周 波, 夏 樂, 左 江

(南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南京 210014)

0 引言

框架-核心筒結(jié)構(gòu)是超高層建筑中常見的結(jié)構(gòu)形式,核心筒內(nèi)集中布置設(shè)備用房及豎向交通空間,核心筒外有開闊的建筑空間,對于建筑設(shè)計(jì)十分友好。然而隨著樓層的升高,建筑設(shè)計(jì)對于豎向交通需求減少,同時(shí)希望擴(kuò)大核心筒外的使用空間,因此需要縮小核心筒尺寸。核心筒尺寸收進(jìn)的常見方法主要有三種:1)區(qū)格收進(jìn);2)墻體轉(zhuǎn)換收進(jìn);3)斜墻收進(jìn)[1]。

區(qū)格收進(jìn)較為直接,能夠快速實(shí)現(xiàn)建筑空間和功能的變化,且施工方便,經(jīng)濟(jì)性較好,但在收進(jìn)部位墻體截面尺寸突變,帶來應(yīng)力集中等問題,增加設(shè)計(jì)難度;采用墻體轉(zhuǎn)換收進(jìn),豎向傳力方式復(fù)雜,轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)難度大;斜墻收進(jìn)方式使核心筒墻體上下連續(xù),抗側(cè)剛度變化較為平緩,經(jīng)過合理的設(shè)計(jì),既能保證結(jié)構(gòu)安全可靠,又能達(dá)到理想的建筑效果,但收進(jìn)過程中,斜墻占用了數(shù)層的建筑空間,且施工較為復(fù)雜[2]。

本工程受核心筒平面布局所限,采用了斜墻收進(jìn)的方式,分析收進(jìn)部位相關(guān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力特點(diǎn),提出相應(yīng)設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

徐州中央國際廣場超高層建筑為續(xù)建項(xiàng)目,原設(shè)計(jì)由兩棟約260m超高層塔樓(東塔和西塔)和一棟高層商業(yè)裙房組成[3-4],建筑效果見圖1。項(xiàng)目于2012—2013年通過全國超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查和施工圖審查,并開始進(jìn)行了后續(xù)的施工建設(shè)。項(xiàng)目于2015年停工,其中東塔核心筒部分墻體已建造至14層(68.00m標(biāo)高),周邊框架梁柱施工至9層[5-6]。

圖1 建筑效果圖

目前,本工程建筑業(yè)態(tài)和功能調(diào)整,其中東塔涉及核心筒斜墻收進(jìn),后文僅對東塔設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。東塔建筑高度由260m減少為約249m,總層數(shù)為62層,1、2層層高為6m,3～8層層高為5.7m,9～12層、35層、48層層高為4.5m,其他各層層高均為3.6m。13層及以上建筑功能修改為酒店式公寓,需將原核心筒尺寸每邊收進(jìn)約2m以獲得更大的外部空間,修改前后的核心筒墻體收進(jìn)平面示意如圖2所示。

圖2 核心筒墻體收進(jìn)平面示意圖

圖3 東塔樓層墻柱布置圖

圖4 核心筒墻體收進(jìn)剖面示意圖

圖5 斜墻受力簡圖

東塔采用鋼管混凝土框架柱+鋼梁-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系,地上62層,結(jié)構(gòu)高度為249.4m,屬于高度超B級的超限高層建筑。

東塔結(jié)構(gòu)平面呈三角形(角部切角),三角形高47.4m,低區(qū)(首層至10層)核心筒三角形平面高29.4m,高區(qū)(13層至屋面)核心筒三角形平面高25.4m。結(jié)構(gòu)高寬比為5.3,低區(qū)核心筒高寬比為8.8,高區(qū)核心筒高寬比為10.3。東塔典型樓層墻柱平面布置如圖 3所示。

東塔核心筒尺寸擬采用斜墻收進(jìn)的方式,在10～13層逐層向內(nèi)傾斜收進(jìn),累計(jì)收進(jìn)約2m。收進(jìn)起始標(biāo)高為50.400m(10層樓面),完成標(biāo)高為63.900m(13層樓面標(biāo)高),傾斜斜率為1∶6.75,如圖 4所示。

東塔主要豎向構(gòu)件截面尺寸見表1。墻體混凝土強(qiáng)度等級由底部C60向上漸變至C40,鋼管混凝土柱混凝土強(qiáng)度等級由底部C50向上漸變至C40。

