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高楼框架柱结构

高楼框架柱结构

该办公楼地上38层,地下3层,建筑高度180.8米,结构高度162.9米,建筑效果图如图1所示。地上一至七层为商业裙楼,八层及以上为写字楼。1层高度5.7m,2至7层高度5.4m,8至37层高度4.2m:避难层位于8楼、17楼和27楼。建筑平面尺寸为38.9米×36.2米,高宽比为4.5;核心筒平面尺寸为17.75m×15.2m,核心筒长宽比为10.72。

本工程结构设计使用年限为50年,结构安全等级为二级,抗震设防等级为丙类,抗震设防烈度为8度,设计地震分组为三组,场地类别为三类,地面粗糙度类别为乙类,多遇地震下水平地震最大影响系数为0.16。

钢管混凝土工程矩形钢管柱+钢框架中央支撑结构体系。在结构初步设计阶段,随着建筑方案的调整,结构选型主要考虑框架核心筒和矩形钢管混凝土柱+钢框架中心支撑两种方案。对于框架核心筒方案,试算结果表明,首层柱截面为1400×1400,剪力墙厚度为950mm,梁截面为600×1200。可以看出,框架核心筒方案的构件截面过大,增加了公摊面积。另外,经过经济分析比较,矩形钢管混凝土柱+钢框架中心支撑方案比框架核心筒方案更经济。另外,钢结构本身具有构件截面小、工期短的优点,最终选择矩形钢管混凝土柱+钢框架中央支撑结构作为实施方案。

典型轮廓

由于底层7层的商业部分要避开通道,底层7层的一排柱子需要往主楼方向向轴线后退1.2m为了不影响上层办公楼的使用,9层以上的部分柱子应贴幕墙布置在立面边缘,而不能从轴线悬挑。所以在设计中,将8、9层的柱子做成斜柱,斜柱的倾斜角度为8°,比较合理。在设计过程中,对斜柱采取了以下措施:

支撑布局

概念设计:为了减小斜柱的倾斜角度,斜柱分为两层,倾斜角度为8°,加大斜柱截面;与之相连的梁截面为□350×700×30×30,以加强对斜柱的约束,并校核轴力对梁的作用。在设计过程中,梁和柱的应力比有较大的裕度。

计算:在满足小震计算要求的前提下,按高标准第3.11.3条第3款对中震下各斜柱及其连梁的应力进行验算。计算结果表明,各斜柱、与斜柱相连的上下柱、与斜柱相连的梁的抗弯抗剪能力均满足中等地震弹性要求。在斜柱计算中,考虑了自重引起的二阶效应,并校核了抗震等级水平。此外,利用SAP2000建模对斜柱的应力进行了复核,复核结果表明斜柱及其相关部件满足预定的性能目标。根据拉弯构件检查与斜柱连接的梁是否能达到中震下的性能目标。利用上部斜柱的水平分力和梁的最大内力的组合内力对8层和10层斜柱连接的梁进行承载力验算,充分利用钢梁的抗拉性能。

斜柱相关构件及内力示意图

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