巨型混合框架_核心筒结构的性能分析
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在 X 和 Y 方向均对称， 所以振型 1 和振型 2 对应的 周期是相等的 。 由 表 2 可 知， 设置跨越两个楼层的 巨型梁和伸臂均可 使 结 构 平 动 周 期 减 小， 这是因为
mm
外墙 1 100 800 600 400 280 内墙 850 600 400 300 250
ANALYSIS OF PERFORMANCE OF MEGA HYBRID FRAMECOREWALL STRUCTURE
Yang Hang Chen Lin Zhou Yun
（ Guangzhou University ，Guangzhou 510006 ，China ）
Abstract ： Mega hybrid frame-corewall structure is a new type of structural system for super high-rise buildings ， which consists of mega SRC frame ，RC corewall ，and outrigger trusses. The lateral stiffness and cooperative working performance of structure can be effectively improved by using methods as follows ： increasing the stiffness of mega beams and outriggers ，setting mega braces on the mega frame. The analysis results indicate that using these methods can improve the lateral stiffness and reduce the stiffness irregularity. The transmission efficiency of internal forces between the substructure and the main structure under vertical load can be improved by setting mega braces as well as increasing the stiffness of mega beams. The axial force of core wall can be reduced by increasing the stiffness of outrigger under vertical load ，therefore ，the earthquake-resistant capacity of core wall can be improved. The bottom shear force and moment of the mega frame under earthquake can be increased significantly by setting mega braces. Keywords ： mega hybrid frame-corewall structure ； steel reinforced concrete ； mega beam ； outrigger ； mega brace
E － mail： zyfychen@ 163. com
收稿日期：2010 － 09 － 10
工业建筑
2011 年第 41 卷第 3 期
63
1
计算模型 参照工程实例
［ 6 － 7］
在模型 A 的基础上， 将 1 层高的巨型梁改为跨 ， 建立了 85 层的巨型型钢混 得到模型 B ；将 1 层高的伸臂桁架改为 越两个楼层， 跨越两个楼层， 得到模型 C ；在巨型框架上设置巨型 得到 模 型 D 。 巨 型 支 撑 为 箱 形 截 面， 尺寸如 支撑， 52 ～ 68 下：1 ～ 51 层 为 700 mm × 450 mm × 40 mm ， 69 层 以 上 为 层 为 650 mm × 450 mm × 40 mm ， 550 mm × 350 mm × 35 mm 。 模型 A ～ D 的立面见图 3。
构件截面尺寸 Member section size
次柱 1 800 × 900 1 500 × 700 1 200 × 600 1 000 × 550 800 × 500 巨型梁腹杆
