靜安大廈核心筒超前施工剪力墻局部穩(wěn)定性分析

李懷翠，蘇昱晟，伍小平（上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 201114）

靜安大廈核心筒超前施工剪力墻局部穩(wěn)定性分析

李懷翠，蘇昱晟，伍小平
（上海建工集團(tuán)股份有限公司，上海 201114）

在超高層建筑核心筒超前施工過程中，對(duì)按規(guī)范無法通過局部穩(wěn)定性驗(yàn)算的核心筒剪力墻墻肢，利用數(shù)值軟件建立相應(yīng)模型進(jìn)行屈曲分析，計(jì)算該墻肢的實(shí)際計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，判斷該墻肢的實(shí)際局部穩(wěn)定性。該文方法可為同類工程提供參考。

超高層建筑；局部穩(wěn)定分析；核心筒超前施工；框架-核心筒結(jié)構(gòu)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.004

1　引言

框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)體系在我國(guó)超高層建筑中不斷得到廣泛應(yīng)用[1]。該體系在施工中往往采用混凝土核心筒超前外圍鋼框架的整體提升法。為保證施工過程結(jié)構(gòu)安全，受鋼平臺(tái)及墻體頂部堆載作用，應(yīng)對(duì)高出外圍框架核心筒剪力墻局部穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。金天德等[2]分析了在相同軸壓比之下，箱形鋼板剪力墻的高厚比,比鋼筋混凝土剪力墻的高厚比有所提高，且由于管內(nèi)存在混凝土，組合箱形鋼板剪力墻局部屈曲能力明顯增強(qiáng)。李懷翠等[3]針對(duì)具體工程分析了核心筒超前外圍鋼框架15層之多的結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)分析參數(shù)，依據(jù)驗(yàn)算配筋面積小于設(shè)計(jì)配筋面積對(duì)剪力墻墻肢強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)算。

《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3—2010）[4]5.4.4條和附錄D，分別對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和剪力墻墻肢局部穩(wěn)定性驗(yàn)算做了相關(guān)規(guī)定?？紤]到墻肢實(shí)際約束情況，采用規(guī)范公式計(jì)算墻肢長(zhǎng)度，計(jì)算系數(shù)偏于保守，這導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不能實(shí)際反應(yīng)墻肢局部穩(wěn)定情況。

本文針對(duì)施工階段核心筒超前外圍鋼框架15層之多的靜安大廈結(jié)構(gòu)，考慮在風(fēng)荷載、施工荷載（主要為鋼平臺(tái)荷載和塔吊附墻荷載）以及自重等組合的不利受力狀態(tài)下，對(duì)采用規(guī)范進(jìn)行局部穩(wěn)定驗(yàn)算無法通過的墻肢，利用數(shù)值軟件建立相應(yīng)模型進(jìn)行屈曲分析，算出該墻肢的實(shí)際計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，判斷該墻肢的實(shí)際局部穩(wěn)定性。

2　工程概況

靜安大廈位于上海市靜安區(qū)，地處由西至慈溪路、東至大田路、南至山海關(guān)路、北至新閘路所圍合的區(qū)域。大廈主塔地上54層，結(jié)構(gòu)高度240.27m。結(jié)構(gòu)采用“核心筒—外框架”抗側(cè)力體系，結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成如圖1所示。該體系由以下3個(gè)部分組成：第1部分為鋼筋混凝土核心筒；第2部分為核心筒周圍的20根外包混凝土型鋼外框架柱；第3部分為聯(lián)系核心筒與外框架柱的型鋼鋼梁。核心筒平面呈長(zhǎng)方形，墻體厚度隨高度逐步減小，開洞處采用混凝土梁連接翼墻。標(biāo)準(zhǔn)層核心筒長(zhǎng)邊約35m，短邊約14m。核心筒與外圍框架平面布置如圖2所示。本工程核心墻肢混凝土等級(jí)為C60，型鋼鋼材材質(zhì)等級(jí)均為Q345，墻體厚度及主要構(gòu)件參數(shù)見表1。分析核心筒超前施工的最不利工況下剪力墻局部穩(wěn)定性，即核心筒施工至第54層，外圍框架施工至第39層（核心筒領(lǐng)先外圍框架15層）的工況（見圖3）。

表1　結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸參數(shù)

圖1　結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成

圖2　核心筒與外框架柱平面布置示意圖

圖3　不利工況結(jié)構(gòu)三維模型

3　剪力墻特征值屈曲分析

隨著高度增加核心筒墻厚逐漸減小，當(dāng)核心筒施工至第54層，領(lǐng)先外圍框架15層時(shí)，最不利墻肢Q1如圖4所示。按《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）5.4.4條和附錄D，分別對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和剪力墻墻肢局部穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。剪力墻墻肢應(yīng)滿足公式（1）的穩(wěn)定要求。