表1 東塔主要豎向構(gòu)件截面尺寸

鋼梁、鋼管及型鋼鋼材牌號為Q345。核心筒外圍樓板采用鋼筋桁架樓承板,核心筒內(nèi)采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓板,混凝土強(qiáng)度等級為C30。

東塔結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類(乙類),屬7度抗震設(shè)防烈度區(qū),按7度計(jì)算地震作用,按8度要求采取抗震措施。結(jié)構(gòu)抗震等級為一級,鋼筋混凝土核心筒抗震等級提高為特一級[7-8]。

結(jié)構(gòu)抗震性能滿足小震不壞、中震可修、大震不倒的整體結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)。具體各構(gòu)件抗震性能目標(biāo)要求見表2[9]。

表2 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震性能目標(biāo)

2 斜墻收進(jìn)部位結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)

2.1 受力分析

在核心筒斜墻的底部和頂部(即核心筒外墻豎向轉(zhuǎn)折位置),墻體的軸力將產(chǎn)生水平向的分力,該分力由限制斜墻平面外水平側(cè)移的構(gòu)件共同平衡。如圖 5所示,抗側(cè)移構(gòu)件包括核心筒內(nèi)外樓蓋、與斜墻平面外相交的扶壁內(nèi)墻,此外核心筒墻體自身的“環(huán)箍作用”也起到限制斜墻底部和頂部的水平變形的作用。

2.2 結(jié)構(gòu)布置方案

針對2.1節(jié)受力分析,初步設(shè)計(jì)應(yīng)利用和加強(qiáng)一切能夠抵抗斜墻發(fā)生水平變形的構(gòu)件,提高該部分結(jié)構(gòu)的冗余度和可靠度。斜墻收進(jìn)相關(guān)樓層結(jié)構(gòu)布置方式如下:

(1)控制斜墻的傾斜角度不至過大,為保持墻體豎向受力的特性,傾斜角度不應(yīng)超過15°,同時(shí)也與斜墻所在樓層位置有關(guān),樓層位置較低時(shí),傾斜角度應(yīng)控制更加嚴(yán)格。本項(xiàng)目斜墻位置位于塔樓的下部,結(jié)合建筑功能,利用三層斜墻內(nèi)收實(shí)現(xiàn)核心筒縮小,傾斜角度約為8.4°。

(2)墻體轉(zhuǎn)折位置產(chǎn)生水平分力,該兩層樓板除平面外受彎外,還將承受較大的面內(nèi)應(yīng)力,且在轉(zhuǎn)折位置墻體存在向外(10層)或向內(nèi)(13層)的位移趨勢,因此初步設(shè)計(jì)階段加厚轉(zhuǎn)折位置樓層樓板,較易滿足承載能力設(shè)計(jì)要求,并在正常使用階段具有良好的剛度。

(3)加強(qiáng)樓面梁,尤其是核心筒內(nèi)洞口周邊的梁,提高其抗拉和抗壓能力。

(4)充分利用核心筒內(nèi)的建筑隔墻位置設(shè)置與斜墻垂直或斜交的結(jié)構(gòu)“扶壁墻”,加墻對斜墻的平面外支撐作用。

(5)加強(qiáng)核心筒外圍墻體和連梁,使其自身具有很好的“環(huán)箍和支撐”能力。

2.3 結(jié)構(gòu)分析模型

結(jié)構(gòu)計(jì)算分析采用YJK和ETABS兩種軟件,YJK主要用作結(jié)構(gòu)整體計(jì)算與設(shè)計(jì),ETABS用于同YJK計(jì)算結(jié)果的對比,并著重對斜墻部分進(jìn)行補(bǔ)充分析[10-11]。結(jié)構(gòu)整體的主要計(jì)算結(jié)果見表3。由表可見,結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的各項(xiàng)主要結(jié)果均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表3 結(jié)構(gòu)整體主要計(jì)算結(jié)果匯總

采用ETABS建立結(jié)構(gòu)整體模型,其中核心筒斜墻收進(jìn)模型及其局部放大模型如圖6、7所示。分別對斜墻收進(jìn)部位的水平構(gòu)件(核心筒外框架梁、樓面大梁、樓板,核心筒內(nèi)的梁板及連梁)、豎向構(gòu)件(扶壁墻、核心筒斜墻自身)進(jìn)行受力分析。其中核心筒外框架梁為外圍柱間框架梁,樓面大梁為核心筒與框架柱之間的梁。分析工況包括豎向荷載靜力工況和地震工況,地震工況需考慮豎向地震作用。

