框架-核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法与流程

框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法
技术领域
1.本发明涉及框架
‑
核心筒结构抗震设计技术领域，特别涉及一种框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法。


背景技术：

2.框架
‑
核心筒结构体系是目前高层建筑最常用的一种双重抗侧力结构形式，该体系由框架和核心筒两个系统组成，并由它们协同工作来抵抗外力作用。为确保大震下多道防线，不少国家的抗震规范做出框架部分承担剪力的量化规定。美国《international building code 2000》中提出，在框架
‑
核心筒(框架
‑
剪力墙)结构中，地震作用下，当框架部分的设计层剪力不小于该层总剪力的25％时作为双重抗侧力体系。我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(jgj3
‑
2010)规定:“钢框架
‑
钢筋混凝土筒体结构各层框架柱所承担的地震剪力不应小于结构底部总剪力的25％和框架部分地震剪力最大值的1.8倍二者的较小值。”《建筑抗震设计规范》(gb50011
‑
2010)第6.7.1条规定：框架
‑
核心筒结构中，除加强层及其相邻上下层外，按框架
‑
核心筒计算分析的框架部分各层地震剪力的最大值不宜小于结构底部总地震剪力的10％。而实际设计当中大部分超高层框架
‑
核心筒结构很难满足该规定，很多工程中框架承担的地震剪力仅为结构总剪力的4％
‑
5％，与规范要求有较大差距，但是为了满足规范要求，必须不断加大构件截面尺寸，不仅使设计不合理，并且付出很大的经济成本。
3.实际上剪力分担比例并不总能合理反映外框二道防线的能力，也不是反映外框刚度贡献非常有效的指标，采用剪力比例经常会对外框刚度贡献形成误判。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，评估结果可靠，可以为框架
‑
核心筒结构的抗震设计提供理论支撑，使得设计更为合理经济。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，包括：
6.对框架
‑
核心筒结构的模型施加第一作用力；
7.通过静力计算得到所述模型中各楼层处的侧向变形，将所述第一作用力除以所述各楼层处的侧向变形得到各楼层处的整体抗侧刚度；
8.将所述模型中的外框删除，保留核心筒及所述核心筒内的构件，并对所述核心筒施加与所述第一作用力相同的第二作用力；
9.通过静力计算得到所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形，将所述第二作用力分别除以所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形得到所述各楼层处的筒体抗侧刚度；
10.将各楼层处的所述整体抗侧刚度减去对应楼层的所述筒体抗侧刚度得到各楼层处的外框抗侧刚度，将各楼层处的外框抗侧刚度除以对应楼层的整体抗侧刚度得到各楼层处外框的刚度贡献率；
11.根据各楼层处外框的刚度贡献率的大小，对各楼层处外框的刚度贡献进行分级评估。
12.可选的，所述第一作用力为施加在所述模型顶部的侧向集中力，所述第二作用力为施加在所述核心筒顶部的侧向集中力，且第一作用力与第二作用力的大小和方向分别相同。
13.可选的，所述第一作用力及所述第二作用力均为沿高度方向施加的符合分布函数的侧向力。
14.可选的，所述整体抗侧刚度及筒体抗侧刚度均包括抗弯刚度和抗剪刚度。
15.可选的，计算所述整体抗侧刚度及所述筒体抗侧刚度时的参数及条件保持一致。
16.可选的，根据各楼层处外框的刚度贡献率的大小，对各楼层处外框的刚度贡献进行分级评估，所述分级评估至少包括三级。
17.可选的，所述分级评估包括三级，当外框刚度贡献率小于0.3时，则该楼层外框的刚度贡献为一级，当所述外框刚度贡献率大于0.3且小于0.5时，则该楼层外框的刚度贡献为二级，当所述外框刚度贡献率大于0.5时，则该楼层外框的刚度贡献为三级。
18.综上所述，在本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法中，通过将各楼层处的所述整体抗侧刚度减去对应楼层的所述筒体抗侧刚度得到各楼层处的外框抗侧刚度，将各楼层处的所述外框抗侧刚度除以对应楼层的整体抗侧刚度得到该楼层外框的刚度贡献率，采用直接计算的方式得到了外框的刚度贡献率，而非通过剪力分担比例间接判断外框的贡献大小，从宏观层面对框架
‑
核心筒结构的外框刚度的贡献大小进行合理评估，使得评估结果可靠，能够对框架
‑
核心筒结构的抗震设计提供理论支撑，从而使得高层建筑结构的抗震设计更为合理、经济。
附图说明
19.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
20.图1是本发明实施例提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法的步骤图；
21.图2是本发明实施例一提供的采用普通稀柱框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线；
22.图3是本发明实施例二提供的增设环带的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线；
23.图4是本发明实施例三提供的增设伸臂梁的的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线；
24.图5是本发明实施例四提供的采用巨型框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方
便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
26.如图1所示，本实施例提供一种框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，包括：
27.步骤s1：对框架
‑
核心筒结构的模型施加第一作用力；
28.步骤s2：通过静力计算得到所述模型中各楼层处的侧向变形，将所述第一作用力除以所述各楼层处的侧向变形得到各楼层处的整体抗侧刚度；
