悬吊楼盖结构抗连续倒塌分析

廖理安，李常虹，孟宪亮(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610042)

悬吊楼盖结构抗连续倒塌分析

廖理安，李常虹，孟宪亮
(中国建筑西南设计研究院有限公司，四川成都 610042)

中投证券大厦楼盖通过吊杆悬挂于转换桁架的下面，转换桁架支承于两端的框架柱或剪力墙上，应避免桁架或吊杆失效导致结构发生大面积的倒塌。大厦数据机房屋面以下结构安全等级为一级，根据高规的要求，也须对主体结构进行防连续倒塌的概念设计，并进行防连续倒塌分析。文章对中投证券大厦悬吊楼盖抗连续倒塌分析进行了介绍。

悬吊楼盖；转换桁架；抗连续倒塌

1 工程概况

位于深圳市南山区后海中心区的中投证券大厦办公楼地上29层，标准层层高4.5 m，屋顶结构标高137.05 m，平面呈矩形，标准层平面轮廓尺寸(长×宽)为59.4 m×34.2 m。地面以上采用混合结构。

为满足办公区域布局应具有高度的灵活性、适应性与视觉穿透性的建筑理念，以及底层大厅、4层、16层、18层楼层平面中部设置无柱大空间的业主要求，将主体结构的竖向构件(CFST框架柱、钢筋混凝土筒)集中布置于矩形建筑平面长向的两端，中间28.0 m跨度采用在建筑高度中部(14～16层)和顶部(29层、屋顶层)分别设置两层高和一层高的钢桁架进行连接，并通过在桁架下弦节点设置H型钢吊柱分别悬挂5F～13F和19F～28F楼面。为满足3F设置信息机房的需要，在3F～4F楼面间设置了一层高的钢桁架，同时为了满足建筑裙房造型要求，部分钢桁架设跨度12 m左右的悬挑段。2F局部楼面通过设少量圆钢棒吊杆悬挂于3F～4F桁架下弦节点上。建筑剖面见图1。

图1 建筑剖面

2 抗连续倒塌分析

本项目低区、高区分别有9、10层楼盖分别通过8根吊柱悬吊于转换桁架之下。裙楼设有A级数据机房。考虑爆炸、撞击、火灾、人为破坏等偶然作用源等因素，结构应具有适宜的抗连续倒塌的能力。

项目结构采用高规推荐的拆除构件法进行主体结构抗倒塌分析。分别拆除底层4轴交D、K轴的支承转换桁架的框架柱、转换桁架支座斜腹杆、与转换桁架下弦节点直接相连的吊杆段、桁架上弦跨中杆件，采用弹性静力方法分析剩余结构的内力和变形。拆除吊杆和桁架上弦跨中杆件的抗连续倒塌分析如下：

2.1 拆除构件法抗连续倒塌分析的荷载组合

将JGJ 3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的式3.12.3和式3.12.4合并展开得到下式：

Rd≥βηdSGk+βηd∑φqiSQi,k+βψWSWK

(1)

结合各参数的物理意义,且针对不同部位的构件,可将式(1)转化为四种自定义荷载组合:

1)对于直接与被拆除竖向构件相连的中部水平构件：

Rd≥1.34SGk+0.536SQi，k+0.134SWK

(2)

2)对于不直接与被拆除竖向构件相连的中部水平构件：

Rd≥0.67SGk+0.268SQi，k+0.134SWK

(3)

3)对于直接与被拆除竖向构件相连的非中部水平构件：

Rd≥2.0SGk+0.8SQi，k+0.2SWK

(4)

4)对于不直接与被拆除竖向构件相连的非中部水平构件：

Rd≥1.0SGk+0.4SQi，k+0.2SWK

(5)

根据高规的要求，抗连续倒塌计算中，混凝土强度采用标准值；钢材强度、正截面承载力验算时采用标准值的1.25倍，受剪承载力验算时采用标准值的1.0倍。

2.2 拆除与桁架下弦节点直接相连的一段钢吊柱

拆除14～16层中部桁架中间榀与下弦节点相连的一根吊柱，具体部位如图2所示。

图2 拆除吊柱后恒载作用下结构变形(最大位移36mm)

(1)直接与被拆除吊柱相连的中部水平梁的分析结果见图3。

图3 直接与被拆除吊柱相连的中部水平梁的应力比立面简图

查看图3中与被拆除吊柱直接相连的中部水平构件，应力比均小于1，满足规范要求。

(2)不直接与被拆除吊柱相连的中部构件的分析结果见图4。

图4 不直接与被拆除吊柱相连的中部构件的应力比立面简图

查看图4中与被拆除吊柱不直接相连的中部构件，应力比均小于1，满足规范要求。

(3)与被拆除吊柱相连的柱的分析结果见图5。

图5 直接与被拆除吊柱相连的吊柱的应力比立面简图

据图5可知，最大应力比为1.14。计算软件对钢材强度按设计值取值，换算为标准值并提高1.25倍后的应力比为0.82<1，满足规范要求。

(4)不直接与被拆除吊柱相连的其它构件的分析结果见图6。

图6 其它不直接与被拆除吊柱相连构件的应力比立面简图

查看图6中不直接与被拆除吊柱相连的构件，其应力比均小于1，满足规范要求。

2.3 拆除顶部桁架中部一根上弦杆

拆除29层～屋面层中间榀桁架中间部位的一根关键上弦杆，具体部位如图7所示。

图7 拆除吊柱后恒载作用下结构变形(最大位移37.4mm)

(1)直接与被拆除弦杆相连的梁的分析结果见图8。

图8 直接与被拆除弦杆相连的梁的应力比立面简图

查看图8可知，与被拆除弦杆直接相连的梁的应力比均小于1，满足规范要求。

(2)不直接与被拆除弦杆相连的梁的分析结果见图9。

图9 不直接与被拆除弦杆相连的梁的应力比立面简图

查看图9可知，与被拆除弦杆直接相连的梁的应力比均小于1，满足规范要求。

(3)直接与被拆除弦杆相连吊柱及桁架的分析结果见图10。

图10 不直接与被拆除弦杆相连的梁的应力比立面简图

据图10可知，最大应力比为1.16。计算软件对钢材强度按设计值取值，换算为标准值并提高1.25倍后的应力比为0.84<1，满足规范要求。

(4)其它不直接与被拆除弦杆相连构件的分析结果见图11。

图11 不直接与被拆除弦杆相连其他构件的应力比立面简图

据图11可知，不直接与被拆除弦杆的其他构件的应力比均小于1，满足规范要求。

3 结论

根据高规推荐的计算方法，拆除与桁架下弦节点相连的一段钢吊柱及顶层转换桁架跨中的一段上弦杆，进行弹性静力分析，剩余结构构件承载力均符合高规的相关要求，说明此两类构件破坏后不会导致结构的连续倒塌。

[1] JGJ 3-2010 高层建筑混凝土结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

廖理安(1969～)，男，硕士，高级工程师，从事建筑结构设计工作。

TU351

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[定稿日期]2016-12-01