巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、巨型框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-結(jié)構(gòu)理論摘要：巨型框架結(jié)構(gòu)由主框架與次框架組成，本文總結(jié)了巨型框架結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并結(jié)合具體算例對(duì)一53層的建筑進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明巨型框架結(jié)構(gòu)受力性能良好，可為類似工程提供參考。關(guān)鍵詞：巨型框架；抗震；設(shè)計(jì)　　1前言　　　巨型結(jié)構(gòu)是從20世紀(jì)70年代以后，伴隨著高層建筑發(fā)展由梁式轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的一種新型結(jié)構(gòu)體系。它是一個(gè)建筑中由幾個(gè)大型結(jié)構(gòu)單元所組成的主框架與其它結(jié)構(gòu)單元組成的次框架共同工作，從而得到更大穩(wěn)定性和更高效能的高層建筑結(jié)構(gòu)體系。巨型結(jié)構(gòu)由主、次兩級(jí)結(jié)構(gòu)組成，打破了傳統(tǒng)的以單獨(dú)樓層作為基本結(jié)構(gòu)單元的格局，有著其它

2、結(jié)構(gòu)無法達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)。主框架本身可以是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，其中巨型柱的尺寸通常大大超過普通框架柱，在鋼筋混凝土巨型結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)為一個(gè)由樓梯間或電梯間構(gòu)成的井筒；在鋼骨混凝土巨型結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)為一個(gè)巨大的實(shí)腹鋼骨混凝土柱：在鋼結(jié)構(gòu)巨型結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)為一個(gè)空間格構(gòu)式構(gòu)架，巨型梁由高度等于或超過一層的平面或空間格構(gòu)式桁架構(gòu)成且一般每隔若干層設(shè)一道。例如香港1990年建成的中國銀行大樓是巨型框架結(jié)構(gòu)，四角就是采用4m見方的巨型混凝土柱，日本神戶TC大廈采用邊長為6.5m的鋼支承為巨型柱。巨型結(jié)構(gòu)的主框架為主要抗側(cè)力體系，次框架僅起到輔助作用和大震下的耗能作用，并負(fù)責(zé)將樓面豎向荷載

3、傳遞給主框架。由此可見，巨型結(jié)構(gòu)是一種具有巨大側(cè)向剛度及整體工作性能的大型結(jié)構(gòu)體系[1]。　　　　2抗震概念設(shè)計(jì)　　　　通過對(duì)上述工程實(shí)例的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可看出，由于地震作用和結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，以及現(xiàn)有計(jì)算理論的　　不精確性，單靠計(jì)算很難確保結(jié)構(gòu)具有足夠的抗震可靠度。因此，從設(shè)計(jì)一開始，就應(yīng)著眼于提高建筑總體抗震能力的概念設(shè)計(jì)，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施，才可能使結(jié)構(gòu)具有良好的耐震性能和足夠的抗震可靠度[2-5]?！　【扌涂蚣芙Y(jié)構(gòu)是框架結(jié)構(gòu)的一種特殊形式，除必須滿足一般框架結(jié)構(gòu)的抗震要求外，同時(shí)在設(shè)計(jì)中還要充分注意到巨型框架結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)?！　?.

4、1抗震設(shè)防要求　　對(duì)于巨型框架結(jié)構(gòu)，也必須采用三個(gè)水準(zhǔn)，二階段設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防要求。其抗震等級(jí)可采用《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[6]（GB5001-2001）表6.1.2中框架結(jié)構(gòu)體系規(guī)定的抗震等級(jí)提高一級(jí)或采用框架剪力墻體系中所規(guī)定的抗震等級(jí)，但樓層框架可相應(yīng)采用框架結(jié)構(gòu)的等級(jí)?！　∮捎谏袩o現(xiàn)成規(guī)范可以依據(jù)，考慮到巨型框架結(jié)構(gòu)為高層或超高層建筑，且巨型框架為整個(gè)結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵承重結(jié)構(gòu)體系，為安全起見，暫定為按相應(yīng)框架剪力墻體系的抗震等級(jí)采用。樓層框架類似于一般的框架，所以暫按框架結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)采用。　　2.2多道抗震防線　　對(duì)于巨型框架結(jié)構(gòu)，可將樓層框架與大柱

5、相接的連染作為第一道防線，在地震作用下，先行屈服；將樓層框架作為第二道防線，小梁、小柱均可屈服，出現(xiàn)塑性鉸；巨型框架主體退居到第三道防線。這樣，不僅能利用樓層框架消耗地震能量，同時(shí)也可起到調(diào)節(jié)巨型框架結(jié)構(gòu)周期的作用，以避開地震動(dòng)卓越周期長時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。　　2.3合理的屈服機(jī)制　　結(jié)構(gòu)總體上應(yīng)是樓層框架先于巨型框架屈服；對(duì)樓層框架來說，應(yīng)是強(qiáng)其它構(gòu)件弱連梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉；對(duì)巨型框架來說，應(yīng)是強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱拉。這種屈服機(jī)制體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)中各部件重要性的不同，并能增加結(jié)構(gòu)的延性和耗能力，并防止脆性破壞，使得多道

6、抗震防線得以可證。這里需要指出，樓層框架兩邊有大柱支撐，小梁、小柱都允許屈服，這樣可以吸收更多的地震能量；另外，連梁承擔(dān)的彎矩本來就較大，故讓它先屈服也符合受力特點(diǎn)，還能節(jié)約材料，再者，為確保結(jié)構(gòu)的整體性，構(gòu)件間必須有可靠的連接。故節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度必須得到可靠的保證。　　2.4剛度、承載力和延性的匹配　　一方面，若高層建筑結(jié)構(gòu)的抗推剛度大，自振周期就減短，地震作用的數(shù)值相應(yīng)增大，那么，結(jié)構(gòu)必須具有與其剛度相匹配的較高水平的屈服抗力。另一方面，若建筑物的抗推剛度過小，雖然地震引起的內(nèi)力減小了，但整個(gè)結(jié)構(gòu)的側(cè)移將增大，這樣，必須對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件提出很高的延性要求。但此時(shí)

7、易造成的惡果是構(gòu)件配筋過密，施工難度加大，同時(shí)還會(huì)引起P-△效應(yīng)問題和非結(jié)構(gòu)部件的破壞。上述兩方面提示我們，抗推剛度要適當(dāng)。從而，能從根本上減小作用于構(gòu)件上的水平力，避免構(gòu)件發(fā)生承載力破壞；同時(shí)，也不能片面追求延性，應(yīng)從兩方面綜合考慮，才能做到既安全又經(jīng)濟(jì)。同時(shí)還應(yīng)協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件的剛度和延性，使之相互匹配，才能使各構(gòu)件同步協(xié)調(diào)地發(fā)揮水平抗力，避免被各個(gè)擊破。　　2.5提高延性的重點(diǎn)　　在結(jié)構(gòu)中應(yīng)有選擇地重點(diǎn)提高重要構(gòu)件和關(guān)鍵部位的延性，做到經(jīng)濟(jì)有效。沿高度方向，應(yīng)重點(diǎn)提高柔弱樓層構(gòu)件的延性；沿平面方向應(yīng)重點(diǎn)提高風(fēng)吹雨打邊轉(zhuǎn)角處，平面突變處及復(fù)雜平面各

8、翼緣相接處構(gòu)件的延性。當(dāng)然還應(yīng)提高前幾道抗震防線中構(gòu)件的延性，對(duì)同一構(gòu)件來說，重點(diǎn)提高可能首先