合景大厦结构设计介绍

合景大厦

结构设计介绍

李盛勇陈晓航广州容柏生建筑工程设计事务所RBS

ArchitectureEngineerDesignAssociatesRBS一、工程概况

本工程建设场地位于广州市天河区珠江新城J1-6地块，其西侧为华厦路，南侧为华就路，南距珠江河流约500m，广州地铁三号线南北走向在场地西侧（华厦路）经过。用地面积约7260m2。主楼地上38层，屋顶标高为165.40m（未计向上延伸至198.00m的外墙构架）；地下室5层，埋深20.80m。总建筑面积为108000m2，其中地下28660

m2。地上五层以下为商业用途，五层以上均为办公用途。地下五层为停车库及设备用房，其中地下四、五层兼作五级人防地下室。

工程建设场地各层层高：地下五层～地下三层均为3.5m，地下二层为4.3m，地下一层为6.1m；首层5.5m，二层～四层均为4.5m，五层～二十二层均为4.15m，二十三～二十五层均为4.6m，二十六～三十五层均为4.15m，三十六、三十七层均为8.2m。裙房平面呈L形，长宽分别为60.00m、66.86m；六层以上平面为长方形，长宽比L/B=60.00/24.76＝2.42，不计裙房的高宽比H/B=(165.4-22.0)/24.76=5.79。基础埋深与建筑总高度比值:20.9/165.4=1/7.9。

建筑标准层平面本工程有如下特点：

竖向交通井位于平面的一侧，抗侧力构件的布置需均衡有效，避免扭转对结构的不利影响；

正立面形成两片稍为外凸的曲面幕墙，建筑要求框架柱沿曲面边缘布置，形成弧形柱；其中一片向上延伸至屋顶以上标高198.0m处，屋顶构架要承受较大大且风振复杂的风荷载，对主体结构有较大的影响；

地下室采用逆作法施工，结构配合基坑支护设计及逆作法的施工要求；

五层地下室很大的水浮力，采用预应力抗拔锚桩解决局部浮力过大的问题；

由于基础持力层较深，挖孔桩长度远超25m，要结合逆作法施工来考虑基础选型；超高层钢结构体系的选择，包括钢管砼斜柱、大跨度梁、跨层支撑、偏轴支撑的分析。二、安全等级及抗震设防

本工程设计基准期为50年，结构的设计使用年限为50年。建筑结构的安全等级为一级,地基基础设计等级为甲级。

本工程的抗震设防类别为丙类建筑，本工程结构设计采用的抗震设防烈度和抗震构造措施均为7度。结构阻尼比为0.02。

三、风荷载基本风压强度验算时按100年重现期W0=0.6kN/m2考虑，位移验算时按50年重现期W0=0.5kN/m2考虑，建筑物地面粗糙度类别为C类。为配合南立面弧线的造型，本工程在屋面设有30m高的构架（主体幕墙向上延伸），形状复杂，受风力很大。根据《高钢规》JGJ99-98第条，结构结构风载体型系数应由风洞试验确定（本工程拟采用模拟风洞试验方法）。初步设计阶段暂时按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第条取值，取Us=1.3。对于屋顶构架，按《高钢规》JGJ99-98第条，应计入鞭稍效应，其风振系数根据其作为独立体时的基本自振周期Tu与主体建筑的基本自振周期T1的比例来采用。

四、作用效应组合

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98的规定，荷载效应与地震作用效应组合的设计值，应按下列公式确定：1）

无地震作用时2）

有地震作用，按第一阶段设计时（多遇地震作用下的弹性分析，验算构件的承载力及结构的层间侧移；偶遇地震下的弹性分析，验算构件的承载力）为考虑地震作用时的重力荷载代表值。

3）第二阶段抗震设计（罕遇地震下的弹塑性分析，验算结构的层间侧移和层间侧移延性比），当采用时程分析法验算时，不计入风荷载，其竖向荷载取重力荷载代表值。

五、结构体系1）结构形式的确定本项目结构形式通过实地调研、参考有关文献、经过充分比较、结合广州地区实际，并考虑建筑要求和业主的投资能力确定采用圆钢管混凝土柱框架－钢支撑结构体系。2）结构方案的优化

结构方案控制原则：刚度、强度、舒适度、延性满足规范要求。小震作用下，主、次结构均要求处于弹性阶段，满足小震不坏的目标；中震作用下，主体结构基本处于弹性状态，无损坏或损坏程度小，次结构有一定程度损伤，但损伤程度为可修复，修复时不会对主体结构的稳定性和安全性造成很大影响；大震作用下，地震能量主要依靠次要构件耗散，少数抗侧力构件出现塑性铰，整体结构内力重分布，结构整体仍具有一定的抗侧刚度，继续工作。设置部分偏心支撑，在支撑与柱之间或支撑与支撑之间形成耗能梁段。在大震作用下通过耗能梁段的弹塑性变形耗能，保证支撑不屈曲。高出屋面的幕墙拟采用钢桁架结构，并设置部分粘弹性消能阻尼器，以起到减少风振和在地震作用下耗能的作用。3）受力体系

本工程采用圆钢管混凝土框架－钢支撑结构体系，框架柱采用圆钢管混凝土柱，支撑体系采用跨层╳形矩形钢管支撑、层内人字形及V字形热轧或焊接H型钢支撑，框架梁采用热轧或焊接H型钢与闭口型或缩口型压型钢板组合楼板的组合形式。利用钢支撑作为主要抗侧力构件，钢框架主要承担竖向荷载。钢柱与钢梁节点采用刚性连接，钢支撑与钢管连接节点构造按刚性连接，计算时按铰接，主次梁节点为铰接，框架梁及次梁弹性分析时考虑楼板的组合效应。由于建筑使用功能的限制，设置了支撑的电梯和楼梯间偏向平面Y向上侧，使结构刚度中心偏移。为此采用尽量强化（D）轴刚度，弱化（E）轴刚度，此外在平面Y向两侧各设立一道X形支撑，以加强结构的弱向刚度及抗扭能力。建筑立面在X方向前面为两片不同曲率的弧形面，因此，在该立面的结构柱也按建筑立面的要求而呈弧线形。这使得结构杆件的受力比较复杂。

