巨型框架结构设计

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1、巨型框架结构设计　　摘要：巨型框架结构由主框架与次框架组成，本文总结了巨型框架结构的抗震概念设计要点，并结合具体算例对一53层的建筑进行计算，结果表明巨型框架结构受力性能良好，可为类似工程提供参考。关键词：巨型框架；抗震；设计　　1前言　　　巨型结构是从20世纪70年代以后，伴随着高层建筑发展由梁式转换层结构转化而来的一种新型结构体系。它是一个建筑中由几个大型结构单元所组成的主框架与其它结构单元组成的次框架共同工作，从而得到更大稳定性和更高效能的高层建筑结构体系。巨型结构由主、次两级结构组成，打破了传统的以单独楼层作为基本结构单元的格局，有着其它结构无法达到的优点。主框架本

2、身可以是独立的结构，其中巨型柱的尺寸通常大大超过普通框架柱，在钢筋混凝土巨型结构中体现为一个由楼梯间或电梯间构成的井筒；在钢骨混凝土巨型结构中体现为一个巨大的实腹钢骨混凝土柱：在钢结构巨型结构中体现为一个空间格构式构架，巨型梁由高度等于或超过一层的平面或空间格构式桁架构成且一般每隔若干层设一道。例如香港1990年建成的中国银行大楼是巨型框架结构，四角就是采用4m见方的巨型混凝土柱，日本神户TC大厦采用边长为的钢支承为巨型柱。巨型结构的主框架为主要抗侧力体系，次框架仅起到辅助作用和大震下的耗能作用，并负责将楼面竖向荷载传递给主框架。由此可见，巨型结构是一种具有巨大侧向刚度及整

3、体工作性能的大型结构体系[1]。　　　　　　2抗震概念设计　　　　通过对上述工程实例的结构分析结果可看出，由于地震作用和结构本身的复杂性，以及现有计算理论的　　不精确性，单靠计算很难确保结构具有足够的抗震可靠度。因此，从设计一开始，就应着眼于提高建筑总体抗震能力的概念设计，再辅以必要的计算和构造措施，才可能使结构具有良好的耐震性能和足够的抗震可靠度[2-5]。　　巨型框架结构是框架结构的一种特殊形式，除必须满足一般框架结构的抗震要求外，同时在设计中还要充分注意到巨型框架结构自身的优势和特点。　　抗震设防要求　　对于巨型框架结构，也必须采用三个水准，二阶段设计的抗震设防要求。

4、其抗震等级可采用《建筑抗震设计规范》[6]表中框架结构体系规定的抗震等级提高一级或采用框架剪力墙体系中所规定的抗震等级，但楼层框架可相应采用框架结构的等级。　　由于尚无现成规范可以依据，考虑到巨型框架结构为高层或超高层建筑，且巨型框架为整个结构中的关键承重结构体系，为安全起见，暂定为按相应框架剪力墙体系的抗震等级采用。楼层框架类似于一般的框架，所以暂按框架结构的抗震等级采用。　　多道抗震防线　　对于巨型框架结构，可将楼层框架与大柱相接的连染作为第一道防线，在地震作用下，先行屈服；将楼层框架作为第二道防线，小梁、小柱均可屈服，出现塑性铰；巨型框架主体退居到第三道防线。这样，不

5、仅能利用楼层框架消耗地震能量，同时也可起到调节巨型框架结构周期的作用，以避开地震动卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。　　合理的屈服机制　　结构总体上应是楼层框架先于巨型框架屈服；对楼层框架来说，应是强其它构件弱连梁、强节点弱构件、强剪弱弯、强压弱拉；对巨型框架来说，应是强节点弱构件，强柱弱梁、强剪弱拉。这种屈服机制体现了结构中各部件重要性的不同，并能增加结构的延性和耗能力，并防止脆性破坏，使得多道抗震防线得以可证。这里需要指出，楼层框架两边有大柱支撑，小梁、小柱都允许屈服，这样可以吸收更多的地震能量；另外，连梁承担的弯矩本来就较大，故让它先屈服也符合受力特点，还能节约

6、材料，再者，为确保结构的整体性，构件间必须有可靠的连接。故节点强度必须得到可靠的保证。　　刚度、承载力和延性的匹配　　一方面，若高层建筑结构的抗推刚度大，自振周期就减短，地震作用的数值相应增大，那么，结构必须具有与其刚度相匹配的较高水平的屈服抗力。另一方面，若建筑物的抗推刚度过小，虽然地震引起的内力减小了，但整个结构的侧移将增大，这样，必须对结构构件提出很高的延性要求。但此时易造成的恶果是构件配筋过密，施工难度加大，同时还会引起P-△效应问题和非结构部件的破坏。上述两方面提示我们，抗推刚度要适当。从而，能从根本上减小作用于构件上的水平力，避免构件发生承载力破坏；同时，也不能

7、片面追求延性，应从两方面综合考虑，才能做到既安全又经济。同时还应协调结构中各构件的刚度和延性，使之相互匹配，才能使各构件同步协调地发挥水平抗力，避免被各个击破。　　提高延性的重点　　在结构中应有选择地重点提高重要构件和关键部位的延性，做到经济有效。沿高度方向，应重点提高柔弱楼层构件的延性；沿平面方向应重点提高风吹雨打边转角处，平面突变处及复杂平面各翼缘相接处构件的延性。当然还应提高前几道抗震防线中构件的延性，对同一构件来说，重点提高可能首先屈服的部位的延性。　　对于巨型框架结构，即宜提高楼层框架各杆件的延性，以增加