框筒结构在超高层建筑的应用

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建筑设计
印丽地产露刊
框筒结构在超高层建筑的应用
张 以程
（ 顺德 区海骏 达房地 产 开发有 限公 司 ５ ２ ８ ３ ０ ５）
【 摘要 】 框 简 结 构被 认 为 是 现 如 今 最 先 进 的建 筑 结 构 ， 广 泛 的应 用在 超 高层 建 筑 中。 那 么本 文基 于框 筒结构 在建 筑学 、 工 程 学上 具 有 的优 点 ， 阐释 其 在 超 高层 建 筑
中 的应 用 。 【 关 词】 框 简结 构 ； 超 高 层 建 筑
前言 ： 随着 时 代 的进 步 ， 建 筑 物 的 高度 越来越高 。 传 统 的建 筑 结 构 已经 无 法 满 足 超 高 层 建 筑 的建 筑 特 点 。 框 筒 结 构 的 尝 试 给了“ 超高层建筑 ” 一次机会 ， 满 足 了安 全 规 范 的前提 下 ， 其 他 方 面 也表 现 的 不错 。 那 么， 框 筒 结 构 在 超 高 层 建 筑 中 的 应用 亦 随 着 时 代 的进 步在 做 不 同 的 尝试 ， 这 些 尝试 从某 种程 度上 来说 ， 更 加 完善 了超 高 层 建 筑存 在 的 弊 端 ， 更 加符 合 人 们 需 求 的 超高 层 建 筑 离 我们 越 来 越 近 １ １ ． 浅析 框筒结 构与超 高层建筑 １ ． １ 框筒 结 构 简介 在 框架 结 构 中 ， 设 置 部分 剪 力墙 ， 使 框 架和 剪 力 墙 两者 结 合 起来 ， 取 长补 短 ， 共 同 抵抗 水 平 荷 载 ， 如 果把 剪 力 墙 布置 成简 体 ， 围 成 的竖 向箱 形截 面 的薄 臂 筒 和密 柱 框 架 组 成 的 竖 向箱 形 截 面 ， 可 称 为 框 架 一简 体 结构体系 ， 这 种 结 构 具 有 较 高 的 抗 侧 移 刚 度。 这样 的 构 造 常 常被 用 于 剧 场 、 商场 、 体 育馆 、 火 车站 等大 型公 共 场 所 。 其 空 间分 隔 灵活 ， 自重轻 等等 框架 结 构 的 特点 ， 比普 通 构造在框架结构设计上更结实耐 用， 而 且 有 很 大 的 自如 性 、 延展 性 ， 因此 受 到设 计 师 们 的 喜爱 。 除 此之 外 ， 省 料 的 同 时还 能提 供 非一 般 的强 度 ， 使 整个 建筑 质 量 减轻 ， 具 有 良好的抗震性 。 有 的人这样评价它 ： 框筒结 构 作 为 高 层 建 筑 的 结构 体 系之 一 ， 其 抗 侧 力 刚度 远 远 大 于 框 架 一核 心 筒 结 构 ， 可 有 效 地 减 小 框 架 柱 及 内核 心 筒墙 体 厚 度 ， 使 材 料 消耗 大为 降 低 ； 更 重 要 的是 形 成 了双 重 抗 侧力 体系 ， 使 抗 震 安 全 性能 大 为增 加 。 １ ． ２ 框 筒 结构 如 何迎 合 了超 高 层建 筑 的建 筑 需 求 超 高 层 建筑 指４ Ｏ 层 以上 ， 高度１ ０ ０ 米 以 上 的 建筑 物 。 超高 层 建 筑结 构 相 当复 杂 、 密 集， 建筑 整 体 难度 比较 大 ， 所 面 临 的 问题 及 不可 预测 的 因 素相 当 多 ， 这就 要 求 一个 能 够提供稳 固支撑能力的框架 。 在 很 多结 构 中， 框 架一核 心筒 结 构 脱 颖 而 出 ， 它 是超 高 层 建 筑 常 用结 构 体 系之 一 ， 塔 楼 平面 布 置 形式 以三 角形 、 矩形 和 多边 形 为 主 ， 其 中矩 形平 面应 用最 为 广 泛 。 其 依 靠设 计 方 案 ， 可 以为 超 高 层建 筑 较 好 地抗 震 能 力 和稳 定 水 平， 而这 正 是 超 高层 建筑 欠缺 的方 面 。 ２ ． 框 筒结构 在超高 层建筑 的应 用 ２ ． １框筒结构在超高层建筑 中的完美 表 现 首 先 对超 高层 钢 管 混凝 土框 架 一核 心
