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        懸吊樓蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析

        2017-01-09 01:04:54廖理安李常虹孟憲亮中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司四川成都610042
        四川建筑 2016年6期
        關(guān)鍵詞:弦桿樓蓋吊桿

        廖理安,李常虹,孟憲亮(中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都 610042)

        懸吊樓蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析

        廖理安,李常虹,孟憲亮
        (中國建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都 610042)

        中投證券大廈樓蓋通過吊桿懸掛于轉(zhuǎn)換桁架的下面,轉(zhuǎn)換桁架支承于兩端的框架柱或剪力墻上,應(yīng)避免桁架或吊桿失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生大面積的倒塌。大廈數(shù)據(jù)機(jī)房屋面以下結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí),根據(jù)高規(guī)的要求,也須對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行防連續(xù)倒塌的概念設(shè)計(jì),并進(jìn)行防連續(xù)倒塌分析。文章對(duì)中投證券大廈懸吊樓蓋抗連續(xù)倒塌分析進(jìn)行了介紹。

        懸吊樓蓋;轉(zhuǎn)換桁架;抗連續(xù)倒塌

        1 工程概況

        位于深圳市南山區(qū)后海中心區(qū)的中投證券大廈辦公樓地上29層,標(biāo)準(zhǔn)層層高4.5 m,屋頂結(jié)構(gòu)標(biāo)高137.05 m,平面呈矩形,標(biāo)準(zhǔn)層平面輪廓尺寸(長×寬)為59.4 m×34.2 m。地面以上采用混合結(jié)構(gòu)。

        為滿足辦公區(qū)域布局應(yīng)具有高度的靈活性、適應(yīng)性與視覺穿透性的建筑理念,以及底層大廳、4層、16層、18層樓層平面中部設(shè)置無柱大空間的業(yè)主要求,將主體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件(CFST框架柱、鋼筋混凝土筒)集中布置于矩形建筑平面長向的兩端,中間28.0 m跨度采用在建筑高度中部(14~16層)和頂部(29層、屋頂層)分別設(shè)置兩層高和一層高的鋼桁架進(jìn)行連接,并通過在桁架下弦節(jié)點(diǎn)設(shè)置H型鋼吊柱分別懸掛5F~13F和19F~28F樓面。為滿足3F設(shè)置信息機(jī)房的需要,在3F~4F樓面間設(shè)置了一層高的鋼桁架,同時(shí)為了滿足建筑裙房造型要求,部分鋼桁架設(shè)跨度12 m左右的懸挑段。2F局部樓面通過設(shè)少量圓鋼棒吊桿懸掛于3F~4F桁架下弦節(jié)點(diǎn)上。建筑剖面見圖1。

        圖1 建筑剖面

        2 抗連續(xù)倒塌分析

        本項(xiàng)目低區(qū)、高區(qū)分別有9、10層樓蓋分別通過8根吊柱懸吊于轉(zhuǎn)換桁架之下。裙樓設(shè)有A級(jí)數(shù)據(jù)機(jī)房。考慮爆炸、撞擊、火災(zāi)、人為破壞等偶然作用源等因素,結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的抗連續(xù)倒塌的能力。

        項(xiàng)目結(jié)構(gòu)采用高規(guī)推薦的拆除構(gòu)件法進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)抗倒塌分析。分別拆除底層4軸交D、K軸的支承轉(zhuǎn)換桁架的框架柱、轉(zhuǎn)換桁架支座斜腹桿、與轉(zhuǎn)換桁架下弦節(jié)點(diǎn)直接相連的吊桿段、桁架上弦跨中桿件,采用彈性靜力方法分析剩余結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。拆除吊桿和桁架上弦跨中桿件的抗連續(xù)倒塌分析如下:

        2.1 拆除構(gòu)件法抗連續(xù)倒塌分析的荷載組合

        將JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的式3.12.3和式3.12.4合并展開得到下式:

        Rd≥βηdSGk+βηd∑φqiSQi,k+βψWSWK

        (1)

        結(jié)合各參數(shù)的物理意義,且針對(duì)不同部位的構(gòu)件,可將式(1)轉(zhuǎn)化為四種自定義荷載組合:

        1)對(duì)于直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的中部水平構(gòu)件:

        Rd≥1.34SGk+0.536SQi,k+0.134SWK

        (2)

        2)對(duì)于不直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的中部水平構(gòu)件:

        Rd≥0.67SGk+0.268SQi,k+0.134SWK

        (3)

        3)對(duì)于直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的非中部水平構(gòu)件:

        Rd≥2.0SGk+0.8SQi,k+0.2SWK

        (4)

        4)對(duì)于不直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的非中部水平構(gòu)件:

        Rd≥1.0SGk+0.4SQi,k+0.2SWK

        (5)

        根據(jù)高規(guī)的要求,抗連續(xù)倒塌計(jì)算中,混凝土強(qiáng)度采用標(biāo)準(zhǔn)值;鋼材強(qiáng)度、正截面承載力驗(yàn)算時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)值的1.25倍,受剪承載力驗(yàn)算時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)值的1.0倍。

        2.2 拆除與桁架下弦節(jié)點(diǎn)直接相連的一段鋼吊柱

        拆除14~16層中部桁架中間榀與下弦節(jié)點(diǎn)相連的一根吊柱,具體部位如圖2所示。

        圖2 拆除吊柱后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形(最大位移36mm)

        (1)直接與被拆除吊柱相連的中部水平梁的分析結(jié)果見圖3。

        圖3 直接與被拆除吊柱相連的中部水平梁的應(yīng)力比立面簡圖

        查看圖3中與被拆除吊柱直接相連的中部水平構(gòu)件,應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        (2)不直接與被拆除吊柱相連的中部構(gòu)件的分析結(jié)果見圖4。

        圖4 不直接與被拆除吊柱相連的中部構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

        查看圖4中與被拆除吊柱不直接相連的中部構(gòu)件,應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        (3)與被拆除吊柱相連的柱的分析結(jié)果見圖5。

        圖5 直接與被拆除吊柱相連的吊柱的應(yīng)力比立面簡圖

        據(jù)圖5可知,最大應(yīng)力比為1.14。計(jì)算軟件對(duì)鋼材強(qiáng)度按設(shè)計(jì)值取值,換算為標(biāo)準(zhǔn)值并提高1.25倍后的應(yīng)力比為0.82<1,滿足規(guī)范要求。

        (4)不直接與被拆除吊柱相連的其它構(gòu)件的分析結(jié)果見圖6。

        圖6 其它不直接與被拆除吊柱相連構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

        查看圖6中不直接與被拆除吊柱相連的構(gòu)件,其應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        2.3 拆除頂部桁架中部一根上弦桿

        拆除29層~屋面層中間榀桁架中間部位的一根關(guān)鍵上弦桿,具體部位如圖7所示。

        圖7 拆除吊柱后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形(最大位移37.4mm)

        (1)直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結(jié)果見圖8。

        圖8 直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

        查看圖8可知,與被拆除弦桿直接相連的梁的應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        (2)不直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結(jié)果見圖9。

        圖9 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

        查看圖9可知,與被拆除弦桿直接相連的梁的應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        (3)直接與被拆除弦桿相連吊柱及桁架的分析結(jié)果見圖10。

        圖10 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

        據(jù)圖10可知,最大應(yīng)力比為1.16。計(jì)算軟件對(duì)鋼材強(qiáng)度按設(shè)計(jì)值取值,換算為標(biāo)準(zhǔn)值并提高1.25倍后的應(yīng)力比為0.84<1,滿足規(guī)范要求。

        (4)其它不直接與被拆除弦桿相連構(gòu)件的分析結(jié)果見圖11。

        圖11 不直接與被拆除弦桿相連其他構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

        據(jù)圖11可知,不直接與被拆除弦桿的其他構(gòu)件的應(yīng)力比均小于1,滿足規(guī)范要求。

        3 結(jié)論

        根據(jù)高規(guī)推薦的計(jì)算方法,拆除與桁架下弦節(jié)點(diǎn)相連的一段鋼吊柱及頂層轉(zhuǎn)換桁架跨中的一段上弦桿,進(jìn)行彈性靜力分析,剩余結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力均符合高規(guī)的相關(guān)要求,說明此兩類構(gòu)件破壞后不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。

        [1] JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

        廖理安(1969~),男,碩士,高級(jí)工程師,從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

        TU351

        A

        [定稿日期]2016-12-01

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