圖4　不利工況核心筒平面布置

式中，q為作用于墻頂組合的等效均布荷載設(shè)計(jì)值，kN/m（施工過程中，僅鋼平臺(tái)作用于墻頂，鋼平臺(tái)最大荷載975t，計(jì)算得出墻頂最大等效均布荷載q=270kN/m）；Ec為混凝土彈性模量，取36000MPa；t為剪力墻墻肢截面厚度，為300mm；l0為剪力墻墻肢計(jì)算長(zhǎng)度，取65000mm（核心筒高出外圍框架的高度），按規(guī)范取長(zhǎng)度計(jì)算系數(shù)為1.0，則l0=65000mm。

按規(guī)范公式取值計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，墻肢Q1不滿足局部穩(wěn)定驗(yàn)算要求;但考慮到墻肢Q1的實(shí)際支承條件，利用M IDAS建立相應(yīng)模型進(jìn)行屈曲分析，算出該墻肢的實(shí)際計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，其模型見圖5。

圖5　屈曲分析MIDAS模型

首先,進(jìn)行屈曲分析得到結(jié)構(gòu)的各階屈曲模態(tài)以及屈曲臨界荷載系數(shù)，然后根據(jù)各階屈曲模態(tài)形狀，確定墻肢Q1發(fā)生屈曲時(shí)的臨界荷載系數(shù)，得到該墻肢的屈曲臨界荷載，最后由歐拉臨界荷載公式（2）反算出該墻肢的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。

式中，EI為墻肢發(fā)生屈曲方向的彈性抗彎剛度；Ncr為屈曲臨界荷載，由線性屈曲分析得到；l為墻肢高度。

分析得出核心筒底部先發(fā)生局部屈曲，其中前3階局部屈曲模態(tài)的臨界荷載系數(shù)分別為ζ1=316，ζ2=1 199，ζ3=2047。前3階屈曲模態(tài)如圖6所示。取1階模態(tài)底部單元軸力為509768N，將其與ζ1代入公式（2）計(jì)算得出墻肢Q1的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ=0.1136，墻肢計(jì)算長(zhǎng)度l0=7.384m。對(duì)墻肢Q1局部穩(wěn)定重新驗(yàn)算，滿足局部穩(wěn)定要求（見表2）。

表2　墻肢Q1局部穩(wěn)定重新驗(yàn)算

4　結(jié)語

考慮到墻肢實(shí)際約束情況，若墻肢局部穩(wěn)定性驗(yàn)算不符

圖6　墻肢屈曲分析模態(tài)

合規(guī)范要求，應(yīng)考慮對(duì)該墻肢進(jìn)行屈曲分析，求解實(shí)際計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，判斷該墻肢的實(shí)際局部穩(wěn)定性。本文分析結(jié)論可為靜安大廈核心筒超前施工組織設(shè)計(jì)提供部分理論依據(jù)。

【1】呂西林,程明.超高層建筑結(jié)構(gòu)體系的新發(fā)展[J].結(jié)構(gòu)工程師, 2008,24(2):99-106.

【2】金天德,葉再利.箱形鋼板剪力墻穩(wěn)定性分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2014,35(9):40-47.

【3】李懷翠,伍小平,蘇昱晟.靜安大廈核心筒超前施工分析[J].建筑施工,2015,43(5):985-990.

【4】JGJ3—2010高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

Part StabilityAnalysis of ShearWall When the Core TubeBuilt in Advance of Jin'An Tower

LI Huai-cui,SUYu-sheng,WUXiao-ping
（ShanghaiConstructionGroup Co.Ltd.,Shanghai 201114,China）

In the constructingadvance tube ofhigh-risebuilding,numerical analysissoftware was used to buckle on the shear wall which localinstabilityby thecode.Theactualstabilityof theshearwallsweredeterm ined by the realeffective length calculatedby the buckling.Thismethod canprovidereference forsimilarprojects.

super-high risebuilding;localbucklinganalysis;advanceconstructionofthecoretube;frame-corewallstructure

TU398+.2

B

1007-9467（2016）11-0028-03

上海市科委資助項(xiàng)目（16DZ1200201)；上海市國(guó)有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會(huì)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和能力項(xiàng)目提升資助項(xiàng)目(2013027)

李懷翠（1986～），男，湖南懷化人，工程師，從事建筑工程有限元數(shù)值分析與研究。

2016-07-22