框架核心筒结构适用于高宽比介于4~8的高层建筑,其核心筒的高宽比介于12~32之间。框筒结构高宽比过小,会给结构计算分析带来问题,在水平作用下,其过小的核心筒高宽比使得核心筒的弯曲特性大大滞后,结构自底至顶处于整体抗剪的抗侧力状态,而无法达到以剪力墙弯曲型变形+框架剪切型变形结合而成的弯剪型侧向变形状态。
因结构处于整体抗剪状态、其刚度扭转半径和质量扭转半径的过大差异使得其扭转周期大大提前、扭转/平动周期比难以控制在规范要求以内,扭转周期甚至会出现在第一周期。(斜体字引自某文章)
某框架核心筒结构,结构平面布置图如下所示,核心筒轴线尺寸为15.5mx15.5m,结构外轮廓轴线尺寸为34.5mx34.5m,本文采用SATWE通过11F~41F 6个不同的楼层数模型进行试算,提取其周期指标,得出不同的周期比(如表1所示),可以看出周期比随结构高宽比和内筒高宽比减小而增大,11F模型平扭周期比已经超出了规范允许值,此时内筒高宽比为2.55,结构高宽比为1.15,根据计算数据(如图2、3)分析,直接原因为:随结构楼层数的减少,结构平动周期和扭转周期都会减小,但平动周期减幅比扭转周期减幅大,换句话说就是随结构高度减小、内筒高宽比和结构高宽比变大,结构平动刚度和扭转刚度均变大,但结构平动刚度相对于扭转刚度增大速度更快。因此对于低矮型框筒结构,实际上不是其扭转刚度小,而是其平动刚度由于核心筒的存在而特别大,这就回到了框架核心筒结构适用高宽比的问题。
图1
图2
图3
个人认为,低矮框架核心筒在预期的地震作用下即使周期比不满足规范要求,也不会存在结构安全问题,因为规范要求的抗扭刚度它是具备的。只不过在这个结构高宽比范围,它并不是一个经济合理的结构体系,高宽比如此之小,筒体的存在致使结构刚度远大于其抗侧需求,这会导致材料的浪费,投资的增加;此外,在超预期地震作用下,此结构破坏模式必不可取,结构扭转振型靠前,抗扭刚度相对抗侧刚度偏小,结构在超预期地震作用下,可能如规范所述产生过大的扭转效应而导致结构的严重破坏。
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混凝土结构
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