(D)(E)支撑部分支撑立面布置示意图4）楼面体系楼面梁采用Q345B钢梁，梁跨度约在9～18m之间，楼板采用闭口型或缩口型压型钢板组合楼板以及局部的现浇混凝土楼板，通过抗剪栓钉将楼板和主次梁连为整体，钢梁与混凝土之间的剪力，靠设置栓钉来传递，同时，栓钉可作为压型钢板与钢梁固定连接件。

钢次梁的设计按照钢-混凝土组合梁设计，将混凝土楼板作为钢次梁受压翼缘的一部分，可以明显减小钢梁的断面，提高钢梁的刚度，减小钢次梁的挠度。在优化中对次梁的断面，根据跨度，分别采用不同的断面形式和断面大小，以达到节约材料的目的。对所有的次梁按照组合梁来设计，根据梁的跨度，将其分为两类：跨度大于11米的梁采用上翼缘较宽较薄、下翼缘较厚的截面形式，以获得较大混凝土有效面积，充分发挥混凝土的抗压能力，减小用钢量。对11m以下的组合梁，钢梁部分采用热轧H型钢梁，以减小制作的工作量，加快工程的施工进度。

钢框架梁仅跨中部分按照钢-混凝土组合梁设计。

六、结构弹性计算及设计验证

1、程序介绍SATWE是一个为现代多、高层建筑设计的空间组合结构有限元分析软件，较好地解决了剪力墙和楼板的模型化问题，使简化模型尽可能地合理，能更好地反映出结构地真实受力状态。它适用于高层和多层钢筋砼框架、框架－剪力墙、剪力墙结构，以及高层钢结构或钢－砼混合结构。

ETABS是一个完善且易于使用的建筑结构专用分析和设计程序，具有一流的集成于通用数据库中的建模、分析和设计功能。它能处理包括广泛的非线性效应在内的，巨大且极其复杂的建筑模型。它提供了中国规范的验算功能。

2、结构计算分析本工程地面以上采用中国建筑科学研究院编制的PKPM系列SATWE分析程序进行计算分析。结构计算考虑双向地震作用、扭转耦连、重力二阶效应及施工模拟，振型数取15个（以有效质量系数90％控制），结构计算总层数为45层（屋顶构架的7层作为提供质量和导风荷载之用，该部分结构另行专门设计，其位移亦不在结构整体中作比较）。人防地下室另作计算。本工程采用美国CSI公司的ETABS计算分析程序中国规范版进行设计验证，并将计算结果与SATWE的结果进行比较。

本工程还采用上述两个程序对结构进行多遇地震（小震）和偶遇地震（中震）下的弹性时程分析，作为补充计算（根据抗规5.1.2条表5.1.2-1规定），按建筑场地类别（Ⅱ类场地），设计地震分组为第一组，以及地震选波按三要素（频谱特性、有效峰值和持续时间），选用由广东省智源工程抗震科技公司提供的Gdata.632、Gdata.630两组本场地模拟的人工地震波，以及各一组Ⅱ类场地实际多遇地震强震记录TAFT2波代入程序计算，阻尼比为0.02，考虑周期折减0.95。结构计算结果表明：两个程序计算结果相当吻合，结构周期及位移符合规范要求，结构体系选择适当，剪重比适中，构件截面取值合理。

3、有关技术指标如下：1）前15个振型的自振周期（秒）（表中*表示第一扭转周期Tt）

周期号

T1T2T3*T4T5T6T7T8SATWE自振周期(s)5.224.353.761.761.100.980.920.71SATWE平动系数

10.980.050.990.820.350.860.65Etabs自振周期(s)5.254.343.761.831.101.000.950.69Etabs平动系数1.001.000.011.000.740.300.710.97周期号T9T10T11T12T13T14T15SATWE自振周期(s)0.650.530.510.470.450.420.37SATWE平动系数0.790.720.920.190.910.760.96Etabs自振周期(s)0.590.530.480.480.410.390.34Etabs平动系数0.650.740.610.140.650.850.98结构整体空间振动前三个振型简图如下图所示：

（a）第一振型（X向一阶平动）

（b）第二振型（Y向一阶平动）

（c）第三振型（扭转）

2）饼风荷构载和椅地震膨作用子下结印构的最大层涝间位移例角见下暑表:

层间位移角

作用

SATWEETABSX向Y向X向Y向风荷载1/787(24层)1/420(24层)1/981(24层)1/476(24层)地震反应谱作用1/544(24层)1/586(24层)1/544(24层)1/591(24层)TAF-21/1341(30层)1/2404(24层)1/684（30层）1/2188（33层）Gdata.6301/2990（24层）1/3482（35层）1/2985（31层）1/4201（27层）Gdata.6321/2794（24层）1/2929（32层）1/2985（25层）1/2793（33层）说明倡：l风荷蒜载作项用下楼层层恭间最大虾位移与层高隆之比△U/朋h＜拒1/黄40雁0，满足夹“高膨钢规屿”第概条；地震尾荷载锡作用勾下层间杜位移姨与层击高之径比△U/h劲＜1/客300，满足祥“抗命规”免第条讲，按弹性贡方法计适算时对狸结构水妙平位移构限值及滩刚度控酷制的要酷求。l风荷载渠作用下层间杀位移迈角的梳差异主要由酷于两个洗程序计荒算风力尊方法不渴同所导英致。l从风该荷载朱作用居下的虎楼层蚀位移画曲线惭可以佳看出盲，局部士位移症突变与层高杯有关，伏分别为23层（4.湾6m）、24层（4.未6m）、36层（8.2m）、37层（8.戴2m）。同时糕明显浊可以逝看出22层由孝于设冬置伸芦臂桁临架，稳对约侦束主辰体结良构的咳变形喷和位名移量次有明赴显的袜作用幅。风荷载佳下结构层间位剪移曲线如下图戚所示：3）SA轻TW潜E计算抬的地乌震作持用下妹楼层筐最大按位移鼠（层徒间位椅移）投与平阵均位成移（辰平均抄层间同位移乒）的比值：考虑偶盈然偏心冠影响的屠地震反乡丰应谱作宏用下，限两个计眉算程序妥中楼层满竖向构泰件最大盈弹性水虎平位移衫和层间廊位移分悬别为楼贷层两端任弹性水烫平位移蚊和层间刻平均位酷移的1.归37和1.4仓7倍，技属扭臂转不帅规则糠平面沙，但飘均小搬于1论.5姐倍，毯满足链“抗躺规”起第对丽扭转蹈不规绒则的循限制凳。4）反应谱流作用下基底寸剪力蕉、弯恳矩和迫结构尸总重（不堤含地闭下室毅）：基底剪力Q0(kN)

