高层建筑优化设计

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1、高层建筑优化设计表1核心筒剪力墙尺寸楼层心筒外墙厚心筒内墙厚-2F～4F800400/250/2005F～21F700400/250/20022F～32F600350/250/20033F～40F500350/250/20041F～53F400300/20053F以上400300/200　　表2框架柱截面尺寸楼层角柱中柱框架主梁-2F～4F1800×18001700×1700500×7005F～22F1800×18001700×1600500×70023F～31F1700×17001700×1400500×70

2、032F～39F1600×16001700×1200500×70040F～52F1400×14001700×1000500×70052F以上1200×12001700×800500×700　　表3混凝土强度等级楼层核心筒墙框架柱梁、板-2F～24FC60C60C3025F～33FC50C50C3034F～42FC40C40C3042F以上C30C30C30　　　　根据本工程结果的特殊性，结构整体分析采用SATWE和TAT两种软件分析计算。为了优化结构设计，并充分利用已经施工完成的基础，根据专家组的建议，分别对六

3、柱方案、五柱方案和四柱方案三种框撑－核心筒体系进行计算分析。综合分析以上三种方案，专家组一致推荐第二方案，即五柱方案。　　①五柱方案表4～表6为SATWE和TAT主要计算结果的对比分析。应说明的是，采用SATWE程序计算，可将楼板按弹性楼板考虑，消除了复杂结构体系按刚性楼板假定计算带来的误差。　　　(a)平面图　　　　　　　(b)立面图　　　　　图3五柱方案　　表4模态分析计算结果分析软件　　SATWETAT备注结构总质量第1周期第2周期第3周期1第4周期第5周期第6周期第7周期第8周期第9周期　　　　注：表中

4、只列出了前9个周期。表5抗风计算结果分析软件SATWETAT备注x向最大层间位移1/11631/1033满足规范要求y向最大层间位移1/11271/1012满足规范要求x向顶点位移满足规范要求y向顶点位移满足规范要求x向总剪力y向总剪力x向总倾覆力矩1860922y向总倾覆力矩1860582　　表6抗震计算结果分析软件SATWETAT备注x向最大层间位移1/18361/1969满足规范要求y向最大层间位移1/18041/1968满足规范要求x向顶点位移满足规范要求y向顶点位移满足规范要求x向总剪力　　y向总剪力

5、x向总倾覆力矩1124786y向总倾覆力矩1112582　　　　考虑第I振型，并忽略阻尼的有利影响，计算出结构顶点顺风和横风最大加速度：，，均满足高规规定的小于/s2的要求。　　②六柱方案　　　　　　最大轴压比结构顶层最大加速度：，。　　内筒尺寸不变，外框架柱底层面积率为原设计方案的％。　　　　　(a)平面图　　　　　　　　　(b)立面图图4六柱方案　　③四柱方案　　　　(a)平面图　　　　　　　　　(b)立面图图5四柱方案　　　　　　　　　　最大轴压比　　结构顶层最大加速度：，　　内筒尺寸不变，外框架柱底层面

6、积率为原设计方案的％，需设置三个加强层。④计算结果对比分析表7计算结果对比分析表TΔ/h备注筒中筒体系1/817原设计方案　　框撑－核心筒结构体系　　六柱方案1/1433四柱方案1/1237有加强层五柱方案1/1127　　框筒体系为一根悬臂的弯曲构件，外柱中的轴向力分布与悬臂箱型截面的刚度有关，由于墙面开洞，形成梁－柱框架。由于剪、弯作用和节点转动，将降低悬臂刚度，外柱实际轴向分布存在“剪力滞后”效应，从而大大降低了框筒的抗弯刚度。限制剪力滞后效应，对筒式体系优化发展很重要，在风荷载作用下，整个体系悬臂绕度占7

7、5％是最有效的。因此，对框筒结构的开洞面积、横梁端面及柱距都有严格限制。根据框筒弯曲的双槽型截面近似计算方法可求得槽型截面范围内框筒整体弯曲引起的柱内力Nc和剪力Vc：　　　　　　(1)　　　　(2)　　用梁的剪力求得柱边缘处梁端截面的弯矩。　　腹板框架梁和柱作为平面框架由水平侧力楼层产生的弯矩，按壁式框架用D值法计算柱的弯矩和梁的弯矩。图6框筒结构受力性能分析　　根据“筒中筒”弯曲的近似计算，得出外筒和薄壁内筒各个墙肢所分担的弯矩和剪力后，按上述方法分别计算外筒和薄壁内筒的内力。　　(3)　　　　　　(4)　

8、　(5)　　　　　　(6)　　式中　　M——外荷载总弯矩；　　Q——外荷载总剪力；　　——外框筒弯矩；　　——薄壁内筒弯矩；　　——外框筒剪力；　　——薄壁内筒剪力。　　根据以上近似分析可知，框筒和筒中筒结构均是一根悬臂弯曲杆件，可按材料力学求得的内力和位移。该体系提供对位移倾覆的抵抗近似随建筑高度的高次方降低，因此随着建筑高度的增加而逐渐变成无效。　　平面布置规则的框架—支撑结构体系