圖6 核心筒斜墻收進(jìn)模型

圖7 墻體收進(jìn)局部放大模型

圖8 非震基本組合工況下10層樓板最大主應(yīng)力云圖/MPa

圖9 非震基本組合工況下13層樓板最大主應(yīng)力云圖/MPa

3 斜墻收進(jìn)部位結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力性能和設(shè)計(jì)方法

3.1 樓板

核心筒斜墻收進(jìn)起始和終止樓層的樓板,除在平面外承受豎向荷載以外,在面內(nèi)也承受因墻體平面外轉(zhuǎn)折帶來的拉應(yīng)力或壓應(yīng)力。在ETABS模型中僅對斜墻收進(jìn)處樓板采用彈性膜單元進(jìn)行面內(nèi)受力性能的補(bǔ)充分析。

圖 8為非震基本設(shè)計(jì)組合工況下,10層(斜墻收進(jìn)起始層)樓板的應(yīng)力狀態(tài)。由圖可見,核心筒內(nèi)樓板基本處于雙向受拉的應(yīng)力狀態(tài),除局部與墻連接處的樓板出現(xiàn)應(yīng)力集中外,樓板拉應(yīng)力基本為1～3MPa。核心筒外樓板主拉應(yīng)力方向平行于墻面方向(簡稱環(huán)向),相應(yīng)的主壓應(yīng)力方向垂直于墻面方向(簡稱徑向)。外圍樓板拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值基本小于2MPa,局部與核心筒相鄰的樓板拉應(yīng)力較大,約為3.6～3.8MPa。核心筒外樓板對斜墻具有“環(huán)箍作用”。

圖 9為非震基本組合工況下,13層(斜墻收進(jìn)完成位置)樓板的應(yīng)力狀態(tài)。由圖可見,核心筒內(nèi)樓板基本處于雙向受壓狀態(tài),角部仍有樓板最大主應(yīng)力為正值,最大為1.88MPa。核心筒外樓板主拉應(yīng)力方向?yàn)閺较?應(yīng)力值大多未超過2MPa。核心筒右下方墻體內(nèi)樓板開洞較多,與墻體垂直的扶壁墻相對較少,其向內(nèi)側(cè)的水平變形稍大,尤其是圖中箭頭所示位置,該片墻外側(cè)樓板最大主應(yīng)力較大,最大值為2.64MPa。

綜上,10、13層樓板不僅在豎向荷載下將產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,面內(nèi)還將存在拉壓應(yīng)力,樓板為拉彎或壓彎構(gòu)件,需按該受力狀態(tài)進(jìn)行承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。對于壓彎狀態(tài),13層核心筒內(nèi)樓板基本處于雙向受壓狀態(tài)且壓應(yīng)力值較小,遠(yuǎn)未達(dá)到混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;且樓板跨度較小,彎曲應(yīng)力不明顯,核心筒外相關(guān)方向壓應(yīng)力水平較低,有利于提高樓板的受彎承載力,因此樓板按照純彎構(gòu)件設(shè)計(jì)是偏于安全的[12];對于拉彎狀態(tài),樓板應(yīng)按拉彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

考慮豎向地震作用的多遇地震基本組合工況下,10、13層樓板的受力性能與非地震工況類似。除樓板局部應(yīng)力集中部位外,普遍較非地震工況下的荷載效應(yīng)基本組合略小,見圖10、11。本工程樓板承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)由非地震工況下的荷載效應(yīng)基本組合控制。

圖10 多遇地震基本組合工況下10層樓板最大主應(yīng)力云圖/MPa

圖11 多遇地震基本組合工況下13層樓板最大主應(yīng)力云圖/MPa

由圖10、11可見,多遇地震基本組合工況下,樓板的面內(nèi)最大拉應(yīng)力未超過其混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,能夠保證正常使用極限狀態(tài)的要求和樓板的面內(nèi)剛度,為斜墻在豎向荷載下的正常工作提供條件[13]。

