框架——核心筒結構力學性能分析

張曉峰，李  力

(西南交通大學土木學院，四川成都610031)

    高層建筑是近代經濟發展和科學技術進步的產物，城市人口集中，用地緊張以及商業競爭的激烈，促使了近代高層建筑的出現和發展。經過l00多年的發展，高層建筑的設計和建造技術取得了迅猛發展。

    近幾年來，隨著科學技術的發展，高層建筑的高度有了大幅度的增長，出現了超高層建筑，目前世界各國對超高層建筑的劃分高度及層數也沒有統一規定。一般來說，目前國際上把高度在100 m以上或層數在30層以上的高層建筑稱  為超高層建筑。國內超高層建筑的劃分和國際上基本相同。

1.帶加強層結構的特點

    高層建筑結構抗震設計中一種有效控制結構側移的方  法是在結構適當位置設置剛度很大的水平加強層，這種方法  的突出優點是：

    (1)明顯改善結構的受力狀態，增大結構抗側移剛度，有效減少結構側移。

    (2)從經濟的角度來看，在滿足使用功能和規范要求的前提下，減小剪力墻、柱等構件的截面尺寸，增大了使用面積，提高凈、毛面積比，有利于建筑的使用。

    帶加強層框架一核心筒結構也有其缺點。加強層的存在使結構剛度沿豎向發生突變，結構的核心筒和外圍框架的變形協調集中在加強層處，這就導致在重力和水平荷載作用下，加強層上下附近幾層的內力發生突變，結構地震反應復雜，在地震作用下容易出現薄弱層，而且直到目前為止國內外缺乏此類結構的震害資料，因此帶加強層框架一核心筒結構在地震區采用時應采取專門的有效措施，9度區不應采用。

2.算例分析及比較

    2.1計算模型

    計算模型為一普通框架核心筒結構(方案l)和在此框  架一核芯筒結構上設置加強層(方案2，加強層設置于第l6層)的結構。結構總高度為l08 m，24層，標準層高為4.5mn，采用蘭州波-4對這兩個模型進行罕遇地震下的非線性動力時程分析。

    2.2計算結果分析

    2.2.1周期及位移模型分析結果比較

    (1)設置加強層可以使結構的自振周期減小，說明結構  剛度因為設置加強層而增大；

    (2)加強層對結構中間振型周期的影響較大，而對于低  階振型的影響比較小；

    (3)設置加強層可以使結構頂點位移減小：

    (4)設置加強層和不設置加強的結構比較，其最大位移發生時刻和最小位移發生時刻沒有變化；

    (5)加強層對結構頂點位移的影響在結構不是很高的情況下并不是很明顯，說明不是超高層沒必要設置加強層。

    2.2.2結構內力模型分析結果

    (1)對于框架梁而言，方案2的彎矩值和剪力值在16層有突變，且突變值較大，約為方案1在此處內力值的1．5倍；

    (2)對于框架梁而言，方案2和方案1除16層附近內力不吻合外，其他層內力吻合的較好，說明加強層的設置基本上只影響到本樓層梁的內力變化；

    (3)對于框架柱而言，方案l和方案2的彎矩值及剪力值在第1層和第17層附近都有較大的突變值。l7層附近彎矩值和剪力值突變可能是框架和剪力墻兩種不同變形模式的協調所引起的；

    (4)對于框架柱而言，方案2在16、17層之間與方案l的彎矩和剪力有較大突變，其他各層數值基本上是吻合的。也就是說加強層對于結構的彎矩和剪力有較大影響，但是影響只在加強層及以上幾層，對于其他樓層并無太大影響；

    (5)對于框架柱而言，方案l和方案2的軸力值基本上吻合，方案2在第16層以下的軸力值略大于方案l；

    (6)對于剪力墻而言，方案l和方案2的彎矩吻合得較好，方案2的剪力在2層處比方案1此處剪力大，且在16層附近及20層均有變化，但是變化值不甚明顯，說明此有限剛度加強層的設置對于剪力墻剪力的影響并不大。

3.結論

    (1)加強層的設置使結構的自振周期減小，說明結構剛度因為設置加強層而增大，從而有效減小了結構的位移。

    (2)不論設置加強層與否，層間相對位移從結構底部到結構頂部呈減小的趨勢；加強層的設置使結構剛度在加強層附近，尤其是加強層及上面一層產生突變，而這樣的影響對于結構的其他樓層很小。

    (3)加強層的設置使結果產生較大的內力突變。

參考文獻

[1]阮永輝，呂西林．帶水平加強層的超高層結構的力學性能分析[J]．結構分析，2000(4)．

[2]唐興榮．特殊和復雜高層建筑結構設計[M]．機械工業出版社，

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)