布置双层巨型梁和 伸 臂， 实质上是通过增加巨型梁 和伸臂的高度达到 提 高 加 强 层 刚 度， 最终提高结构 C 的 周 期 可 知， 整体抗侧刚度的目的 。 对比模型 B 、 伸臂的双层设置对结构周期的影响较大 。 由模型 D 的周期可以看出， 加设巨型支撑对结构整体刚度的 提高最显著 。 对比 各 模 型 的 扭 转 周 期 可 以 发 现， 巨 型梁和巨型支撑对 结 构 扭 转 周 期 影 响 较 大， 这是因 为巨型梁和巨型支 撑 均 对 称 布 置 在 结 构 外 围， 提供
凝土框架 － 混凝土核心筒结构作为初始模型 A 。 该 总 高 340 m ， 平 面 尺 寸 41. 6 m × 模型 层 高 4 m ， 41. 6 m 。 34 层 、 51 层 、 68 层 、 85 层各设置 在第 17 层 、 一道巨型梁和伸臂桁架， 两者构成加强层， 平面布置 其 如图 1 和图 2 所 示 。 主 要 构 件 截 面 尺 寸 见 表 1 ， 中巨柱和次柱均为型钢混凝土， 巨柱含钢率为9% ～ 10% ， 次 柱 含 钢 率 为 5% ～ 6% 。 连 梁 高 度 为 700 mm ， 柱、 墙 混 凝 土 强 度 等 级 为 C60 。 楼 板 厚 度 为 150 mm ， 混 凝 土 强 度 等 级 为 C35 。 钢 材 均 选 用 Q345 。
， 以及天津市 117 层的高银金
* 广东省基金团队项 目 （ 8351009101000001 ） ； 广 东 省 科 技 计 划 项 目 （ 2008 B030303075 ） ；广州市科技计划项目（ 2008J1 － C251 － 1 ） ；广 州 市属高校科技计划项目（ 08C048 ） ；广州大学减 震 控 制 与 结 构 安 全 开 放实验室基金项目 。 1986 年出生， 第一作者：杨航， 男， 硕士研究生 。
The 3 D diagram of 17 th story of model A
表1 Table 1
层数 1 ～ 17 18 ～ 34 35 ～ 51 52 ～ 68 68 ～ 85 1 ～ 85 巨柱 4 000 × 4 000 3 500 × 3 500 3 000 × 3 000 2 500 × 2 500 2 000 × 2 000 楼面梁
支撑 。
表3 Table 3 顶层位移及最大层位移角 Displacement of top story and maximum story drift
模型 A B C D 顶层位移 / mm 454 434 420 369 最大层间位移角 / （ 10 － 3 rad ） 1 /535 1 /551 1 /595 1 /672
* 巨型混合框架 － 核心筒结构的性能分析
杨 航 陈 麟 周 云
（ 广州大学，广州
510006 ）
摘
要 ： 巨型混合框架 － 核心筒结构是由巨型型钢混凝土框架 、 混凝土核心筒与伸臂桁架组 成 的 一 种 具
有多道抗震防线的超高层结构体系 。 为了有效地提高巨型混 合 框 架 － 核 心 筒 结 构 的 抗 侧 刚 度 和 内 外 筒 之 间 的协同工作性能， 可采取以下措施：增加巨型梁的刚度；增加伸臂桁架的刚度；增设巨型支撑 。 分析结果表明： 设置跨越两个楼层的巨型梁或伸臂， 或增设巨型支撑， 都可 以 提 高 结 构 抗 侧 刚 度 和 缓 解 刚 度 突 变 ， 其 中， 增设 布置双层巨型梁或设置巨型支撑均可提高次结构到主结构的内 巨型支撑的效果最明显 。 竖向荷载作 用 下， 力传递效率；布置双层伸臂可减小 核 心 筒 的 轴 力， 提 高 核 心 筒 的 抗 侧 储 备 。 水 平 地 震 作 用 下， 巨型支撑直接 “第二道防线 ” 提高外框架刚度， 使框架底部剪力和弯矩都明显增大， 框架容易满足 的要求 。 关键词 ： 巨型混合框架 － 核心筒结构； 型钢混凝土； 巨型梁； 伸臂； 巨型支撑
模型 A ～ D 前 6 阶周期 s
描述 平动 平动 扭转 平动 平动 扭转
The first 6 periods of model A ～ D
B 6. 684 6. 684 3. 709 2. 108 2. 108 1. 463 C 6. 516 6. 516 3. 810 2. 070 2. 070 1. 501 D 5. 838 5. 838 3. 034 1. 852 1. 852 1. 171
a — 模型 A 、 C ； b — 模型 B ； c — 模型 D ； d — 单层伸臂； e — 双层伸臂 图1 Fig. 1 模型 A 第 17 层平面 图3 Fig. 3 模型 A ～ D 立面
Plan of 17th story of model A
Elevations of model A ～ D
［ 7］ ［ 6］ ［ 1 － 3］
会使刚度过于集中， 不利于抗震 响
［ 9］
。2 ） 增 加 巨 型 梁
