高层超限钢结构框架支撑结构设计

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1、l16低温建筑技术2014年第4期(总第190期)高层超限钢结构框架．支撑结构设计张露月，秦贵虎，张庆(昆明理工大学土木工程学院土木系．昆明650500)【摘要】爱尚苑办公楼为高层钢结构办公楼，主体结构总高度98．55m，高宽比为3．57。整个结构属于扭转超限高层建筑。为验证结构的抗震性能，设计阶段采用了两种有限元软件SATWE和ETABS，通过弹性时程分析和Pushover分析对矩形钢管混凝土框架一钢支撑(屈曲约束支撑)结构体系这一方案进行研究计算。结果表明，结构的整体抗震性能验算指标满足规范要求。【关键词】钢框架一支撑体系；弹性时程分析；Pushover分析【中图分类号】T

2、U973．13【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2014)o4—0l16一O31工程概况模拟，在构件端部设弯矩曲率铰；次梁按弹性构件模爱尚苑综合办公楼平面呈长方形，东西长34．2m，拟；屈曲约束支撑采用P铰模拟。南北宽27．6m，地上部分主体结构25层，1～4层为商2．2钢管混凝土柱纤维模型的建立业，5—25层为办公楼，地下3层。结构设计使用年限钢材应力一应变关系选用双线性模型，不考虑屈50年，耐久年限100年；建筑主体结构的安全等级为曲效应、强度损失，即为理想弹塑性应力一应变关系。二级；建筑所在地抗震设防烈度为8度，设计基本地震钢管混凝土柱核心混凝土的应力一应变

3、关系参考适加速度为0．20g，设计地震分组为第三组，建筑的抗震用于高强混凝土的钢管混土柱修正后的mander约束设防类别为标准设防(丙)类，建筑场地为类别为Ⅲ混凝土应力一应变关系模型，简化为5折线模型，考虑类；地面粗糙度为c类。混凝土的强度损失。钢管混凝土柱组件分别按0．2倍2结构分析模型的实际柱长的纤维段组成纤维模型。爱尚苑综合办公楼在初步设计阶段进行了多种2．3钢管柱和钢梁塑性铰模型的建立方案的比较，最后选用了带支撑的钢框架内筒加外框采用基于材料本构关系的构件弹塑性分析程序架结构形式。进行构件弯矩一曲率关系计算，根据所得的弯矩一曲2．1构件的模拟率关系建立骨架曲线，从而定义

4、弯矩曲率铰和P—M在ETABS中构件的模拟如下：对于支撑，均采用—M弯矩曲率铰。构件的塑性发展由弯矩一曲率塑Brace单元组件来模拟，支撑材料为考虑钢屈曲效应的性铰来考虑，选用0．5D(其中D为构件的截面高度)非线性钢材；钢管混凝土柱采用纤维模型模拟，截面的辅助长度。弯矩一曲率塑性铰主要布置在构件曲按钢管与混凝土分别划分纤维，考虑钢管对混凝土的率变化较大的部位，如梁端部。对于其它部位曲率变约束作用；钢管柱全部采用塑性铰模型模拟，在构件化较小，按弹性构件段考虑。端部设P—M—M弯矩曲率铰；主梁采用塑性铰模型口噬一SATWE—ETABS一限值楼层层间位移角楼层层间位移角图1工程模型

5、图图2地震作用下x向楼层层问位移角图3地震作用下xf甸楼层层间位移角3分析结果期比较接近，第一周期都为向平动周期，第三周期3．1结构的自振特性都为扭转周期，第一扭平比均小于0．9，满足规范要从表l的比较可以看出，两个软件计算的结构周求。同时第一扭平比大于0．85，说明扭转对结构的影张露月等：高层超限钢结构框架一支撑结构设计l17响比较明显。下结构位移与层间位移角分布结果。由图2和图3可见，在整个加载过程中，以剪切型变形为主的外框架表1基本自振周期在各层楼板的约束作用下变形协调。同时，由于屈曲约束支撑的影响，其变形既不同于剪切形、弯曲变形，也不是弯剪形变形，但最大层间位移仍出现在

6、中间层。3．3弹性时程分析结构的弹性时程分析选用了Ⅲ类场地上的5条实测地震波：TH3TG065、uSER20、USER928、USER728、USER9146和两条人工地震波RH1TG065和RH2TG065等7条波形(见图4所示)，按照规范规定，3．2结构的位移变形将上述波进行归一化处理后作为时程分析的输入加分别对结构进行了多遇地震、设防地震和罕遇地速度，进行了单向地震波输入计算。震下的计算。图2和图3给出了结构在多遇地震作用a．地I【IIIJIl。JIIjIJ～．．．I⋯～⋯一．山呲1If『f’fl『lI邢”。⋯⋯l1l⋯⋯⋯RH1TGO65(T=39．98s)RH2TG0

7、65(T=39．98s)TH3TC．{~5(T=39．98s)USER20(T=30．22s)一IL⋯J～一一IJl_lL⋯⋯一’1lIr”’⋯rjl『Y⋯⋯USER928(T=28．5USER728(T-20．72s)USER9146(7"-20．70s)图4弹性时程分析所用的地震波根据选中的地震波，做出相应的地震影响系数曲线服，但框架柱应力比均小于1．0，最大为0．96，达到中图，并与建筑抗震设计规范规定的设计用地震影响系数震不屈服；②底部加强区支撑最大轴向力均未达到屈曲线对比。结果表明