懸吊樓蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析

廖理安，李常虹，孟憲亮(中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610042)

懸吊樓蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析

廖理安，李常虹，孟憲亮
(中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610042)

中投證券大廈樓蓋通過吊桿懸掛于轉(zhuǎn)換桁架的下面，轉(zhuǎn)換桁架支承于兩端的框架柱或剪力墻上，應(yīng)避免桁架或吊桿失效導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生大面積的倒塌。大廈數(shù)據(jù)機房屋面以下結(jié)構(gòu)安全等級為一級，根據(jù)高規(guī)的要求，也須對主體結(jié)構(gòu)進行防連續(xù)倒塌的概念設(shè)計，并進行防連續(xù)倒塌分析。文章對中投證券大廈懸吊樓蓋抗連續(xù)倒塌分析進行了介紹。

懸吊樓蓋；轉(zhuǎn)換桁架；抗連續(xù)倒塌

1 工程概況

位于深圳市南山區(qū)后海中心區(qū)的中投證券大廈辦公樓地上29層，標準層層高4.5 m，屋頂結(jié)構(gòu)標高137.05 m，平面呈矩形，標準層平面輪廓尺寸(長×寬)為59.4 m×34.2 m。地面以上采用混合結(jié)構(gòu)。

為滿足辦公區(qū)域布局應(yīng)具有高度的靈活性、適應(yīng)性與視覺穿透性的建筑理念，以及底層大廳、4層、16層、18層樓層平面中部設(shè)置無柱大空間的業(yè)主要求，將主體結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件(CFST框架柱、鋼筋混凝土筒)集中布置于矩形建筑平面長向的兩端，中間28.0 m跨度采用在建筑高度中部(14～16層)和頂部(29層、屋頂層)分別設(shè)置兩層高和一層高的鋼桁架進行連接，并通過在桁架下弦節(jié)點設(shè)置H型鋼吊柱分別懸掛5F～13F和19F～28F樓面。為滿足3F設(shè)置信息機房的需要，在3F～4F樓面間設(shè)置了一層高的鋼桁架，同時為了滿足建筑裙房造型要求，部分鋼桁架設(shè)跨度12 m左右的懸挑段。2F局部樓面通過設(shè)少量圓鋼棒吊桿懸掛于3F～4F桁架下弦節(jié)點上。建筑剖面見圖1。

圖1 建筑剖面

2 抗連續(xù)倒塌分析

本項目低區(qū)、高區(qū)分別有9、10層樓蓋分別通過8根吊柱懸吊于轉(zhuǎn)換桁架之下。裙樓設(shè)有A級數(shù)據(jù)機房?？紤]爆炸、撞擊、火災(zāi)、人為破壞等偶然作用源等因素，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有適宜的抗連續(xù)倒塌的能力。

項目結(jié)構(gòu)采用高規(guī)推薦的拆除構(gòu)件法進行主體結(jié)構(gòu)抗倒塌分析。分別拆除底層4軸交D、K軸的支承轉(zhuǎn)換桁架的框架柱、轉(zhuǎn)換桁架支座斜腹桿、與轉(zhuǎn)換桁架下弦節(jié)點直接相連的吊桿段、桁架上弦跨中桿件，采用彈性靜力方法分析剩余結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。拆除吊桿和桁架上弦跨中桿件的抗連續(xù)倒塌分析如下：

2.1 拆除構(gòu)件法抗連續(xù)倒塌分析的荷載組合

將JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的式3.12.3和式3.12.4合并展開得到下式：

Rd≥βηdSGk+βηd∑φqiSQi,k+βψWSWK

(1)

結(jié)合各參數(shù)的物理意義,且針對不同部位的構(gòu)件,可將式(1)轉(zhuǎn)化為四種自定義荷載組合:

1)對于直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的中部水平構(gòu)件：

Rd≥1.34SGk+0.536SQi，k+0.134SWK

(2)