基底弯矩M0(kNm)

总重Wt(kN)

标准层单位面积重度（kN/m2）

SATWEX向924796448459202010.7(不考虑活荷载折减)Y向101651025050ETABSX向945497874959361310.7(不考虑活荷载折减)Y向1057910508025）SA扶TW慕E计算剪重比的结果：楼层号X向剪重比Y向剪重比楼层号X向剪重比Y向剪重比37F4.72%5.67%27F2.91%3.13%36F4.37%5.13%26F2.83%3.03%35F4.07%4.73%25F2.75%2.94%34F3.81%4.42%24F2.68%2.85%33F3.59%4.17%23F2.60%2.78%32F3.41%3.95%22F2.53%2.71%31F3.28%3.75%21F2.47%2.65%30F3.18%3.56%20F2.41%2.60%29F3.09%3.40%19F2.36%2.55%28F3.00%3.26%18F2.31%2.49%楼层号X向剪重比Y向剪重比楼层号X向剪重比Y向剪重比17F2.26%2.44%8F1.87%2.01%16F2.21%2.38%7F1.83%1.98%15F2.16%2.33%6F1.79%1.95%14F2.11%2.27%5F1.76%1.92%13F2.07%2.22%4F1.71%1.88%12F2.02%2.17%3F1.66%1.82%11F1.99%2.12%2F1.61%1.77%10F1.95%2.08%1F1.56%1.72%9F1.91%2.04%均满足锣抗震规腰范哲条要求令的X向楼缺层最附小剪例重比叉=叫1鼓.2魔0%乌，Y向楼层搞最小剪去重比拍=1说.37认%的要欢求。6）层刚脏度比：各层侧赌向刚度后均大于卧相邻上答一层侧使向刚度低的70外%，并黎大于其猛上相邻听三层侧环向刚度室平均值续的80陡%，满临足“抗部规”第拣条侧向岗刚度规牛则性要博求。7）风荷涝载作鬼用下计结构详顺风苏向和约横风呜向顶点凯最大咐加速般度：X向(m/s2)

Y向(m/s2)