3.2 樓面梁

對于樓面梁的軸力分析,樓板依然采用彈性膜,偏安全地考慮核心筒外樓板損傷退出工作,忽略其面內(nèi)剛度。

在豎向荷載作用下,10、13層核心筒外樓面梁軸力性能示意見圖12。經(jīng)計(jì)算分別給出非地震工況下豎向荷載的基本組合和多遇地震時(shí)考慮豎向地震的基本組合,10、13層樓面梁的軸力云圖(拉力為正,壓力為負(fù))見圖13～16。由圖13～16可見,10層核心筒內(nèi)梁主要受拉、核心筒外徑向梁受壓,柱間框架梁受拉且拉力大小較為接近;13層核心筒內(nèi)梁主要受壓、核心筒外徑向梁主要受拉,柱間框架梁軸力很小或出現(xiàn)軸壓力。由于東側(cè)墻體向內(nèi)的水平側(cè)移較大,與其相連的框架梁軸拉力也更大。核心筒外次梁的軸力值很小。

圖12 核心筒外樓面梁軸力性能示意圖

圖13 非震基本組合工況下10層樓面梁軸力云圖/kN

圖14 多遇地震基本組合工況下10層樓面梁軸力云圖/kN

圖15 非震基本組合工況下13層樓面梁軸力云圖/kN

圖16 多遇地震基本組合工況下13層樓面梁軸力云圖/kN

為增加對斜墻的約束作用,在10、13層的核心筒內(nèi)混凝土梁增設(shè)鋼板,并保證其在拉彎和壓彎作用下能夠滿足承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求[14],如圖17所示。鋼板僅用于抵抗軸向拉力,抗彎承載力由梁縱筋和混凝土共同提供。核心筒外圍鋼梁依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017)[15]中第8.1.1和8.2.1條進(jìn)行拉彎和壓彎構(gòu)件的強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算。

圖17 核心筒內(nèi)梁增設(shè)鋼板

3.3 核心筒外墻及連梁

核心筒外墻及連梁受力分析主要包括墻體和連梁面內(nèi)水平向內(nèi)力,分別給出南側(cè)和東側(cè)的計(jì)算結(jié)果,北側(cè)計(jì)算結(jié)果與南側(cè)基本對稱,見圖 18。分析豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合以及考慮豎向地震的中震彈性組合作用下,不同方向墻體的水平內(nèi)力,見圖19～22。由圖19～22可見,核心筒起始收進(jìn)位置,墻體及連梁表現(xiàn)為水平向受拉,每米最大拉力約為1 910kN(豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合);核心筒收進(jìn)完成位置,墻體及連梁表現(xiàn)為水平向受壓,每米最大壓力約為3 950kN(豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合)。折算墻體的拉應(yīng)力約為2.2MPa,未超過墻體混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。設(shè)計(jì)中考慮在墻體及連梁內(nèi)埋設(shè)鋼板,用來承受全部的水平軸力,使其在中震彈性組合下的承載力滿足要求。

圖19 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下南側(cè)墻體水平內(nèi)力/(kN/m)

圖20 中震彈性組合下南側(cè)墻體水平內(nèi)力/(kN/m)

圖21 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下東側(cè)墻體水平內(nèi)力/(kN/m)

圖22 中震彈性組合下東側(cè)墻體水平內(nèi)力/(kN/m)

圖23 扶壁墻編號

圖24 扶壁墻豎向應(yīng)力及應(yīng)變

圖25 扶壁墻水平正應(yīng)力

圖26 扶壁墻內(nèi)型鋼設(shè)置

圖27 樓層側(cè)向剛度比

圖28 核心筒墻體平均壓應(yīng)變

綜上,設(shè)計(jì)時(shí)在核心筒外墻角部、墻肢端部以及與扶壁墻相交處內(nèi)置型鋼柱;在連梁標(biāo)高處設(shè)置鋼板“環(huán)箍”核心筒外墻,鋼板與型鋼柱連接后形成整體,進(jìn)一步增強(qiáng)核心筒外圍墻體自身的剛度。設(shè)置型鋼柱亦有利于減小斜墻的軸壓比,增大延性。

