匀变化，不应有较大突变，以避免出现薄弱层。可以通过控制层间刚度比、层间抗侧力结构的受剪承载4力比来实现。四是应尽量使结构两个方向的动力特性相近，可以通过控制两个方向的周期相近来实现本项要求。 2.2 支撑内力调整与设计 放大支撑内力设计的支撑称为强剪型支撑，不放大的称为普通支撑，如果要求支撑屈曲或屈服后，与支撑相连的柱子仍保持弹性，这种支撑称为弱剪型支撑框架。弱剪型支撑架因为能够在支撑失去刚度后，钢架本身起到第二道抗震防线的作用，进行弱剪强弯的支撑框架验算，是保证结构延性的一个重要措施。 中心支撑具有较大的侧向刚度，构造相对简单，对减小结构的水平位移和改善结构的内力分布能起到一定的作用，但

8、在水平地震作用下，中心支撑容易产生侧向屈曲。试验证明，在循环荷载作用下，当人字形支撑的横梁刚度较低时，一旦支撑达到水平极限状态，结构的水平承载能力随即大幅下降，导致横梁在支撑处出现不平衡的集中力，可能引起横梁破坏和楼板下陷或隆起，并在横梁两端出现塑性铰。 随着横梁刚度的不断增加，这种现象逐步得到改善。 建筑抗震设计规范中规定，人字形及 V 形支撑的框架梁在支撑连接处应保持连续，并按不计入支撑支点作用的梁验算重力荷载和支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力；不平衡力应按受拉支撑的最小屈曲承载力和受压支撑最大屈曲承载力的 0.3 倍计算。 但在实际工程中，考虑不平衡力后横梁截面过大，故人字形和 V 形支

9、撑采用沿竖向交替设置或采用拉链柱支撑的连接。一是支撑斜杆两端与梁、柱的连接采用刚性连接构造，斜杆端部截面变化处宜做成圆弧；5二是支撑斜杆的拼接接头及斜杆与框架的工地拼接，均采用高强螺栓摩擦型连接或全熔透对接焊缝；三是支撑斜杆与柱或横梁相连处，支撑斜杆翼缘对应位置应设置水平隔板。 2.3 支撑的构造要求 一是斜杆的宽厚比；支撑斜杆中板件的局部失稳，将显著降低支撑斜杆的承载力和耗能容量，试验表明，为确保支撑斜杆具有足够的抗震能力，其板件的宽厚比应比钢梁按塑性设计的要求控制得更小一些。二是严格控制支撑杆件的长细比；三是钢梁在其与 V 形支撑或人字支撑相交处，设置侧向支撑。该支承点与梁端支承点间的侧向

10、长细比以及承载力均应符合钢结构设计规范中关于塑性设计的要求。 3.结语 通过对本工程钢框架-中心支撑结构体系的设计分析，比较可见, 国内规范 GB50011 及 JGJ99 进行钢框架-中心支撑结构设计时,要进一步对普通中心支撑框架结构和特殊中心支撑框架结构在弹塑性阶段的抗震性能及其相关问题展开深入研究。 实践证明，适当的布置竖向支撑，能够显著的改善钢框架的抗侧刚度和抗震性能，并节省用钢量；人为的放大地震工况组合下的支撑内力设计值的强剪型支撑，不仅增大刚度从而增大地震作用力，更会使柱先于支撑屈服发生无侧移失稳，导致整体结构位移响应快速增加；支撑横梁应验算支撑破坏后，按不计入支撑支点作用的梁验算

11、重力荷载和支撑屈曲时不平衡力作用下的承载力，必要时可采用沿竖向交替设置或采用拉链柱；支撑与梁柱连接应做成构造刚接，并保证其杆件的长细比、宽6厚比满足规范要求。通过对杭州东铁商业金融用房项目采用钢框架-中心支撑结构体系，以确保在满足规范各项要求的同时，使结构构件截面最优化以满足建筑的使用功能、空间的最大化。 参考文献 1GB50017-2003 钢结构设计规范S. 2JGJ9998 高层民用建筑钢结构技术规程S. 3刘大海、杨翠如. 高楼钢结构设计M.中国建筑工业出版社.2003. 作者简介：岑政平（1962.4-）,男,籍贯:浙江慈溪,汉嘉设计集团股份有限公司董事长,高级工程师,硕士学历,研究方向:建筑工程项目结构设计） 。