顺风向顶点最大加速度0.0920.210横风向顶点最大加速度0.2490.249结构盐顺风比向和葛横风建向顶司点最题大加厦速度毙均≤0.挥28m/s2（公共建美筑），蜡满足“榴高钢规坏”第条帆对结构堵舒适度假的要求制。4、多遇地贷震（小粒震）下终的弹性跟动力时花程分析小震示下弹亩性动捧力时志程分划析选垦用的运地震歉波见水图1穴2.买11锐-a、b普、c所示，村其中Gd济at坏a.张63蛇2、Gda嚷ta.衰630为两组访本场俗地模土拟的朗人工接地震雾波，TA历FT半2为Ⅱ类场菜地实起际多瞒遇地危震强忠震记拴录：弹性身动力浙时程煤分析都的结悔果与梳地震曾反应票谱按CQ搞C方法分尾析的结泽果比较能列于下寨列各图克中。戚由疫图中的次结构层矩位移曲绵线、层彼间位移肢曲线及制层剪力沉曲线可押知，地宵震反应四谱分析落所得地蝴震作用右在弹性贤阶段对增结构变贡形起控花制作用卸。而沿数高度分雅布的层锯剪力在返不同地洞震波作沙用下在事顶部有内一定的渔差异，榜故在施近工图设旅计中将导取各地日震作用连下层剪确力的最此大值来就验算结描构构件瞒的强度魔。弹性动协力时程盾分析与帆地震反怖应谱分坊析的楼层位瓣移曲线比较弹性木动力礼时程碗分析施与地课震反循应谱少分析办的层间位渴移曲线比较弹性慨动力档时程拉分析绩与地在震反涝应谱苍分析鸡的层剪管力曲镜线比较5、偶遇地丢震（中垂震）下及的弹性公反应谱良分析及肤构件验腹算本结构胀的主要驰抗侧力水构件截敏面选择付均遵守松“刚度尚控制”俘原则，萝在常遇干地震组危合下，辫钢管混鸣凝土柱颜和钢支缘瑞撑的允右许应力韵都有一偶定程度区的富余迈。为保仅证结构惠安全性布，设计固中根据暖安评报蔑告所提超供的偶难遇地震似反应谱巾数据，爪对结构异进行了坑偶遇地拜震（中危震）下恭的弹性妥反应谱姿分析，鸟水平地烦震影响恶系数最雕大值αmax为0.阶26，特蕉征周安期Tg为0.逼36秒，结构阻尼国比仍纸为0.乡丰02。取荷载巾组合为重力荷己载代表炭值+偶遇抖地震凉荷载，对来偶遇符地震陪组合侵下各腔关键寨部位梢的抗呆侧力践构件礼（柱荒，支轨撑等彼）作叶了承巡寿载力膨验算溜，现建列举匙部分秆验算须结果颠如下纯（验宝算时吸考虑厉承载钟力抗丛震调内整系镇数γRE，对柱洽为0.7身5，对支病撑为0.8珠0）。1）殃柱底权轴力吼最大泽位置眠为底死层（D）x刻（1/盏2）轴处圆之钢管柱丙，轴力N为62友81副2kN，其对换应弯薯矩为38猛66kN·唱m，截面僻稳定拥应力列比为0.公78纠8。这努一组旋合同土时也陶是该当柱最隙大弯衬矩组淹合。2）冲未设损支撑调的（救3/跃4）粱轴柱钥底层避最大束轴力苍为36哄00去3kN，对应紧弯矩供为157晓0kN胡·m，截面施稳定用应力经比为0.3利33。3）何外矛立面轻斜柱肌最大筋轴力书为28胶38便0kN，对应弯括矩为281套5kN乏·m，截面芦稳定颤应力丽比为0.南30担3；4）扬加详强层扭附加败外立我面斜举柱最器大弯寺矩为244抚0kN床·m，对应四轴力咏为179轮55kN，截面特稳定鞋应力妨比为0.1究43。5）寄（汇1）维、（瘦7）友轴底合层1述8m长跨郊层斜熟撑最洗大轴肆力873啊0kN，截面稳俗定应力把比为0.桑47秆3。（1长），（算7）轴峰底层以仿上各层妇支撑最俊大轴力必为15臭11赴8kN，稳定痰应力胁比为0.6瘦73。6）Y向其余哈各榀支粮撑中最患大轴力唐为500止7kN，稳定算应力禁比为0.4面89。7）22层加眉强层执桁架状最大迁轴力牌为55筑10kN，稳定贝应力挪比为0.烤87去2。综上侧所述，由于妥本工程踏结构体非系和构皮件的确游定实际共为风荷脖载控码制，在抛地震晋作用纹下的告反应爸较小被。因未此经编进一昏步验劝算，率结构猫各主鄙要抗擦侧力撕构件荡（柱蜡，支垮撑等借）在哀偶遇膏地震凭作用野下均效仍处完于弹鸡性阶菌段，裙本结岂构的京抗侧颠力构炕件可宵达到截“中震不含坏”的别抗震干水平裹。七、结盏构计算令结果的翠分析与误说明1、抗扭国刚度辛的处役理由于建哄筑平面恩交通竖伸井位于控建筑物搜的一侧含（“侧娇筒”）斑，如抗霉侧构件稀布置不稻当将产刷生较大疲的扭转吓。本工茄程通过索结合建浪筑的功平能要求特，调整啊支撑的抄平面分厅布位置狮，强化惠（D）轴和弱珍化（E）轴侧向缠刚度，使结浙构的刚沈度中心邀与质量伤中心尽虾量保持驴一致，防从而有吐效地解荷决了“壳侧筒”雕偏心引更起的扭科转问题通。为进蜘一步增窜强结构侦的抗扭纸能力，水与建筑宫相配合副在（1竭）﹑（各7）轴贴处设跨剖层交叉蚕支撑，侮在提高肃结构抗境扭刚度铃的同时凯提高Y向抗侧肠刚度。(E)(D)(1)(7亲)2、避免出吩现侧向侦刚度薄繁弱层的螺措施由结构于位移曲棍线可知吹，局部吃楼层位魄移的突胸变主要城是由层渗高的变泉化引起雹的，如5层﹑券37丧﹑3闷8层歌（8倦.2m）青。为保持固结构侧约向刚度昌的规则桥性，避际免出现菠薄弱层孟，设计喉中分别捐在37兆﹑38奏层采取款增设支失撑的措讽施，同班时适当殊加强了威其上﹑谣下楼层套的楼板兄厚度，莲由楼层般位移曲绘线可见烂，曲线车光滑无拔突变，皂上述加羡强措施接是有效折的。3、Y向变形段的控制由结构问层位移悲及层间业位移曲碌线可知威，本工依程的侧撕向变形给、特别衔是Y向的度变形岭属于吉弯剪评型。滚风荷敲载的漏作用兵在弹爬性阶偶段对衬结构淋的变避形起沟控制都作用户。由菠于建绿筑物炊长宽刚比及叙高宽弹比较储大，馒加上勾屋面枣以上蓄风帆琴造型氏的屋丛顶构晋架结签构，拐其高岗度达喷34m且宽伟而薄弦的形舌状使卧得Y向迎免风面迟大，些引起影相当兰大的渣风荷岩载作体用在您整体蝇结构撑上，袋而Y向的笔抗侧作刚度狂相对稳薄弱付。设迫计时翻利用疼22皇层避激难层默作为结构加肢强层，设置脉了5道Y向的伸来臂桁架，由刃层间虹位移粪曲线躁可看怪出加己强层昆对控荒制Y向层块间位或移的察作用方明显腾。4、屋顶滚构架孔的分棕析处愚理屋顶索构架井与主酷体结站构的树高度狼之比崖为34/瘦162虎.9=仆1/4披.8，其断结构凭层数市有6层，扎侧向提刚度破（尤朱其Y向）巴相对念主体粉小很绞多。扑据初锤算，岗屋顶苏构架作为娘独立适体时嫂的基密本自笨振周爸期Tu与主体龄建筑的谅基本自已振周期T1的关系祖为Tu=0舰.6塑s<银T1/3=姻1.7邮4,根据《你高钢规姜》JGJ环99-鲜98第条赔，可俯在整杯体计鼓算时务将主术体建国筑的辛高度株延伸棒至屋很顶构何架的策顶部链。由整体搏计算分删析可知硬，该构皆架对结膊构整永体的心刚度岛、周斑期影置响不突大，可忽挥略不计戴。但作锡用于另构架Y向迎风烫面的风浅荷载相疯当大，行导致结痛构的位史移大大下增加，添屋顶构赴架本身柴的位移走达到1/柿30棕0。同时耕，由于辩构架的坑造型复愿杂，对乌其体型纳系数的粉取值（蚁计算时胁取1.闯3）和横弓风向风馅振的等筒效风荷超载的确沈定（见溉“荷载皮规范”论第条）隙，规范近没有确魄切的参辉数，亦晒无相关枕资料可牌循。因他此有必送要对整喜个结构油作空气弹谊性模型团的风洞国试验（拟俭采用尊计算句机模订拟风示洞试涌验）杀，以毅便分滑析找曾出屋征顶构捡架在哲风荷屡载作窝用下铅的最睬不利厅情况漂（如纸发生粪微风植共振帽、强驳风共帽振及三反复锤荷载杰下的笨疲劳娃破坏圆等）机，保坟证结急构设渡计的践安全立性和摔经济涛性。由整体敏结构空嫩间振型悟简图可驴知，高绕阶振型闯对屋顶芽构架的骨影响颇骗大，使基其地震旋反应成沃倍数级透增加，乒即简称丝式的“鞭稍效让应”。鉴于以吵上两点挨，拟考工虑在屋报顶构架Y向的某觉些层间减变形较屋大位置涉的斜撑余部件中迁设置“粘弹佩性消震能减社震装侄置”，盟以增休加结惹构的性附加能阻尼储，控热制其盟在风竟荷载炭和地孔震作话用下纲的变悼形及开振动准，避光免发冠生严队重破堡坏。狐消能及减震菊装置舟的数少量和喘分布员，需牲根据更进一影步弹沫塑性埋分析醒的结刑果而悔确定勒，另很作专贡题研酸究。八、蔑工程师结构躬设计装难点葡专题槽分析1、钢管防混凝滴土柱粉强度刷和稳蛙定验档算根据贤钢管赤混凝校土的退特点饼，最爱适宜咐用作姨轴心每受压捆和小汉偏心肆构件绘，其妙轴向斗承载妇力，斑抗剪快承载骨力和明抗扭到承载贝力均驰比空托心钢减管有庸较大坏提高获，但惊抗弯察承载俊力则致提高更较少面。本叠结构故以钢管置混凝拼土柱+钢支走撑为抗侧厨力构件望，在侧谱向水平低风荷载消和地震遍作用下独，钢管制混凝土集柱将承亩受弯距酿作用。乓虽然本川结构的刺抗侧刚录度主要百来自支时撑体系津，钢管旗柱所分代担的水学平剪力爪较小，紫柱弯距宰也较小兵，绝大研部分柱菠均为小同偏心受庸压，但萍其仍处忍于压，货弯，江剪，左扭的愁复杂冷应力抗状态。《钢管圆混凝土己结构设辰计与施堪工规程尽》CEC沈S28槐:90出版亮于1泊99舌2年锤，在忙此后淘的十抖余年牙间，裁对钢虎管混酬凝土藏柱的蜡分析箱研究介又有奖了长卷足的孩进步静，上摩述规袭程已朱不能遭完全滔反映协当前期的钢旧管混荡凝土灿柱设答计与侄研究给水平俘。因渴此，抄在本灿工程泽的钢言管混躁凝土氏柱设西计中巴，除需满足柄《钢神管混少凝土眨结构怎设计斜与施府工规定程》屋要求猴外，螺另行必参考姿了《钢悟－混列凝土苗组合婶结构后设计恋规程今》DL稠/T陡50炮58陵-1摔99孝9，作为伙本工砖程计榴算钢铸管混颠凝土盟柱稳泛定系钓数，句复杂于应力挥状态圈下强梳度承谎载力絮和稳羞定承移载力桌的主堂要依笛据。1）钢管娱混凝夸土截境面承臭载力层计算本工口程所婚采用桂钢管夜混凝药土柱逮截面促较大瘦，长序细比渗多在弹10盘～2志0之缝间，澡稳定高系数套接近甲于1打。本工程豪所用各钞钢管混宪凝土柱截面爹承载煮能力见下受表。截面直径D（mm）壁厚t（mm）

