靜安大廈核心筒超前施工剪力墻局部穩定性分析

李懷翠，蘇昱晟，伍小平（上海建工集團股份有限公司，上海 201114）

靜安大廈核心筒超前施工剪力墻局部穩定性分析

李懷翠，蘇昱晟，伍小平
（上海建工集團股份有限公司，上海 201114）

在超高層建筑核心筒超前施工過程中，對按規范無法通過局部穩定性驗算的核心筒剪力墻墻肢，利用數值軟件建立相應模型進行屈曲分析，計算該墻肢的實際計算長度系數，判斷該墻肢的實際局部穩定性。該文方法可為同類工程提供參考。

超高層建筑；局部穩定分析；核心筒超前施工；框架-核心筒結構

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.004

1　引言

框架-核心筒混合結構體系在我國超高層建筑中不斷得到廣泛應用[1]。該體系在施工中往往采用混凝土核心筒超前外圍鋼框架的整體提升法。為保證施工過程結構安全，受鋼平臺及墻體頂部堆載作用，應對高出外圍框架核心筒剪力墻局部穩定性進行驗算。金天德等[2]分析了在相同軸壓比之下，箱形鋼板剪力墻的高厚比,比鋼筋混凝土剪力墻的高厚比有所提高，且由于管內存在混凝土，組合箱形鋼板剪力墻局部屈曲能力明顯增強。李懷翠等[3]針對具體工程分析了核心筒超前外圍鋼框架15層之多的結構的各項分析參數，依據驗算配筋面積小于設計配筋面積對剪力墻墻肢強度進行了驗算。

《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3—2010）[4]5.4.4條和附錄D，分別對結構整體穩定性和剪力墻墻肢局部穩定性驗算做了相關規定。考慮到墻肢實際約束情況，采用規范公式計算墻肢長度，計算系數偏于保守，這導致計算結果不能實際反應墻肢局部穩定情況。

本文針對施工階段核心筒超前外圍鋼框架15層之多的靜安大廈結構，考慮在風荷載、施工荷載（主要為鋼平臺荷載和塔吊附墻荷載）以及自重等組合的不利受力狀態下，對采用規范進行局部穩定驗算無法通過的墻肢，利用數值軟件建立相應模型進行屈曲分析，算出該墻肢的實際計算長度系數，判斷該墻肢的實際局部穩定性。

2　工程概況

靜安大廈位于上海市靜安區，地處由西至慈溪路、東至大田路、南至山海關路、北至新閘路所圍合的區域。大廈主塔地上54層，結構高度240.27m。結構采用“核心筒—外框架”抗側力體系，結構體系構成如圖1所示。該體系由以下3個部分組成：第1部分為鋼筋混凝土核心筒；第2部分為核心筒周圍的20根外包混凝土型鋼外框架柱；第3部分為聯系核心筒與外框架柱的型鋼鋼梁。核心筒平面呈長方形，墻體厚度隨高度逐步減小，開洞處采用混凝土梁連接翼墻。標準層核心筒長邊約35m，短邊約14m。核心筒與外圍框架平面布置如圖2所示。本工程核心墻肢混凝土等級為C60，型鋼鋼材材質等級均為Q345，墻體厚度及主要構件參數見表1。分析核心筒超前施工的最不利工況下剪力墻局部穩定性，即核心筒施工至第54層，外圍框架施工至第39層（核心筒領先外圍框架15層）的工況（見圖3）。

表1　結構主要構件尺寸參數

圖1　結構體系構成

圖2　核心筒與外框架柱平面布置示意圖

圖3　不利工況結構三維模型

3　剪力墻特征值屈曲分析

隨著高度增加核心筒墻厚逐漸減小，當核心筒施工至第54層，領先外圍框架15層時，最不利墻肢Q1如圖4所示。按《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ 3—2010）5.4.4條和附錄D，分別對結構整體穩定性和剪力墻墻肢局部穩定性進行驗算。剪力墻墻肢應滿足公式（1）的穩定要求。

圖4　不利工況核心筒平面布置

式中，q為作用于墻頂組合的等效均布荷載設計值，kN/m（施工過程中，僅鋼平臺作用于墻頂，鋼平臺最大荷載975t，計算得出墻頂最大等效均布荷載q=270kN/m）；Ec為混凝土彈性模量，取36000MPa；t為剪力墻墻肢截面厚度，為300mm；l0為剪力墻墻肢計算長度，取65000mm（核心筒高出外圍框架的高度），按規范取長度計算系數為1.0，則l0=65000mm。

按規范公式取值計算長度系數，墻肢Q1不滿足局部穩定驗算要求;但考慮到墻肢Q1的實際支承條件，利用M IDAS建立相應模型進行屈曲分析，算出該墻肢的實際計算長度系數，其模型見圖5。

圖5　屈曲分析MIDAS模型

首先,進行屈曲分析得到結構的各階屈曲模態以及屈曲臨界荷載系數，然后根據各階屈曲模態形狀，確定墻肢Q1發生屈曲時的臨界荷載系數，得到該墻肢的屈曲臨界荷載，最后由歐拉臨界荷載公式（2）反算出該墻肢的計算長度系數。

式中，EI為墻肢發生屈曲方向的彈性抗彎剛度；Ncr為屈曲臨界荷載，由線性屈曲分析得到；l為墻肢高度。

分析得出核心筒底部先發生局部屈曲，其中前3階局部屈曲模態的臨界荷載系數分別為ζ1=316，ζ2=1 199，ζ3=2047。前3階屈曲模態如圖6所示。取1階模態底部單元軸力為509768N，將其與ζ1代入公式（2）計算得出墻肢Q1的計算長度系數μ=0.1136，墻肢計算長度l0=7.384m。對墻肢Q1局部穩定重新驗算，滿足局部穩定要求（見表2）。

表2　墻肢Q1局部穩定重新驗算

4　結語

考慮到墻肢實際約束情況，若墻肢局部穩定性驗算不符

圖6　墻肢屈曲分析模態

合規范要求，應考慮對該墻肢進行屈曲分析，求解實際計算長度系數，判斷該墻肢的實際局部穩定性。本文分析結論可為靜安大廈核心筒超前施工組織設計提供部分理論依據。

【1】呂西林,程明.超高層建筑結構體系的新發展[J].結構工程師, 2008,24(2):99-106.

【2】金天德,葉再利.箱形鋼板剪力墻穩定性分析[J].建筑結構學報, 2014,35(9):40-47.

【3】李懷翠,伍小平,蘇昱晟.靜安大廈核心筒超前施工分析[J].建筑施工,2015,43(5):985-990.

【4】JGJ3—2010高層建筑混凝土結構技術規程[S].

Part StabilityAnalysis of ShearWall When the Core TubeBuilt in Advance of Jin'An Tower

LI Huai-cui,SUYu-sheng,WUXiao-ping
（ShanghaiConstructionGroup Co.Ltd.,Shanghai 201114,China）

In the constructingadvance tube ofhigh-risebuilding,numerical analysissoftware was used to buckle on the shear wall which localinstabilityby thecode.Theactualstabilityof theshearwallsweredeterm ined by the realeffective length calculatedby the buckling.Thismethod canprovidereference forsimilarprojects.

super-high risebuilding;localbucklinganalysis;advanceconstructionofthecoretube;frame-corewallstructure

TU398+.2

B

1007-9467（2016）11-0028-03

上海市科委資助項目（16DZ1200201)；上海市國有資產監督管理委員會企業技術創新和能力項目提升資助項目(2013027)

李懷翠（1986～），男，湖南懷化人，工程師，從事建筑工程有限元數值分析與研究。

2016-07-22