试述柱、墙轴向变形差异对高层建筑框筒结构的影响.pdf

尸 旗 携建设 一 一 一 一 、 [ 文章编号] 1 6 7 2 - 7 0 4 5 2 0 0 7 0 7 0 0 6 3 0 2 i 摘要 本文通 过一 个 高层外 框 架柱 一内核 心筒 框剪 结构 的 工程 实 例 ， 对 比分 析 由于墙 、 柱 轴 向 变形差 异对结构 受力性能 的影 响， 并探 讨进 行设计 时相应 的解决办法。 关键词 轴向变形差异高层建筑 框 筒结构 [ 中图分类号] T U 9 7 3 [ 文献标识码] A 1 引言 高层建筑层数多、 重量大， 墙、 柱 的轴向变形影响显著， 计算时应加以 考虑。 轴向变形时， 结构“ 变柔” ， 刚度 降低， 侧移增加， 层间剪力减少， 楼层 弯矩增大。在工程设计中发现， 对于 高层框剪结构和混合结构， 轴向变形 除了上述影响外， 由于墙 、 柱轴 向变 形的差异对结构带来的不利影响更 为明显。 2 工程概 况 ●林毅 块五星级酒店， 长 9 6 m ， 宽 3 1 ． 4 m ， 由 主楼和裙楼共同组成， 其中设置 了一 道防震缝将主楼与裙楼分开。 主楼部 分长 4 4 m ， 宽 2 9 ． 6 m ， 地 下 2层 ， 地 上 2 6层， 高 9 9 - 8 m ， 框架 一剪力墙结构。 设计使用年限 5 O年 ， 抗震设防烈度 6 度， 设计地震为分组第一组， 框架、 剪 力墙抗震等级均为三级， 场地土类别 1I 类。基本风压按 1 0 0 年重现期风压 值 w 。 0 ． 3 5 k N ／ m 。 3 计算分析 结构平面方案如图 1 所示。 柳 州阳光 1 0 0城市广 场 D一2地 图 1 采用 P K P M之 S A T W E进行 计算 。 众所周知， 采用不同的加载方式进行 计算， 得出的墙、 柱轴向变形会有所 不同。为了便于分析墙、 柱轴向变形 差异的影响， 计算拟采用两种不同的 加载方式进行比较分析。其中， S A T W E 中的“ 模拟施工加载 1 ” 是通常采用的 加载方式， 也是最接近实际的一种加 载方式， 能较准确地反映墙、 柱的轴 向变形； “ 模拟施工加载 2 ” 是在“ 模拟 施工加载 1 ” 的基础上， 人为将竖向构 件的轴向刚度增大 1 o倍 考虑了基 础不均匀沉降对轴向变形的 “ 抵消” 作用， 在理论上并不严密， 只能说是 一 种经验上的处理方法， 本文不再讨 论 ，算出的墙、柱的轴向变形会较 小 。因此， 本工程 分别采取 以上 两种 加载方式进行计算比较。 4 结果分析 分别 采用 P K P M之 S A T W E中的两 种加载方式 “ 模拟施工加载 1 ” 和“ 模 拟施工加载 2 ” 进行计算， 得出因墙、 柱轴向变形差异影响的不同结果， 如 表 1 所示 。 0 1 ． ． 维普资讯 槭糖建设 表 1 采用两种加载 方式得 出的轴 向 变形差异结果表 柱分担轴力百分比 墙分担轴力百分比 框架粱最大负弯矩 加载 1 轴 向变形差异大 7 2． 9 1 ％ 2 7 ． O 9 ％ - 1 0 7 3 ． g k N 加载 2 轴向变形差异小 7 7 ． 9 4 ％ 2 2 ． O 6 ％ - 7 4 0 ． 7 k N 根据上述结果可以看出 随着内 简与外柱的轴向变形差异的增加， 由 此产生的附加内力会使外柱受力减 小， 内筒受力增加， 框架梁受力增加。 理论分析如 图2所示，杆件 A B 在 B端 外柱 发生位移时， B端因刚 度不大将产生转角， A端 内筒 因刚 度大转角较小， 暂忽略不计。 考虑到层间侧移，节点力矩平 衡 c I 4 2 i c l 式 中， i b 、 i o 分 别为梁柱线刚度 。 当／ k l时， M AB ． 删 ，孚 ㈦ Q 蹦 去 ‘ 1 2 ib3 ‘ ●‘ I ● ● 如图 3所示， 当 B支座发生单位 位移时，柱 A C 、 B D底轴力增量分别 为 一 者 ‘丁12 ih 压 力 4 。 焘 ’ 5 由此可见， 内筒与外柱的轴向变 形差异越大 外柱轴向变形较多， 内 筒轴向变形较少 ，由于支座位移而 产生的附加内力对梁、 柱 、 墙的影响 越大， 内筒分担的轴力增加， 外柱分 担的轴力减小， 框架梁内筒支座处的 负弯矩增加， 造成了“ 梁拉柱” 的情况 出现。以本工程为例， 由于 内筒与外 柱的轴向变形差异较大， 上述情况尤 为明显， 造成框架梁和内筒下基础局 部应力过大，外柱和外柱下基础偏 小。若实际的轴向变形差异没计算结 果大 涉及墙柱轴向变形的因素较 多， 本文不再讨论 ， 反而会使外柱和 外柱下基础偏不安全， 从而导致整体 结构偏不安全。 5 小结 综上所述，对于高层框筒结构， 由于内筒与外柱的轴 向变形差异而 产生的影响不可忽略。因此， 设计时 C D A B 、 、 、 、 司 C 一 、 、 ● 图 3 应注意以下几点 1 采用 P K P M之 S A T W E进行整 体计算时， 应采用“ 模拟施工加载 1 ” 的加载方式， 以保证中筒和框架梁的 安全度 。“ 模拟施工加 载 2 ” 仅适用于 地 基 出现 不均匀沉 降的情况 ， 且必须 是 中筒下的沉降大于外柱下的沉降， 反之则更为不安全。因此， “ 模拟施工 加载 2 ” 应慎用。 2 进行外柱和外柱下基础的设 计时， 计算上宜将框架梁的两端均按 铰接处理， 以避免“ 梁拉柱” 的情况出 现， 从而保证外柱和外柱下基础的安 全度 。 3 尽量减少内筒与外柱的轴向 变形的差异。弱化中筒的刚度， 如减 小墙厚、 削去不必要的墙肢 、 墙上开 洞等， 强化外柱的刚度， 如加大柱截 面 、 增加外柱的根数、 采用型钢混凝 土柱 等。 4 增加 框 架梁 的 刚度 ， 如局 部 加大梁截面采用变截面梁、 在内筒外 围增设一排柱 以减小框架梁的跨度 等 。 参考文献 [ 1 】 未伯 钦 ， 周 竞 欧 ， 许 哲 明 ． 结 构 力学 【 M 】 ． 上 海 同济 大 学 出版 社 ． 2 00 4 【 2 】 张欣 ， 刘 尔烈 ． 超静 定刚架计 算 中轴 向 变形 的影 响 【 J 】 ． 天津 大 学 学报 ， l 9 0 7 5 【 3 】 康 为江 ， 郦世平 ． 轴 向 变形与 楼 板 变形对 混合 结构 受 力性 能 的影 响【 J 】 ． 四川建筑科 学研 究， 2 0 0 6 1 作 者 单 位 广 W i ． ．q k学 土 木 工 程 学 院 广 西南 宁53 000 4； 广西 华 蓝设 “d- 1团 有 限 公司， 广西南 宁 53 001 1 o I g ．o o z ． ． 维普资讯