轴向承载力（kN）

抗弯承载力（kN*m）

抗剪承载力（kN）

抗扭承载力（kN*m）

1200267020014010211501049012002467930131401855097211200226562012270161208953120020632601139013850819110002854430995022590779370026302104256181003524本工劳程中顿采用绳的钢环管混椅凝土辫柱强度承象载力设知计公式：本工翁程中迈采用款的钢腾管混氧凝土幕柱稳定承颜载力设躬计公式：式中针，N，T菌，V，掌M——构件弄设计狠内力βm捷——等效弯滨矩系数急，按钢覆结构设粉计规范豪规定取威值N0路，T铲0，愤V0背，M致0—驳—构件蜂截面粗承载辉力(1烘-0忆.4N/N流E)—盲—考虑终挠度尘对弯发矩的书附加批影响NE纪——欧拉临自界力φ——钢管混原凝土柱泊稳定系鸦数2）弧形斜羊柱整体支受力分纸析如前所理述，钢勺管混凝习土柱最垃适宜用俘作轴心决受压和移小偏心蜂受压构野件，抗欺弯承载法力提高匆较少。涌本结构少由于建少筑造型售的要求射，在主脖立面采伯用了由娃多段斜献柱组成夹的弧形缸柱体系趋（如图戒所示）伟。这种摔竖向结牌构布置狡方式在箭受力上概有以下两个棕特点：①在竖种向荷别载作交用下肆，在痒柱的敲主弯锯曲平般面内稿将产鸽生附加隔弯距。②由于在迹竖向荷序载作用积下斜柱很同时发绘生轴向米变形和宴弯曲变还形，加妙之中部堡加强层园在水平期力作用剥下会带陆来额外深附加轴顾力，因诵此其累堤积P-d按elt恳a效应将较其神他柱更枣为明显致。轴力N主弯距M主剪猾力V图a、外立面抄斜柱布古置图b、在荷载好作用下备斜柱的权主弯距内图针对以伍上两个仗问题，苹在结构公设计中虚利用ET婚AB以S软件祥的几凝何非华线性结分析俭能力洪，对樱斜柱裙的受秆力变赠形情论况做踪蝶了专尼题分故析，徒具体抖分析色结果猎如下叹。对线性君与非线帖性加载妹方式计敞算结果楚的比较经初步洒分析发抹现，弹辱性阶段印在1.禾0恒-1敞.4Y风这嗽一荷魔载组既合下详，斜漂柱受蹈力处旅于最抛不利健状态认，轴辣力偏僻心矩非最大犁。因迎此，义在ETA工BS分析史中，艰采用两阶段绣加载的方法大，先在给结构上雁施加竖规向荷载穿，使结咽构产生什第一阶祖段变形糟，在此宇基础上板再施加姑水平风余荷载，脉使结构尽产生第恒二阶段炊变形（甚图c）。在此分顺析过程迟中考虑跃了P-d辫elt踩a效应，淡现将其延最终结肌果与直松接将两选荷载工搁况相加河，且不顺考虑P-贿de慢lt倡a效应的星斜柱内五力比较颂如下表协（略）如。第一阶跪段（1罩.0恒梦）啄第二副阶段（剩-1.秀4Y风）图c、两阶严段非临线性絮加载什示意帽图由比较放结果可匆知，非拿线性加誓载所得倒柱内力拉均比线迅性加载颠结果略引大，但证二者差秘异多在兰5％以乔内，个青别差异抵较大的枪比值是熟由于舍小入误差时所至。由此可殖见斜钢府管混凝查土柱具哑有较大兴的轴向体刚度和昼弯曲刚凭度，非岭线性和P-除de落lt横a效应的连影响并妈不明显。但在冲加强层妥附近的肺斜柱内纵力差异坦较其它崭层略大宜，在设露计中应脆予以加咳强。此外，茧在竖向像恒载（脑第一阶旁段荷载鬼）作用饭下，线肚性与非辈线性分慈析所得目的柱顶搂竖向位贸移极为缎接近，怪（4）轴蜂第39层柱传顶竖蛋向位没移均奏约等澡于36mm，也证明爬斜柱具捡有较大旗的刚度漠。在施堪加第二听阶段荷覆载后，膨（4）轴第39层柱颂顶水咸平位虽移线拒性分英析结治果为296mm，而非线娘性结果猪为318mm，两着相馆差约7.印4％。充但这一差品异主要究是由于倡结构的模整体弯委曲效应转所造成要的，在黎后文诉中将中另有辟专题橡论述祖。◆斜柱遍非线店性加话载状壶态下萌受力访状态由分吧析可用知，粗虽然仍顶层俩和加僚强层域斜柱乏偏心氧距较风大，煎但仍暗远小苍于圆事钢管始柱半嫂径，斜柱均化处于小像偏心受煮压状态，各塞层斜暑柱稳甘定应泪力比催均有舰很大港富余岸，具拥有足类够的记安全挨度。2、跨层斜厚撑抗侧驾刚度分龟析本工绞程在扔最外采侧（1）、历（7）轴各秩有一榀滤跨越4层的“X”型支撑离，这两灿榀支撑更对结构哑的抗侧夫和抗扭缎刚度均伴有很大郊贡献。廊由于其轮跨越多便层楼板娃，在结御构设计茂和计算防中，均喝采用“梁过撑弱不过”的方怖式，在福支撑与安楼层梁并相交处己保持楼展层梁贯未通，支势撑断开呈并将其泉与梁相烤连节点平设为铰扑接，如鞋下图所枯示。这贱种处理徒方式可缓以使支牲撑的受扁力方式向较为单品一，不锡受到楼敢层梁附巾加弯距踢的干扰局。在竖输向荷载礼作用下崖，跨层火支撑会倚分担楼勒层竖向犬荷载，血导致各扑段支撑浇端点发立生位移蜘，不再吹保持在鞋同一直赠线上。价这种重力荷芹载下的曲弯曲效层应会对惨支撑寨抗侧袍刚度宴产生担一定偿影响惹，在凝设计守中借达助ETA名BS软件狭的几龟何非干线性般分析爬功能倍，对患这一其问题逃作了亿专题颂研究测，分守析结栏果如黎下。为反溪映竖馆向荷长载对委结构络变形舒的影紧响，边在分蠢析中趣采用绩了和宣前述谢斜柱软分析涌中相剩同的分段认非线岸性加丢载方锣法，荷威载工予况为1.酷0恒-1剖.0Y风。瓶先施杠加第拌一阶丙段恒淹荷载族，在饥此基棍础上钓重组递刚度抖和位甲移矩杯阵，诵施加鸽第二悔阶段巾负Y向风荷勉载。分论析过程钱中考虑肾了P-蠢de小lt续a效应纪，将花其结虏果与座不考塘虑P-枪de勤lt絮a效应，殖在结构瞎上直接乱作用风狭荷载的组线性位殃移结果塌比较（婆略表）盾。由结果分可见，厌扣除第锡一阶段长竖向荷喇载作用藏下的弯殊曲效应披影响，困结构非捞线性分落析与线茧性分析呀的位移结公果差异趋均在5停％以内，而这丹一差值鬼同在线雷性分析挠时直接范开启P-d戴elt滋a选项所践带来的窜差异基塑本相同哄。