或伸臂的道 数， 但 容 易 受 到 建 筑、 设备等因素的影 。3 ） 将巨 型 梁 或 伸 臂 的 高 度 扩 大 1 层 。 4 ） 在 外框架上布置巨 型 支 撑 。 本 文 考 虑 后 两 种 措 施， 利 用 ETABS 软件， 对应 增 加 巨 型 梁 高 度 、 增加伸臂高 度、 增设巨型支撑这三种情况分别建立计算模型， 对 比分析这几种情况对巨型混合框架 － 核心筒结构性 能的影响 。
［ 8］
巨型混合框架 － 核心筒体系是由巨型型钢混凝 土框架与混凝土核心筒和连接两者的伸臂桁架组成 的一种具有多道抗震防线的超高层结构体系 。 其中 由巨型梁和伸臂桁 架 组 成 的 加 强 层， 不仅使结构传 力路径明确， 而且利 用 了 外 框 柱 的 轴 向 刚 度 来 提 高 结构的整体抗侧刚度 。 该体系充分发挥了型钢混凝 土结构良好的稳定性 、 防火性 、 抗侧性和抗震性能的 ， 又具有巨型结构使用功能的灵活性和主 、 ［ 4 － 5］ ， 次结构传力明确， 利于抗震等优点 已被不断应 优点 用于超高层建筑中 。 例如， 广州市珠江新城 J2 － 2 地 块 87 层商务办公楼 融 117 大厦
。
当建筑过高， 结构抗侧刚度不足时， 单纯增大构 件截面尺寸已无法取得良好的经济性 。 为了进一步 提高巨型混合框架 － 核 心 筒 结 构 的 抗 侧 刚 度， 可采 取以下措施：1 ） 增 大 巨 型 梁 或 伸 臂 的 构 件 尺 寸， 但
Industrial Construction Vol. 41 ， No. 3 ， 2011
采用 ETABS 软件进行分析 。 屋 、 楼面活荷载取 2. 0 kN / m 2 ，恒荷载取 3. 5 kN / m 2 ， 风荷载计算采用
2 100 年回归期的 标 准 风 压， 标 准 风 压 取 0. 6 kN / m ，
地面粗糙度为 B 类 。 抗震设防烈度为 8 度， 设计地 建筑场地类别为 Ⅲ 类 。 震分组为第一组， 2 模态分析 模型 A ～ D 各振 型 周 期 见 表 2 。 结 构 平 面 布 置
工业建筑 2011 年第 41 卷第 3 期
伸臂腹杆 □700 × 450 × 45
750 × 400 × 30 × 35 □400 × 400 × 20
64
的抗扭刚度较大， 而加强伸臂的刚度则无此效果， 甚 至会使扭转周期变大 。
表2 Table 2
模型 振型 1 振型 2 振型 3 振型 4 振型 5 振型 6 A 6. 833 6. 833 3. 792 2. 152 2. 152 1. 500
mm
外墙 1 100 800 600 400 280 内墙 850 600 400 300 250
ANALYSIS OF PERFORMANCE OF MEGA HYBRID FRAMECOREWALL STRUCTURE
Yang Hang Chen Lin Zhou Yun
（ Guangzhou University ，Guangzhou 510006 ，China ）
Abstract ： Mega hybrid frame-corewall structure is a new type of structural system for super high-rise buildings ， which consists of mega SRC frame ，RC corewall ，and outrigger trusses. The lateral stiffness and cooperative working performance of structure can be effectively improved by using methods as follows ： increasing the stiffness of mega beams and outriggers ，setting mega braces on the mega frame. The analysis results indicate that using these methods can improve the lateral stiffness and reduce the stiffness irregularity. The transmission efficiency of internal forces between the substructure and the main structure under vertical load can be improved by setting mega braces as well as increasing the stiffness of mega beams. The axial force of core wall can