框架—核心筒超高层结构弹塑性分析

框架—核心筒超高层结构弹塑性分析

谭纯洁

深圳工大国际工程设计有限公司 ,广东省深圳市 518000

摘要：现阶段，在城市当中超高建筑逐渐增加，其令城市空间资源压力得到有效缓解，并且，人们对于建筑外观有着更高要求的同时，也对结构抗震与抗风设计提出更高要求。基于此，本文将主要针对框架—核心筒在超高层建筑结构当中的弹塑性展开相关研究与探讨。

关键词：框架—核心筒；超高层建筑；弹塑性

引言：多层建筑是社会经济发展和技术进步的现代材料，人口集中在城市，商业用地的紧张和商业市场的激烈竞争，促进了现代多层建筑的发生和发展，经过100多年的发展，多层建筑的制定和建造得到了快速的发展，近年来，随着科技的发展趋势，多层建筑的高度显着增加。现阶段，世界各地对高层建筑的划分高度和叠加层数都没有统一的要求。一般来说，现阶段世界上高度在100m以上或30层以上的多层建筑被称为高层建筑，我国高层建筑的分区与国际基本相同。

1加强层结构的特点

控制多层建筑结构横向位移的合理方法是在结构的适中部位设置抗弯刚度大的增容层。这种方法的明显特点是：（1）结构的受力情况大大改善。扩大结构抗横向位移的抗弯刚度，合理减少结构横向位移。（2）从经济发展的角度看，有利于在应用和标准的条件下，降低框架柱、柱等预制构件的型材规格，扩大使用面积，提高净毛面积比要求，带有立管层的结构A型芯管结构也有其不足之处，提升层的存在导致结构沿纵向的抗弯刚度发生基因突变，结构的核心筒和外场框架的变形协调地集中在抬升层，从而产生压力和水平荷载的作用，升降层的左右两侧有多层。结构性地震灾害是复杂的，在地震灾害的影响下，极易发生漏层，而直到现在，世界各国都缺乏这种结构的抗震材料，因此，在地震灾区采用具有提升层结构的芯管结构。

2工程概况

高层建筑设计方案使用年限为50年，结构安全等级为Ⅱ级（结构必要性指标ye=1.0），抗震等级为丙级，抗震设防等级为7度，设计方案的地震灾害排名是第一组，现场调查的特征周期为0.39s。特别是本项目结构高度为209.95m，超B高度较大，可用高度为50%P月，同时，为满足建筑功能要求，在26.4m和105.3m处生成两个纵向放置，建筑采用混凝土框架-核心筒结构管理，平面为矩形框架，地下2层，地上55层。

3有限元模型的建立与地震等级的选取

3.1精细化有限元模型的建立

能够深入了解结构在地震灾害下的破坏特征，是结构性能设计方案的主要依据。许多研究表明，模拟计算长期以来一直是掌握各种结构地震灾害破坏原理的主要途径。其中，大中型商业服务Midas Building的通用有限元分析程序流程已广泛应用于高层住宅和高层住宅结构的抗震性能评价中。并专门指导上述结构的性能化设计方案，因此本文还根据Midas Building对高层住宅结构核心筒进行弹塑性分析和性能化设计方案的研究。选择塑性铰模型来模拟高层住宅结构的各种预制构件。柱模块：采用柔度法进行梁模块的公式计算，载荷作用下的变形和偏移应用于小变形友好截面假设的基本理论，假设扭矩、轴力和弯矩分量相互分离。本项目的柱梁模块采用弯矩-转角模块。弯矩-转角柱梁模块安装在模块两侧，带有0长度的平移和旋转离散系统扭簧，该模块是一个具有延展性的离散系统模块类型。对于柱模块，本项目计算中使用的P-M类型是相关的。PM型相关分析在估计原始折衷面时，利用原荷载引起的轴力计算折衷弯矩，在分析过程中始终不考虑轴力变换的影响，即：计算折衷面时使用的计算方法。轴向力仍施加原载荷的轴向力。当原载荷点在折衷面内侧时，可得到等效于轴向力的折衷弯矩。当载荷点在折衷面外时，载荷点与起点线与折衷面的交点为其屈服强度。墙体模块：墙体模块采用基于化纤实体模型的离散系统框架柱模块。混凝土原材料本构采用混凝土规范附录C.2.1中给出的双轴力曲线，建筑钢本构采用双曲实体模型，折衷后的刚度比为0.01P。