因此炎，跨层复支撑在贤重力荷睬载下的壁弯曲效仔应对结但构刚度术的影响雪基本上冬可忽略栗不计。回跨层支堡撑截面恨达到6碌00x60良0x4生0，其轴向茫刚度很符大，对趣楼层梁贸有很强读的拉结竭作用，脑使得梁票撑连接戏点的挠役度很小苍，各段导支撑基易本仍能醒保持在漆一条直区线上，加是造成列这一结驼果的重督要原因太。3、偏轴支酸撑附加唱弯矩对虏整体结胜构的影计响本工程棋由于建霜筑使用概功能的客要求，饿在（D）、（E）轴上的X向中心刮支撑和蛙耗能支退撑中心锅线与钢饿管柱中佩心线不迷重合，第形成“偏轴雾支撑”，如恶图所示撇，偏离左钢管柱篇轴线距忽离约为250mm（小于遍支撑葵杆件坦宽度300mm），。因此X向支撑餐的轴力成将在钢说管柱顶沈产生绕X轴的附峰加弯矩社及绕Z轴的扭龙矩。按纱照“高逐钢规拜”条规定确，支隔撑的意中心表线“当受护条件府限制清有不而大于填支撑竹杆件锋宽度进的偏殿心时磁，节症点设黎计应喊计入丘偏心固造成壮的附泼加弯霞矩的滴影响”。因伪此，在ET饺AB牧S和SAT柱WE的整体尾分析中聚，均采潮用了将乡丰支撑偏秃心，由尺程序自衫动生成完柱端刚纷域的处姐理方法芹，以反停映结构霸的真实贸受力情燥况。同末时，在ETA轮BS中对斗支撑曲偏轴滚前后姻两种霞模型兔进行群了对涛比分寨析，救以研岁究附舍加弯旗矩的上量值掉及在棒结构眉中的帜分配虫和传沿递方睛式。旱具体英分析乎结果蓄如下氏（由钓于刚兔性楼皇板的浙存在娇，偏料轴支泳撑对室柱的畜附加怖扭矩希影响失极小检，可疲忽略绒不计垒）。偏轴兴支撑耕分布陕图（D）、（E）轴X向偏遥轴支殖撑立篮面图刑（含去地下评室）1）附加港柱顶什弯矩镜在整蔬体结麦构中敏的耗挑散图a、提取单烫榀D轴构柜件计什算X向风允荷载脚作用图b、结构旷整体谨计算X向风舟荷载壶作用存下下(D)x湾(1/午2)轴处23稳~3朱3层梁柱Y向弯垫矩图(D)滥x(献1/劝2)轴处23概~3规3层梁笋柱Y向弯漆矩图（放大积比例不隶同）（放治大比饰例相虚同）由上图侄可见，递按单榀桑框架计奋算时，站支撑偏膊轴前后添弯矩差下异很大杠；而在芦整体空痛间模型惜计算时飘，支撑旺偏轴前丘后两模捷型梁柱罩弯矩图糊型式基林本相同窗，幅值发也很接没近，以四第23层柱寸底为寒例，所偏轴教前弯怒矩为45kN哨*m，偏轴券后弯抢矩为50kN佩*m。而第23层该节基点X向支撑耻轴力为778kN，若按250mm柱顶偏京心距计需算，仅科支撑造沙成的柱愚顶附加绕弯矩即宽有194kN裕*m。实际弯送矩远小抬于手算爽估计值淹，说明睛整体空慨间结构半对偏心呼弯矩有宴很强的伞耗散能轻力。此外猎，图b中的每柱弯寺矩并仗未如雾图a那样逐轰层加大蹄，说明在空轻间模含型中弹，柱谜顶的循附加右弯矩止并不葡会逐亦层累户积。这一默分析结壮论与以史往计算向梁柱偏私心时附强加弯矩迷的分布望情况类政似。比匠较中所爷提取的虑（D）x（1/2）轴处23映~3申3层梁柱眼没有Y向支边撑及倘其他锄抗侧研力构骑件干怪扰，肚比较炮能够助说明瓶问题希，经早对（D）、管（E）轴上游各柱寒的逐呼一分闯析比征较，态其附层加弯诊矩分拆布情纲况均圾与此压类似往。2）不同业节点峡类型名分析a)因b湾)粱c扒)圈d俘)X向偏锦轴支娘撑的4种节点虾汇交类锡型如上图陕所示，州在弹性茎阶段，a类和b类节点箱支撑轴冈力的竖丑向分量敲相互抵搜消，柱美顶附加炉弯矩较堆小。而d类节俭点两过支撑季轴力巷竖向妻分量僚方向及相同鹅，柱付顶附渗加弯厌矩影生响最殿大。扇同时贫，d类节模点出灿现于锯边跨交的E轴，似结构砖的整惜体耗宾散能程力也令相对姥较弱旋，结统合Y向的纯支撑馆分布旱情况返，经晒比较桶，未妖设支望撑的Ex3详/4轴处持钢管助柱在X向风织荷载培作用脸下，Y向附加钱弯矩最杀大。其Y向最得大弯才矩为100kN竞*m，而其中骄由于支争撑偏轴半所造成买的柱顶请附加弯架矩仅为10kN，而该株截面顶在X向风荷路载作用省下X向（舰即主遵方向背）弯肾矩为334kN楼*m。考虑马到圆雁钢管诵的的晓截面照特性爸，通普过圆堡心的平轴线亡均为马惯性老主轴好，即淋使在私最不锣利情覆况下救，由准偏轴孩支撑扬造成底的附冒加弯站矩也丽仅为费截面题主弯挪矩的2％，不朝会对结摩构受力翅产生大斑的影响展。4、梁、扩支撑掉偏轴井对柱喇的影笨响根据“高钢幕规”第条，在匹抗震设凳防的结饰构中，围支撑的枕重心线道应通过担梁柱轴糖线的交朱点，当返有偏心蛮时，节至点设计僚应计入横偏心造投成的影彻响。本拦工程中迟，由于百建筑平欧面的限遣制，多态数的梁守和支撑蚂（在同康一平面际）与柱谦中心有授偏心的沿情况。堵为了解粉该种节舅点的应续力情况泥，我们恭采用美督国ALG涨OR公司研使制的Sup共er-乞SAP有限庸元通殖用计脆算程邻序对节点绳进行有泊限元分转析，分喇析结果挎见下图。由分气析报扣告发出现，女偏心助会引佩起钢痛管砼烧柱与身梁、兄支撑户相交盲位置染处钢区管及纠砼的悉附加弦应力吹，其刺影响阴影响舟程度恩约在+20孩％以内化。本鉴工程塑在设宵计钢助管砼爆柱时削，考屯虑梁度、支溪撑偏强心的名影响宽，将益整体梨计算初得到泄的内层力放招大1含.2察倍后丝式进行膝截面脉验算嘴。5、第2层楼面懒开洞对尘结构侧吵向刚度打的影响本工程轧由于建叶筑使用种功能的砍要求，干第2层楼板应有较大帜面积的绢开洞，加之其骡层高较棚大（第1，2，3，4，5层层迎高分繁别为5.俘5m，4.5出m，4.5吧m，4.5羞m，4.寨15智m），对结构嫂的侧向昌刚度有抓一定程停度的削句弱。为吊比较准桑确地反己映这一健区域的黄侧向刚兵度，在示结构设偶计中采鲜用了以阿下两种赤不的方元式来考券虑2层对库侧向风刚度横的贡难献。2层平厕面唐3层平努面1）仍将2层视拳为一蔑个结解构层活看待锁，此慕时各需层侧择移刚略度见绣下表净。层号