2)對于不直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的中部水平構(gòu)件：

Rd≥0.67SGk+0.268SQi，k+0.134SWK

(3)

3)對于直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的非中部水平構(gòu)件：

Rd≥2.0SGk+0.8SQi，k+0.2SWK

(4)

4)對于不直接與被拆除豎向構(gòu)件相連的非中部水平構(gòu)件：

Rd≥1.0SGk+0.4SQi，k+0.2SWK

(5)

根據(jù)高規(guī)的要求，抗連續(xù)倒塌計算中，混凝土強度采用標準值；鋼材強度、正截面承載力驗算時采用標準值的1.25倍，受剪承載力驗算時采用標準值的1.0倍。

2.2 拆除與桁架下弦節(jié)點直接相連的一段鋼吊柱

拆除14～16層中部桁架中間榀與下弦節(jié)點相連的一根吊柱，具體部位如圖2所示。

圖2 拆除吊柱后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形(最大位移36mm)

(1)直接與被拆除吊柱相連的中部水平梁的分析結(jié)果見圖3。

圖3 直接與被拆除吊柱相連的中部水平梁的應(yīng)力比立面簡圖

查看圖3中與被拆除吊柱直接相連的中部水平構(gòu)件，應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

(2)不直接與被拆除吊柱相連的中部構(gòu)件的分析結(jié)果見圖4。

圖4 不直接與被拆除吊柱相連的中部構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

查看圖4中與被拆除吊柱不直接相連的中部構(gòu)件，應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

(3)與被拆除吊柱相連的柱的分析結(jié)果見圖5。

圖5 直接與被拆除吊柱相連的吊柱的應(yīng)力比立面簡圖

據(jù)圖5可知，最大應(yīng)力比為1.14。計算軟件對鋼材強度按設(shè)計值取值，換算為標準值并提高1.25倍后的應(yīng)力比為0.82<1，滿足規(guī)范要求。

(4)不直接與被拆除吊柱相連的其它構(gòu)件的分析結(jié)果見圖6。

圖6 其它不直接與被拆除吊柱相連構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

查看圖6中不直接與被拆除吊柱相連的構(gòu)件，其應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

2.3 拆除頂部桁架中部一根上弦桿

拆除29層～屋面層中間榀桁架中間部位的一根關(guān)鍵上弦桿，具體部位如圖7所示。

圖7 拆除吊柱后恒載作用下結(jié)構(gòu)變形(最大位移37.4mm)

(1)直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結(jié)果見圖8。

圖8 直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

查看圖8可知，與被拆除弦桿直接相連的梁的應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

(2)不直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結(jié)果見圖9。

圖9 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

查看圖9可知，與被拆除弦桿直接相連的梁的應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

(3)直接與被拆除弦桿相連吊柱及桁架的分析結(jié)果見圖10。

圖10 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應(yīng)力比立面簡圖

據(jù)圖10可知，最大應(yīng)力比為1.16。計算軟件對鋼材強度按設(shè)計值取值，換算為標準值并提高1.25倍后的應(yīng)力比為0.84<1，滿足規(guī)范要求。

(4)其它不直接與被拆除弦桿相連構(gòu)件的分析結(jié)果見圖11。

圖11 不直接與被拆除弦桿相連其他構(gòu)件的應(yīng)力比立面簡圖

據(jù)圖11可知，不直接與被拆除弦桿的其他構(gòu)件的應(yīng)力比均小于1，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

根據(jù)高規(guī)推薦的計算方法，拆除與桁架下弦節(jié)點相連的一段鋼吊柱及頂層轉(zhuǎn)換桁架跨中的一段上弦桿，進行彈性靜力分析，剩余結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力均符合高規(guī)的相關(guān)要求，說明此兩類構(gòu)件破壞后不會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。

[1] JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

廖理安(1969～)，男，碩士，高級工程師，從事建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

TU351

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[定稿日期]2016-12-01