3.4 扶壁墻

結(jié)構(gòu)布置中,已在每片斜墻內(nèi)側(cè)布置與其平面垂直或斜交的扶壁墻,布置圖及編號如圖 23所示。

以向內(nèi)側(cè)移較大斜墻處的扶壁墻Q7、Q8為例,分析其受力性能。在豎向荷載和考慮豎向地震的中震彈性組合下,扶壁墻的豎向應(yīng)力及應(yīng)變?nèi)鐖D 24所示。由圖可見,墻體處于偏心受壓狀態(tài),壓應(yīng)力最大位置在斜墻收進(jìn)起始層樓面處,兩種工況組合下最大壓應(yīng)力值分別為21、26.4MPa,相應(yīng)的壓應(yīng)變?yōu)?.00058、0.00072。最大壓應(yīng)力位于扶壁墻端部,未超過混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,混凝土處于彈性受壓狀態(tài)[16]。

在豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合及中震彈性組合下,扶壁墻的水平正應(yīng)力如圖 25所示。由圖可見,在斜墻收進(jìn)起始層樓面處水平受拉,在斜墻收進(jìn)結(jié)束層樓面處水平受壓。豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下,扶壁墻最大拉應(yīng)力為3.1MPa,已超過墻體混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。為控制裂縫,墻體內(nèi)增設(shè)鋼筋及鋼板抵抗水平拉力及控制墻體豎向裂縫寬度。

扶壁墻(Q1～Q11)的應(yīng)力匯總見表4。由表可看出,墻體豎向受力狀態(tài)良好,在考慮豎向地震的彈性設(shè)計(jì)組合下,最大壓應(yīng)力均未達(dá)到混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)時(shí),在扶壁墻端部截面內(nèi)埋設(shè)型鋼柱進(jìn)一步加強(qiáng)。墻體在斜墻收進(jìn)起始層樓面附近仍受到較大的水平拉應(yīng)力,在墻體中豎向間隔配置鋼板,當(dāng)含鋼率達(dá)到2.5%時(shí),上述墻體的受拉承載力和裂縫寬度均滿足要求。扶壁墻型鋼柱及水平鋼板布置方案見圖 26。

表4 扶壁墻受力計(jì)算結(jié)果

4 斜墻段結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)指標(biāo)分析

4.1 抗側(cè)剛度

對框架-核心筒結(jié)構(gòu),樓層與其相鄰上層的側(cè)向剛度比γ2可按下式計(jì)算[17]。

式中:γ2為考慮層高修正的樓層側(cè)向剛度比;Vi、Vi+1分別為第i層和第i+1層的地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值;Δi、Δi+1分別為第i層、第i+1層在地震作用標(biāo)準(zhǔn)值下的層間位移;hi、hi+1分別為第i層、第i+1層的層高。

本層與相鄰上層側(cè)向剛度的比值不宜小于0.9;當(dāng)本層層高大于相鄰上層層高的1.5倍時(shí),該比值不宜小于1.1;對結(jié)構(gòu)底部嵌固層,該比值不宜小于1.5。

將以上剛度比值換算為1,并對各樓層剛度比按以上原則統(tǒng)計(jì),見圖 27。由圖可見,各樓層側(cè)向剛度比均滿足要求,結(jié)構(gòu)沿豎向抗側(cè)剛度均勻變化,斜墻段抗側(cè)剛度逐漸減小,未出現(xiàn)剛度突變。

4.2 豎向荷載下變形特征

核心筒收進(jìn)部位在豎向荷載作用下的變形特征主要表現(xiàn)在豎向和水平變形方面。

(1)豎向變形

對7～17層核心筒墻體的豎向位移進(jìn)行統(tǒng)計(jì),獲得核心筒的豎向平均位移,進(jìn)而得到各層墻體的綜合豎向壓應(yīng)變,如圖 28所示。由圖可見,隨著核心筒的收進(jìn),樓層豎向應(yīng)變明顯增大,在收進(jìn)完成后的第13～14層達(dá)到最大值,此后墻體應(yīng)變值隨樓層升高而減小。

由于斜墻傾角較小,且采取了相應(yīng)的加強(qiáng)措施,核心筒的豎向剛度連續(xù)性較好,大于其上部樓層,未出現(xiàn)因斜墻而產(chǎn)生的豎向抗壓剛度較小的軟弱層。