X向侧移刚度（kN/m）

Y向侧移刚度（kN/m）

本层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者

X向Y向2层392850095806002.252.833层249910048354001.691.914层200430036104005层178310030241006层176920028600002）由于2层楼惜板开调洞面蛋积已阳接近50％，也搭可仅将2层视跌为一表个夹差层，谷而将3层作为舞第2结构获层（纤以下督简称2+朝3层），其页层高为5.并5+妙4.避5＝10m。此时2层由踩于为沃部分见框架尤柱提茂供了荐中间着支撑惰点，伞仍对2+3层的抗糖侧刚度块有贡献高。按合孝并后的2+3层计除算各阀层侧梦移刚搬度见妨表15.佩5-2（层侧报移刚度刮计算方姨式为地萍震下层沉剪力/平均层钱间位移炸）。综上所票述，无论葡是否将2层视为蜡一个结录构层看挑待，2、3层的侧茫向刚度肥均大于驳或约等送于相邻静上一层煎侧向刚在度的70％，及测其上相密邻三个网楼层侧卧向刚度职平均值象的70％，阳满足“抗轨规”云条侧向刚友度规则衔性要求尸。结合亚楼层位连移曲线曲，层剪沫力曲线卵在该部维分光滑揭无突变临，以及虎罕遇地劣震下弹蔽塑性分遥析中结捧构支撑锣并未出律现塑性比铰，可成认为二址层具有荐足够的档抗侧刚柏度。层号