be reduced by increasing the stiffness of outrigger under vertical load ，therefore ，the earthquake-resistant capacity of core wall can be improved. The bottom shear force and moment of the mega frame under earthquake can be increased significantly by setting mega braces. Keywords ： mega hybrid frame-corewall structure ； steel reinforced concrete ； mega beam ； outrigger ； mega brace
E － mail： zyfychen@ 163. com
收稿日期：2010 － 09 － 10
工业建筑
2011 年第 41 卷第 3 期
63
1
计算模型 参照工程实例
［ 6 － 7］
在模型 A 的基础上， 将 1 层高的巨型梁改为跨 ， 建立了 85 层的巨型型钢混 得到模型 B ；将 1 层高的伸臂桁架改为 越两个楼层， 跨越两个楼层， 得到模型 C ；在巨型框架上设置巨型 得到 模 型 D 。 巨 型 支 撑 为 箱 形 截 面， 尺寸如 支撑， 52 ～ 68 下：1 ～ 51 层 为 700 mm × 450 mm × 40 mm ， 69 层 以 上 为 层 为 650 mm × 450 mm × 40 mm ， 550 mm × 350 mm × 35 mm 。 模型 A ～ D 的立面见图 3。
构件截面尺寸 Member section size
次柱 1 800 × 900 1 500 × 700 1 200 × 600 1 000 × 550 800 × 500 巨型梁腹杆
布置双层巨型梁和 伸 臂， 实质上是通过增加巨型梁 和伸臂的高度达到 提 高 加 强 层 刚 度， 最终提高结构 C 的 周 期 可 知， 整体抗侧刚度的目的 。 对比模型 B 、 伸臂的双层设置对结构周期的影响较大 。 由模型 D 的周期可以看出， 加设巨型支撑对结构整体刚度的 提高最显著 。 对比 各 模 型 的 扭 转 周 期 可 以 发 现， 巨 型梁和巨型支撑对 结 构 扭 转 周 期 影 响 较 大， 这是因 为巨型梁和巨型支 撑 均 对 称 布 置 在 结 构 外 围， 提供
凝土框架 － 混凝土核心筒结构作为初始模型 A 。 该 总 高 340 m ， 平 面 尺 寸 41. 6 m × 模型 层 高 4 m ， 41. 6 m 。 34 层 、 51 层 、 68 层 、 85 层各设置 在第 17 层 、 一道巨型梁和伸臂桁架， 两者构成加强层， 平面布置 其 如图 1 和图 2 所 示 。 主 要 构 件 截 面 尺 寸 见 表 1 ， 中巨柱和次柱均为型钢混凝土， 巨柱含钢率为9% ～ 10% ， 次 柱 含 钢 率 为 5% ～ 6% 。 连 梁 高 度 为 700 mm ， 柱、 墙 混 凝 土 强 度 等 级 为 C60 。 楼 板 厚 度 为 150 mm ， 混 凝 土 强 度 等 级 为 C35 。 钢 材 均 选 用 Q345 。
， 以及天津市 117 层的高银金
* 广东省基金团队项 目 （ 8351009101000001 ） ； 广 东 省 科 技 计 划 项 目 （ 2008 B030303075 ） ；广州市科技计划项目（ 2008J1 － C251 － 1 ） ；广 州 市属高校科技计划项目（ 08C048 ） ；广州大学减 震 控 制 与 结 构 安 全 开 放实验室基金项目 。 1986 年出生， 第一作者：杨航， 男， 硕士研究生 。
The 3 D diagram of 17 th story of model A
表1 Table 1
层数 1 ～ 17 18 ～ 34 35 ～ 51 52 ～ 68 68 ～ 85 1 ～ 85 巨柱 4 000 × 4 000 3 500 × 3 500 3 000 × 3 000 2 500 × 2 500 2 000 × 2 000 楼面梁
支撑 。
表3 Table 3 顶层位移及最大层位移角 Displacement of top story and maximum story drift
模型 A B C D 顶层位移 / mm 454 434 420 369 最大层间位移角 / （ 10 － 3 rad ） 1 /535 1 /551 1 /595 1 /672
* 巨型混合框架 － 核心筒结构的性能分析
杨 航 陈 麟 周 云
（ 广州大学，广州
510006 ）
