懸吊樓蓋結構抗連續倒塌分析

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

懸吊樓蓋結構抗連續倒塌分析

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

中投證券大廈樓蓋通過吊桿懸掛于轉換桁架的下面，轉換桁架支承于兩端的框架柱或剪力墻上，應避免桁架或吊桿失效導致結構發生大面積的倒塌。大廈數據機房屋面以下結構安全等級為一級，根據高規的要求，也須對主體結構進行防連續倒塌的概念設計，并進行防連續倒塌分析。文章對中投證券大廈懸吊樓蓋抗連續倒塌分析進行了介紹。

懸吊樓蓋；轉換桁架；抗連續倒塌

1 工程概況

位于深圳市南山區后海中心區的中投證券大廈辦公樓地上29層，標準層層高4.5 m，屋頂結構標高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構。

為滿足辦公區域布局應具有高度的靈活性、適應性與視覺穿透性的建筑理念，以及底層大廳、4層、16層、18層樓層平面中部設置無柱大空間的業主要求，將主體結構的豎向構件(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點設置H型鋼吊柱分別懸掛5F～13F和19F～28F樓面。為滿足3F設置信息機房的需要，在3F～4F樓面間設置了一層高的鋼桁架，同時為了滿足建筑裙房造型要求，部分鋼桁架設跨度12 m左右的懸挑段。2F局部樓面通過設少量圓鋼棒吊桿懸掛于3F～4F桁架下弦節點上。建筑剖面見圖1。

圖1 建筑剖面

2 抗連續倒塌分析

本項目低區、高區分別有9、10層樓蓋分別通過8根吊柱懸吊于轉換桁架之下。裙樓設有A級數據機房。考慮爆炸、撞擊、火災、人為破壞等偶然作用源等因素，結構應具有適宜的抗連續倒塌的能力。

項目結構采用高規推薦的拆除構件法進行主體結構抗倒塌分析。分別拆除底層4軸交D、K軸的支承轉換桁架的框架柱、轉換桁架支座斜腹桿、與轉換桁架下弦節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構的內力和變形。拆除吊桿和桁架上弦跨中桿件的抗連續倒塌分析如下：

2.1 拆除構件法抗連續倒塌分析的荷載組合

將JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結構技術規程》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)

結合各參數的物理意義,且針對不同部位的構件,可將式(1)轉化為四種自定義荷載組合:

1)對于直接與被拆除豎向構件相連的中部水平構件：

Rd≥1.34SGk+0.536SQi，k+0.134SWK

(2)

2)對于不直接與被拆除豎向構件相連的中部水平構件：

Rd≥0.67SGk+0.268SQi，k+0.134SWK

(3)

3)對于直接與被拆除豎向構件相連的非中部水平構件：

Rd≥2.0SGk+0.8SQi，k+0.2SWK

(4)

4)對于不直接與被拆除豎向構件相連的非中部水平構件：

Rd≥1.0SGk+0.4SQi，k+0.2SWK

(5)

根據高規的要求，抗連續倒塌計算中，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構變形(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果見圖3。

圖3 直接與被拆除吊柱相連的中部水平梁的應力比立面簡圖

查看圖3中與被拆除吊柱直接相連的中部水平構件，應力比均小于1，滿足規范要求。

(2)不直接與被拆除吊柱相連的中部構件的分析結果見圖4。

圖4 不直接與被拆除吊柱相連的中部構件的應力比立面簡圖

查看圖4中與被拆除吊柱不直接相連的中部構件，應力比均小于1，滿足規范要求。

(3)與被拆除吊柱相連的柱的分析結果見圖5。

圖5 直接與被拆除吊柱相連的吊柱的應力比立面簡圖

據圖5可知，最大應力比為1.14。計算軟件對鋼材強度按設計值取值，換算為標準值并提高1.25倍后的應力比為0.82<1，滿足規范要求。

(4)不直接與被拆除吊柱相連的其它構件的分析結果見圖6。

圖6 其它不直接與被拆除吊柱相連構件的應力比立面簡圖

查看圖6中不直接與被拆除吊柱相連的構件，其應力比均小于1，滿足規范要求。

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構變形(最大位移37.4mm)

(1)直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結果見圖8。

圖8 直接與被拆除弦桿相連的梁的應力比立面簡圖

查看圖8可知，與被拆除弦桿直接相連的梁的應力比均小于1，滿足規范要求。

(2)不直接與被拆除弦桿相連的梁的分析結果見圖9。

圖9 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應力比立面簡圖

查看圖9可知，與被拆除弦桿直接相連的梁的應力比均小于1，滿足規范要求。

(3)直接與被拆除弦桿相連吊柱及桁架的分析結果見圖10。

圖10 不直接與被拆除弦桿相連的梁的應力比立面簡圖

據圖10可知，最大應力比為1.16。計算軟件對鋼材強度按設計值取值，換算為標準值并提高1.25倍后的應力比為0.84<1，滿足規范要求。

(4)其它不直接與被拆除弦桿相連構件的分析結果見圖11。

圖11 不直接與被拆除弦桿相連其他構件的應力比立面簡圖

據圖11可知，不直接與被拆除弦桿的其他構件的應力比均小于1，滿足規范要求。

3 結論

根據高規推薦的計算方法，拆除與桁架下弦節點相連的一段鋼吊柱及頂層轉換桁架跨中的一段上弦桿，進行彈性靜力分析，剩余結構構件承載力均符合高規的相關要求，說明此兩類構件破壞后不會導致結構的連續倒塌。

[1] JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

廖理安(1969～)，男，碩士，高級工程師，從事建筑結構設計工作。

TU351

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[定稿日期]2016-12-01