X向侧移刚度（kN/m）

Y向侧移刚度（kN/m）

本层侧移刚度与上一层侧移刚度70%的比值或上三层平均侧移刚度80%的比值中之较小者

X向Y向2+3层147150032163000.991.274层200430036104005层178310030241006层176920028600006、逆作词法施挂工中柱地下坑连续萍墙附郑加环得向压弊力对统地下卫一层妖、地尺下三兵层楼焰面的端影响本工程冷地下室惰采用逆作法供施工，施工匹过程中托地下一键层、地刮下三层旨楼面同榜时作为拍周边地膀下连续般墙水平拍向的支泰撑结构骆。此二翻层楼面台设计时毯除验算挣正常的呜使用及头施工时丧的竖向能荷载工环况之外岂，还必判须验算地下连绕续墙附泛加环向画压力的影响竞。1）计算模咏型计算程告序采用ET过AB逮S8税.4堡2，计算时竭仅考虑搅地下一夜、三层零，柱底径部按固环端约束耐考虑，席地下连喉续墙底陶部仅考休虑Z方向的梦约束（疫见下图副）。板、墙档分析时嚷都采用秀壳单元播，楼板真单元网齿格为150仪0×150饰0mm。计算模的型示意暂图（ET浸AB苗S）2）各工懒况下勿结构院反应魄及相啊应措驱施荷载莫工况割考虑衫地下弓连续默墙环臣向压赠力和扰楼面龟竖向总荷载挎。地下南室连拌续墙环向诱压力对作用据下楼层梁情主要受壁轴向压炉力；楼板加应力烈以受泥压为渗主，贱仅在叶部分炸柱周她边、竖洞口鱼及楼该板边垃缘处撤作用拥有一铜定的馒拉应赴力，另外兔在洞君口附办近有蔑应力咱集中饭现象。竖向荷陈载作用巾下楼层昏梁板渠以受喇弯为王主，广在柱巾周边姐楼板声有应眉力集勇中情唯况。相应措匆施对地朴下室困周边对洞口扫处轴伞力较煮大的肥梁，筐为防卧止梁接受压芒失稳造及洞听口边蛋缘楼凤板应娇力过扛于集糟中，授在洞柏口处请布置临时岩支撑，临时性支撑布昏置成水灶平桁架醉形式，议为减少驶弱轴计寄算长度踏，在支啦撑中间谁布置一拌道水平荐拉梁。对洞挣口边例缘、搭柱周灯边等勉应力欣集中渔处，醋设计购时考磁虑板锯内另湾布置痛一些抗裂列钢筋。九、结恢构设计枕处理1、钢梁踢的分滴析与怠节点告设计本工天程整句体计巴算时密考虑壶梁板敲的组析合作演用对窜刚度折的贡炒献，肥强度疗验算圈时支哥座部罩分按棕纯钢手梁截哗面验朱算，辱跨中池部分燃按组寄合梁鞭验算雹。塔楼矩楼面歇（C）～钉（D）之间的泥框架梁其跨度在9.闲8～18中.8m之间钞变化扛，尤炼其是13m以上酱跨度许的框君架梁烈，其密梁端浓的内低力大绘大超瞎出了胀所选汗定梁构截面陶的承瞒载力喇限值桨。为绞经济脸合理型的利穷用钢滥材的呀强度修，设哈计时伪按梁自跨度德和荷誉载确施定钢服梁截某面，牢支座耐部分卫根据随弯矩捷和剪丽力反市算所久需截停面，诵用以麻确定凝梁支跑座部侵位水姥平加五腋、著竖向铸加腋猜及加南劲肋插等加光强截内面的蓝尺寸锯，即览将框惜架梁墓做成握变截章面梁隐，如口下图膀所示梳。这所种做钻法可投有效并控制浴结构党的用堂钢量裙，并毅保证穿了建化筑的省净空婶要求得。梁乓端截李面作含为柱姜节点摔的一众部分近，在座工厂酬一起环加工摘后运梨到施萍工现办场安举装，黎再与腔跨中恐标准淘梁截浇面拼篮装。框架闹梁端恋节点悉大样灿示意迎图2、屋顶构诊架的建济筑形式屋顶丹构架托的迎意风面建议箱建筑滔设计赠做成舒格栅杏或百诸叶的更形式先，目暖的是兄形成欧气流轿的“承通道拜”，炮可大鼠大减玩小作吃用在肤屋顶质构架杜上的射风荷踏载，败减轻航对整奇体结幕构的绳影响问提高庄结构旬的安越全度兼。3、梁与司圆管延柱的更连接对直径跌大于8蚊00mm的柱妇采用内加世强环的方劣式。吧内加忍强环批具有竞面积早小，漂节约狂用钢他量；侦加强后环中筐间开皱大洞榆，周横边做辆透气灯孔，秤不影该响管秆内混坡凝土花的浇旧筑；数加强断环隐亮藏于剥钢柱恋内，厦外观宗简单凯漂亮急。钢汽梁的区翼缘饰端部兼与钢溉柱上丈所带目的小后牛腿址翼缘柳相焊尤接，向钢梁路的腹酬板通哨过高居强度架螺栓座与小益牛腿翼的腹馒板相巷连接扎。对示较小叫管径瓜的钢谋管，称可采磨用外劝加强泄环的看传统槽做法缺，也冰可采霜用下睡面讲叉的加岗横隔任板的垦方法枝，来冻获得捏较好秤外观处效果滑和较板少的犬钢材悠用量艺。4、支撑煎与圆盲管柱修的连识接支撑与思圆管柱筝的连接荡处必是雹梁柱交酒接处，族支撑端浩部截面宇放大，姐将支撑贴下边翼屡缘与梁析通过加雁劲肋相久连接，与上翼缘征与柱相稠交处，尚在柱上吉设置加摘强环，避这样可算有效传溪递支撑右轴力，序且避免肯支撑对糟梁柱的舱偏心。5、斜柱的简连接斜柱在生结构计晶算上，奏按照压仓弯构件监进行空招间整体客建模和凑计算，猪并在验机算结果帽上留有奔一定余墓量。斜矮柱采用沸插入隔膀板的方芝式实现够，隔板攻既是斜允柱转换棵的加劲境肋，又励是与之薪相连拉纯横梁加惹劲肋。许隔板中块间开大狱洞，周馋边做透烧气孔，片保证混绣凝土的幼浇筑。演斜柱在倾工厂变葡截面完杂成，保校证柱身级的焊接腰质量，洲柱的工功地拼接缺位置仍案与其它借柱相同性，设在悠距梁顶荷1.2m左右的贼位置。6、支撑甜的连煮接中心添支撑两端淋