通過對2007年國際博協(xié)對博物館的定義分析，從定義中可以了解到博物館的基本業(yè)務(wù)目的是“征集、保護(hù)、研究、傳播、展出”，而博物館經(jīng)營的各種業(yè)務(wù)活動(dòng)也都應(yīng)以教育為基礎(chǔ)，要將 “教育、研究、欣賞”等目的得以實(shí)現(xiàn)。這就要求博物館內(nèi)的各項(xiàng)工作需要積極主動(dòng)的協(xié)調(diào)配合，使博物館的教育專長得到充分發(fā)揮，使博物館的教育潛能得到最大程度的挖掘，使博物館的社會(huì)服務(wù)工作得到更好的開展，從而是博物館的社會(huì)效益得到最大化的提高。

(2)水平變形

豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合下,10、13層核心筒外墻主要墻肢節(jié)點(diǎn)位置的水平變形及方向(箭頭所示)如圖29所示。由圖可見,10層核心筒向外側(cè)變形,變形量較小,最大值不超過1.30mm。13層墻體變形較為復(fù)雜,右側(cè)墻體向內(nèi)變形,最大值為2.28mm,其他墻體均向左上角發(fā)生變形,最大值為1.46mm,產(chǎn)生這種現(xiàn)象是核心筒平面形狀非雙軸對稱所致。

圖29 豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下墻肢節(jié)點(diǎn)水平變形/mm

圖30 核心筒底部加強(qiáng)區(qū)及斜墻段損傷情況

上述墻肢的水平變形值較小,約為層高的1/4 000,表明斜墻在水平方向處于較好的約束狀態(tài)。

4.3 罕遇地震下斜墻抗震性能

采用SAUSAGE軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行罕遇地震作用下動(dòng)力彈塑性分析?；炷帘緲?gòu)關(guān)系選用彈塑性損傷模型,該模型可較準(zhǔn)確反映混凝土材料在各向拉壓條件下的屈服準(zhǔn)則、受拉軟化行為、受壓硬化及軟化行為、剛度及強(qiáng)度退化等力學(xué)特征。SAUSAGE中的墻板使用的混凝土材料是二維塑性損傷本構(gòu)模型[18]。對于圓形鋼管混凝土柱,考慮到鋼管對內(nèi)部混凝土將起到套箍作用,混凝土材料的抗壓強(qiáng)度將得到明顯提高,因此鋼管內(nèi)混凝土材料模型參考常用的Mander理論[19-20]。

結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件的單元類型為:鋼筋混凝土梁、柱采用纖維梁單元模型;邊緣構(gòu)件、連梁縱筋采用桿單元模型;樓板和剪力墻采用三角形或四邊形的分層殼單元模擬。鋼筋混凝土柱、梁的性能評估指標(biāo)見表5。

表5 鋼筋混凝土梁、柱單元性能評價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)

彈塑性時(shí)程分析結(jié)果顯示,罕遇地震作用下,核心筒斜墻墻肢損傷較小,不超過輕度損壞,能夠滿足其作為關(guān)鍵構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)。連梁損傷較嚴(yán)重,起到了很好的耗能作用,如圖 30所示。

5 結(jié)論

(1)初步設(shè)計(jì)階段應(yīng)采取多種措施保證斜墻的穩(wěn)定性,例如控制斜墻傾斜角度、加強(qiáng)相關(guān)樓層核心筒內(nèi)外水平構(gòu)件剛度、結(jié)合建筑布局增設(shè)扶壁墻等措施,合理的結(jié)構(gòu)布置為斜墻的正常工作創(chuàng)造必要條件。

(2)斜墻轉(zhuǎn)折處的樓板不僅產(chǎn)生面外的彎曲,還將在面內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,樓板應(yīng)按照拉彎或壓彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足承載能力和正常使用極限狀態(tài)要求。

(3)豎向荷載作用下,樓面梁產(chǎn)生較大的軸力,設(shè)計(jì)中應(yīng)按照壓彎或拉彎構(gòu)件進(jìn)行驗(yàn)算;必要時(shí)對核心筒內(nèi)混凝土梁增設(shè)型鋼等,進(jìn)行加強(qiáng)。

(4)外圍墻體和連梁在水平向存在較大軸力,設(shè)計(jì)中在墻體和連梁中埋設(shè)型鋼和鋼板,外墻設(shè)置環(huán)梁,增加斜墻收進(jìn)段核心筒自身剛度和穩(wěn)定性。

(5)扶壁墻在豎向荷載作用下處于偏心受壓狀態(tài),墻體存在水平拉應(yīng)力,設(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行應(yīng)力校核并作設(shè)計(jì)加強(qiáng)。