筒 结 构 进 行 整 体 稳 定性 分 析 。 以整 体 稳 定 性分析原理为理论依据进行分析 ， 其 中结 构 失 稳 是 指 外 力 作 用 下 结 构 的 平 衡 状 态 开 始 丧 失 稍 有 扰 动 时 变 形 便 迅 速 增 大 最 后 使 结 构 破 坏 它 包 含 两 类 稳 定 性 问题 第 类 是 理 想 化 的 情 况 即结 构 达 到 某 种 荷 载 时 除 原 来 的平 衡 状 态 外还 可 能 出 现 第 二个平衡 状态数 学上为 求线性特 征值 问 题， 即 线性 屈 曲分 析 。 通 过 结 构整 体 稳 定 性分析 （ 结 构整体 稳定性分析 、 非 线 性 屈 曲分 析 ） ， 在 运 用 相 关 软 件 进 行 较 为 复 杂 的计算 ， 得 出结论 ： 这 样的结 构具 有较好 的整体稳定性 能。 个建 筑 物 的 抗震 级 别 主要 依 据其 结 构 的动 力 弹 塑 性 ， 在对 超 高层 建 筑 中框 筒 结 构 的 动 力 动 力 弹 塑 性 测 试 后得 出 ： 结 构 竖立不倒 ， 主 要 抗 侧 力 构 件 没有 发生 严 重 破坏 ， 多 数 连梁 屈 服耗 能 ， 部 分 框架 梁 参 与 塑性耗能 ， 但 不 至 于 引 起 局部 倒 塌 和 危及 结构整体安全 。 能 够 满 足 设 定 的 大 震 下结 构性 能 目标 的 要求 ； 在 罕 遇 地震 作 用 下 ， 结 构 连 梁最 先 出现 塑 性 铰 ， 然 后 连 梁 损 伤 迅 速 发展 并 出现 剪 切 损 伤 ， 随 时 程 输 入 连 梁 损伤 逐 步 累 积 ， 结 构部 分 框 架 梁 进 入 塑性 阶 段参 与结 构整 体 塑 性 耗 能 ， 但 框 架 梁 整 体 塑性 损 伤 有 限 ； 结 构 框 架 柱 全 部 未 进 入 屈 服状态 ， 二、 三层跃层柱未 出现损伤 ； 地 震 输 入 结 束 时 剪 力 墙 出现 极 少 量 局 部 损 伤， 未 出 现剪 力 墙 全 截 面 进 入 屈 服 状 态 ； 整个 外 框架 在 罕 遇地 震 作用 下基 本保 持 弹 性 工 作状 态 ， 部 分 框 架 梁 的塑 性 损 伤 超 过 开 裂强 度 水准 ， 极 少 数超 过 屈 服强 度 水准 ； 框 架柱 塑 性损 伤 绝 大部 分 未达 到 开裂 强 度 水准 ， 结 构外 框 架 作 为 第 二 道 设 防体 系 具 有 足够 的 富余 ， 罕遇 地 震作 用 下 ， 筒体 剪 力 墙 满 足 抗 剪 弹性 的设 防要 求 ， 未 出现 剪 力 墙全截面剪切型损伤 ， 混 凝 土 受 压 和 钢 筋 拉 压 都 处于 弹 性 阶段 ； 罕 遇地 震 作 用 下 ， 结 构楼 层 位 移 角 时程 包 络满 足 不 大于 １ ／ １ ０ ０ 的抗震 设 防要求 ； 整 体 来看 ， 结 构在 罕 遇 地 震 输 入 下 的 弹 塑 性 反 应 及 破 坏机 制 ， 符 合 结 构 抗 震 工 程 的概 念 设 计 要 求 ， 抗 震 性能达到“ 大 震不 倒 ” 的抗 震 性 能 目标 。 这 测 试很 好 的 的展 现 了框 筒 结构 应 用 在超 高 层 建 筑 中的 抗 震 能 力 ！ 以 顺 德 某 广 场 酒 店 超 高 层 结 构 设 计 为例 ， 该 楼 总高 ２ ０ ０ ． ２ ５ ｍ， 属Ｂ 级 高度 高层 建筑 。 抗 震设 防烈 度 为 ７ 度， 抗 震 设 防 类 别 为 标 准设 防 类 ， 框 架 及 核 心 筒 抗 震 等 级 均 为一级 ， 建 筑 场 地 类 别 属 Ⅱ类 ， 工程 采用 框架 一 核心 筒 结构 ， 外框 架 为４ ３ ． ８ ｍ ｘ ４ ３ ． ８ ｍ， 核 心筒 为 ｌ ８ ． ９ ｍ ｘ １ ８ ． ８ ｍ， 核 心 筒 外 墙 为９ Ｏ Ｏ ｍｍ ～４ ５ Ｏ ｍｍ ， 内墙 为４ ０ ０ ｍｍ ～ ２ ０ ０ ｍｍ ， 基础 采用 灌注 桩 基础 。 其 采 用单 向 梁从外框搭 向核心 筒外墙 ， 受 力简单 ， 可