深圳东岭花园4号地块底部采光口跃层框架分析

1工程概况

拟建项目位于深圳市罗湖区黄贝岭村，毗邻黄贝岭公园，地理位置优越。宗地南邻深南东路，东接黄贝岭旧村改造03地块，北靠黄贝岭。项目为不规则地形，南侧地形相对平坦，东北侧地形较复杂，由北向南呈现从高到低的坡地。

设计有 4层地下室，上接4层商业裙房。底盘上部设计1座 36层超高层塔楼，建筑高度161.25m，结构高度149.25m，出屋面幕墙高度12m。地下室柱距为8~11米，用途为地下车库，设备用房，商场。

工程设计基准期为50年，结构设计使用年限为50年。抗震设防烈度7度，地震分组第一组，抗震设防类别商业裙房乙类其它丙类，场地类别II类。基本风压0.75kPa，地面粗糙度C类。采用框架核心筒结构体系。

图1.1 建筑效果图

图1.2 结构三维图

2低区外框跃层研究

由于本工程建筑功能及效果的需求，在塔楼低区4~8层范围的西南角建筑开采光口，西南角3根柱组成独立框架跃5层共22m。基于以上特点，本文拟对低区开采光口及不开采光口的方案进行从整体到局部全方面的的计算分析及对比，找出低区少数楼层局部外框跃层对结构体系的受力影响。

开采光口典型标准层建筑布置详见下图所示：

图2.1 4~8层平面示意图

图2.2 采光口建筑效果图

图2.3 开采光口模型五~七层结构平面图

图2.4 不开采光口模型 五~七层结构平面图

3方案分析比较结果

对开采光口与不开采光口方案从整体到局部全方位进行比较，揭示结构传力变化。

1、整体指标分析比较

（1）周期振型结果对比

表3.1 周期振型比较

注：X-trans和Y-trans分别为SATWE模型沿X-向和Y-向的平动系数，Rot-Z为SATWE模型绕Z-向的转动系数。

上表表明，外框不封闭与封闭模型计算得到的周期基本一致，结构振型呈现出平扭的变化规律基本一致。且第一扭转振型周期与第一平动周期的比值均为0.79，均小于规范限值0.85。

（2）层间位移角对比

a）地震作用下层间位移角结果对比

b）地震作用下层间位移角结果对比

图3.5 位移角比较

（3）楼层位移比结果对比

图3.6 地震作用下楼层位移比结果对比

（4）层剪力及剪重比结果对比（地震作用）

图3.7 地震作用下层剪力结果对比

（5）框剪比计算结果对比（地震作用）

图3.9 地震作用下框剪比计算结果对比

图3.10 地震作用下底部楼层剪力分配结果对比

两种模型所得结构响应基本一致，且主要指标均能满足规范限值要求。在开采光口局部楼层外框框剪比降低5~13%，地震力略为往核心筒转移，核心筒地震剪力增大3~4%。

2、采光口周边构件内力比较

（1）低区框架柱地震剪力计算结果对比

选取底区开采光口4~8层，分析对比开采光口与否所引起的框架柱地震剪力的变化情况，柱构件编号详见下图所示：

图3.11 低区4~9层柱构件编号示意图(虚线中为组1、其它竖向构件为组2)

表3.2 框架柱地震剪力计算结果对比1

表3.3 框架柱地震剪力计算结果对比2

由上表计算结果可知，底区开采光口与否对底部相关楼层采光口周边柱的内力变化影响较大。非采光口周边柱变化不大，在2~20%之间。将跃层3颗柱编号为组1,其它竖向构件（墙+柱）为组2，从分组统计结果来看，因跃层原因，组1刚度变小，组1在跃层段整体地震剪力在减小，地震力转移到组2，组2的地震剪力略有增加，但增加幅度较小，在0.2~2.4%。组2有足够的承载力抵抗内力变化。

（2）跃层上下端水平构件计算结果对比

因结构跃层，造成局部刚度变化，地震力调整。跃层柱顶、底端结构梁板作为地震力传递的主要结构，应进行重点分析。本工程在此选取底区开采光口底（3）、顶（8、9）层，分析对比开采光口与否所引起的框架梁、板的内力的变化情况，梁构件编号详见下图所示：

图3.12 开采光口顶、底层梁构件编号示意图(虚线中为跃层范围)

表1.3.4 框架梁地震作用计算结果内力对比

注：表中数据为地震单工况作用下的最大值。

由上表计算结果可知，底区开采光口对跃层柱位置顶底连接的梁弯矩及剪力影响不大（8层KL2因柱跃层后刚度变化而造成地震下梁弯矩剪力变化较其它大），但地震下梁内轴力开采光口模型要较不开采光口模型普遍大较多。可见地震剪力通过梁轴力方式进行传递再分配。设计时跃层顶底连接梁承载力设计时需按拉、压弯构件设计，考虑轴力的影响。

跃层柱顶底板与梁一起参与剪力传递再分配，也应进行相应加强，跃层柱顶、底连接跨相关楼板板厚加强至150mm，配筋双层双向拉通设计。

4跃层框架柱稳定性分析

对于一般的规则框架柱、剪力墙（非跃层柱、墙，每层均有楼面构件约束），规范给出了相关计算长度计算公式。但对于跃层柱、墙，由于构件约束条件相对比较特殊，在部分楼层不受约束，部分楼层受到有限约束，而且构件自由长度一般较长，如果盲目按照规范公式进行计算，没有考虑结构侧移或者不从结构整体来考察构件的计算长度，有时会不够经济，构件截面过大，而有时又会带来不安全的结果。因此，本项目中对重要的跃层柱构件作了专门分析，以确定其计算长度。

具体采用方法如下：采用欧拉公式推算构件计算长度。简单介绍如下：

通过欧拉公式提供的条件，可以在确定构件的临界承载力Pcr的基础上，反推出构件的等效计算长度。

欧拉承载力公式：

计算长度公式:

根据以上计算公式可知，求解构件的计算长度，主要问题是如何得到构件的临界屈曲荷载。目前工程中临界屈曲承载力的计算方法主要有以下几种，包括：整体法、局部法、独立构件法等。本工程采用整体法求解临界屈曲荷载。

为满足建筑效果和使用空间的需要，塔楼存在三根6层通高（18.9m）跃层柱。

本项目采用SP2000软件，选取1.0恒载（含结构自重）+1.0活荷载这种工况作为屈曲分析每步加载值对整体结构进行线性屈曲分析。其整体屈曲模态如图所示。

a）第1阶(临界荷载系数K=20.35)

b）第2阶(临界荷载系数K=21.3)

c）第5阶(临界荷载系数K=30.79)

图4.1 整体结构屈曲模态

由以上整体屈曲可知，整体屈曲临界荷载系数大于10，整体结构安全可靠。