摘
要 ： 巨型混合框架 － 核心筒结构是由巨型型钢混凝土框架 、 混凝土核心筒与伸臂桁架组 成 的 一 种 具
有多道抗震防线的超高层结构体系 。 为了有效地提高巨型混 合 框 架 － 核 心 筒 结 构 的 抗 侧 刚 度 和 内 外 筒 之 间 的协同工作性能， 可采取以下措施：增加巨型梁的刚度；增加伸臂桁架的刚度；增设巨型支撑 。 分析结果表明： 设置跨越两个楼层的巨型梁或伸臂， 或增设巨型支撑， 都可 以 提 高 结 构 抗 侧 刚 度 和 缓 解 刚 度 突 变 ， 其 中， 增设 布置双层巨型梁或设置巨型支撑均可提高次结构到主结构的内 巨型支撑的效果最明显 。 竖向荷载作 用 下， 力传递效率；布置双层伸臂可减小 核 心 筒 的 轴 力， 提 高 核 心 筒 的 抗 侧 储 备 。 水 平 地 震 作 用 下， 巨型支撑直接 “第二道防线 ” 提高外框架刚度， 使框架底部剪力和弯矩都明显增大， 框架容易满足 的要求 。 关键词 ： 巨型混合框架 － 核心筒结构； 型钢混凝土； 巨型梁； 伸臂； 巨型支撑
模型 A ～ D 前 6 阶周期 s
描述 平动 平动 扭转 平动 平动 扭转
The first 6 periods of model A ～ D
B 6. 684 6. 684 3. 709 2. 108 2. 108 1. 463 C 6. 516 6. 516 3. 810 2. 070 2. 070 1. 501 D 5. 838 5. 838 3. 034 1. 852 1. 852 1. 171
a — 模型 A 、 C ； b — 模型 B ； c — 模型 D ； d — 单层伸臂； e — 双层伸臂 图1 Fig. 1 模型 A 第 17 层平面 图3 Fig. 3 模型 A ～ D 立面
Plan of 17th story of model A
Elevations of model A ～ D
［ 7］ ［ 6］ ［ 1 － 3］
会使刚度过于集中， 不利于抗震 响
［ 9］
。2 ） 增 加 巨 型 梁
或伸臂的道 数， 但 容 易 受 到 建 筑、 设备等因素的影 。3 ） 将巨 型 梁 或 伸 臂 的 高 度 扩 大 1 层 。 4 ） 在 外框架上布置巨 型 支 撑 。 本 文 考 虑 后 两 种 措 施， 利 用 ETABS 软件， 对应 增 加 巨 型 梁 高 度 、 增加伸臂高 度、 增设巨型支撑这三种情况分别建立计算模型， 对 比分析这几种情况对巨型混合框架 － 核心筒结构性 能的影响 。
［ 8］
巨型混合框架 － 核心筒体系是由巨型型钢混凝 土框架与混凝土核心筒和连接两者的伸臂桁架组成 的一种具有多道抗震防线的超高层结构体系 。 其中 由巨型梁和伸臂桁 架 组 成 的 加 强 层， 不仅使结构传 力路径明确， 而且利 用 了 外 框 柱 的 轴 向 刚 度 来 提 高 结构的整体抗侧刚度 。 该体系充分发挥了型钢混凝 土结构良好的稳定性 、 防火性 、 抗侧性和抗震性能的 ， 又具有巨型结构使用功能的灵活性和主 、 ［ 4 － 5］ ， 次结构传力明确， 利于抗震等优点 已被不断应 优点 用于超高层建筑中 。 例如， 广州市珠江新城 J2 － 2 地 块 87 层商务办公楼 融 117 大厦
。
当建筑过高， 结构抗侧刚度不足时， 单纯增大构 件截面尺寸已无法取得良好的经济性 。 为了进一步 提高巨型混合框架 － 核 心 筒 结 构 的 抗 侧 刚 度， 可采 取以下措施：1 ） 增 大 巨 型 梁 或 伸 臂 的 构 件 尺 寸， 但
Industrial Construction Vol. 41 ， No. 3 ， 2011
采用 ETABS 软件进行分析 。 屋 、 楼面活荷载取 2. 0 kN / m 2 ，恒荷载取 3. 5 kN / m 2 ， 风荷载计算采用
2 100 年回归期的 标 准 风 压， 标 准 风 压 取 0. 6 kN / m ，
地面粗糙度为 B 类 。 抗震设防烈度为 8 度， 设计地 建筑场地类别为 Ⅲ 类 。 震分组为第一组， 2 模态分析 模型 A ～ D 各振 型 周 期 见 表 2 。 结 构 平 面 布 置
工业建筑 2011 年第 41 卷第 3 期
伸臂腹杆 □700 × 450 × 45
750 × 400 × 30 × 35 □400 × 400 × 20
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的抗扭刚度较大， 而加强伸臂的刚度则无此效果， 甚 至会使扭转周期变大 。
表2 Table 2
模型 振型 1 振型 2 振型 3 振型 4 振型 5 振型 6 A 6. 833 6. 833 3. 792 2. 152 2. 152 1. 500