3.2动力特性分析

有效可靠的详细有限元分析实体模型是科研结构抗震性能的主要依据。利用对比绘图软件PKPM和弹塑性分析系统Midas Building的模态分析的典型结果，验证实体模型在延性环节。稳定。建筑结构实体模型总质量为136 323t，SATWE实体模型总质量为140406t，它非常接近建筑实体模型。对基桩在力荷载作用下进行模态分析和分析，得到关键部位的纵向偏移，以及重要结构的内力，并与SATWE值进行比较。结果表明，两种实体模型的数值也一致，结构的多形式阻尼系数为4%。

3.3地震等级的选取

按照《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016年版）（俗称抗震规范）的要求，并按照结构地质环境标准，本文选取2-9级地震数据库查询的纯自然波，包括纯自然波1（X方向命名为L256，Y方向命名为L257），纯自然波2（X方向命名为L781，Y方向命名为（L782）、人工波（X方向命名为L750-4，Y方向命名为L750-5）。需要特别注意的是，3次地震数据与标准反射谱在结构基本循环时间点的相对偏差不超过20%，符合标准的相关规定。

4计算结果分析

4.1周期及位移模型分析结果比较

(1)设置加强层可以减少结构的自振循环时间，说明由于设置了加强层，结构的抗弯刚度增大。(2)抬升层对结构中间的振动形状周期时间有较大的干扰。对低级振动形态的危害相对较小。(3)设置增强层可以减少结构端点的偏移。(4)设置增强层和不设置提升的结构比较，在产生较大偏差和最小偏差时始终没有变化。(5)当结构不是很高时，抬升层对结构端部移位的危害不是很显着，说明不是超高层没必要设置加强层。

4.2结构内力模型分析结果

(1)对于框架梁而言，弯矩值和剪应力值在16楼有突变，而且突变值比较大，约为方案1内部工程值的1.5倍。(2)对于框架梁而言，除16层周边内部工程外，方案2和方案1不符合内部工程。其他楼层内部做工不错。由此可见，高架地板的大部分设置只影响建筑物梁的内部工作改造。(3)对于框架柱而言，方案1和方案2的弯矩和剪应力值在1楼和17楼附近有很大的基因突变值。17楼附近弯矩和剪应力值的突变，可能是框架和框架柱两种不同变形模式的协调造成的。(4)对于框架柱而言，方案2在16.17层和方案1的弯矩和剪应力有比较大的基因突变，其他各层的标准值大都一致。换句话说，抬升层对结构的弯矩和剪应力是相对有害的。但是，危险只在提升层和以上多层。它对其他建筑物的影响不大。 (5)对于框架柱而言，方案1和方案2的轴力值大多与方案2一致。16层以下方案2的轴力值略大于方案4。(6)对于剪力墙而言，方案1和方案2的弯矩吻合较好。方案2的2层剪应力大于方案1的剪应力，16层和20层周边有变化。但是，变化值不是很显着。由此可见，安装这种抗弯刚度相对有限的提升层，说明此有限刚度加强层的设置对于剪力墙前力的影响并不大。

结语：

提升层的设置减少了结构的自振循环时间，说明由于设置了加强层，结构的抗弯刚度增大，这合理地减少了结构的偏差，同时，无论是否设置加强层，固体层的相对位移从结构底部到结构顶部均呈递减发展；吊装层的设置使吊装层周围的结构具有抗弯刚度，特别是吊装层和上层引起突变，这种影响对结构的其他建筑物来说是不存在的。

参考文献：

1. 郭劲松, 沈飞扬, 兰旭博. 深圳某框架-核心筒结构的弹塑性分析[J]. 价值工程, 2019, 38(21):3.

2. 赵攀宇, 何骁, 伍燕,等. 某超高层结构大震静,动力弹塑性分析对比[J]. 四川建筑, 2019, 39(4):5.

3. 哈敏强, 司漪, 张磊. 设置核心筒外剪力墙的超高层结构设计[J]. 建筑结构, 2019, 49(22):5.

4. 曾麒中, 彭维, 肖龙君. 长沙某超高层结构设计与抗震分析[J]. 建筑与装饰, 2019(9):2.