29.步骤s3：将所述模型中的外框删除，保留核心筒及所述核心筒内的构件，并对所述核心筒施加与所述第一作用力相同的第二作用力；
30.步骤s4：通过静力计算得到所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形，将所述第二作用力分别除以所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形得到所述各楼层处的筒体抗侧刚度；
31.步骤s5：将各楼层处的所述整体抗侧刚度减去对应楼层的所述筒体抗侧刚度得到各楼层处的外框抗侧刚度，将各楼层处的所述外框抗侧刚度除以对应楼层的整体抗侧刚度得到该楼层外框的刚度贡献率；
32.步骤s6：根据各楼层处外框的刚度贡献率的大小，对各楼层处外框的刚度贡献进行分级评估。
33.首先，执行步骤s1，对框架
‑
核心筒结构的模型施加第一作用力。
34.可选的，所述第一作用力为施加在所述模型顶部的侧向集中力，所述第二作用力为施加在所述核心筒顶部的侧向集中力，且第一作用力与第二作用力的大小和方向分别相同。本申请对于所述侧向集中力的大小不作限制。
35.或者，所述第一作用力及所述第二作用力均为沿高度方向施加的符合某种分布函数的侧向力。进一步的，所述第一作用力及所述第二作用力均为沿高度方向逐渐增加的侧向力。可以理解为，随着所述模型或所述核心筒的高度增加，所述第一作用力及所述第二作用力逐渐增加。当然，所述分布函数还可以是其它的形式，例如三角态分布，本申请对此不作任何限制。
36.总之，所述第一作用力与所述第二作用力的大小以及施加方式需要保持一致。
37.接着，执行步骤s2，通过静力计算得到所述模型中各楼层处的侧向变形，将所述第一作用力除以所述各楼层处的侧向变形得到各楼层处的整体抗侧刚度，具体公式如下：
[0038][0039]
式中，f1为第一作用力，i为对应的楼层层数，u
i
为该楼层处的侧向变形，k
i
为该楼层处的整体抗侧刚度。
[0040]
然后执行步骤s3，将所述模型中的外框删除，仅保留核心筒及所述核心筒内的构件，并对所述核心筒施加与所述第一作用力相同的第二作用力。
[0041]
接着执行步骤s4，通过静力计算得到所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形，将
所述第二作用力分别除以所述核心筒对应的各楼层处的侧向变形得到所述各楼层处的筒体抗侧刚度。
[0042]
本实施例中，当计算核心筒的抗侧刚度时，可以在原框架
‑
核心筒结构的模型上直接删掉外框柱、核心筒以外的框架梁和楼板，保留核心筒内部的梁和板，无需考虑删掉部分的质量。且计算过程中保持和原框架
‑
核心筒结构的模型一致的计算参数和条件。
[0043]
所述核心筒的筒体抗侧刚度的计算公式如下：
[0044][0045]
式中，f2为第二作用力，i为对应的楼层层数，u
wi
为核心筒对应楼层处的侧向变形，k
wi
为该楼层处的筒体抗侧刚度。
[0046]
本实施例中，所述整体抗侧刚度及筒体抗侧刚度均包括抗弯刚度和抗剪刚度。即抗侧刚度不区分抗弯刚度和抗剪刚度，是一种综合抗侧刚度，更能反映外框的实际刚度贡献。
[0047]
然后执行步骤s5，将各楼层处的所述整体抗侧刚度减去对应楼层的所述筒体抗侧刚度得到各楼层处的外框抗侧刚度，将各楼层处的外框抗侧刚度除以对应楼层的整体抗侧刚度得到该楼层外框的刚度贡献率。计算公式如下：
[0048][0049]
式中，k
i
为某楼层处的整体抗侧刚度，k
wi
为该楼层处的筒体抗侧刚度，u
i
和u
wi
分别为对应的某楼层处的整体侧向变形和筒体侧向变形，λ
i
为该楼层的外框刚度贡献率。
[0050]
本实施例中，外框刚度贡献率的定义为：框架
‑
核心筒结构在地震作用下沿某个方向发生平动变形时，外框部分对整体结构抗侧刚度的贡献比例。
[0051]
然后执行步骤s6，根据各楼层处外框的刚度贡献率的大小，对各楼层处外框的刚度贡献进行分级评估。可选的，根据各楼层处外框的刚度贡献率的大小，对各楼层处外框的刚度贡献进行分级评估时，所述分级评估至少包括三级。
[0052]
本实施例中，所述分级评估包括三级，当外框刚度贡献率小于0.3时，则该楼层外框的刚度贡献为一级，当所述外框刚度贡献率大于0.3且小于0.5时，则该楼层外框的刚度贡献为二级，当所述外框刚度贡献率大于0.5时，则该楼层外框的刚度贡献为三级。应当理解的是，所述外框刚度贡献率指标区间范围与外框刚度贡献率大小的对应关系来自于实际工程项目的经验取值，是一种概念控制方法，而非理论数值，因此区间的具体边界数值有可能根据更多的工程数据适当调整，具体数值的大小不影响本发明的创造性。
[0053]
以下将结合几个具体实施例对本发明进行进一步阐述。
[0054]
实施例一：
[0055]
利用本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，对采用普通稀柱框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率进行计算，结合图2，图2为本发明实施例一提供的采用普通稀柱框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线。结合图2可知，采用普通稀柱框架的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献率沿楼层缓慢增加，下部可达到30％，上部接近50％。
[0056]
实施例二：
[0057]
利用本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，对增设环带的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率进行计算，结合图3，图3是本发明实施例二提供的增设环带的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线。由图3可知，通过增设环带可以提高外框的刚度贡献率。
[0058]
实施例三：
[0059]
利用本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，对增设伸臂梁的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率进行计算，结合图4，图4是本发明实施例三提供的增设伸臂梁的的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线。由图4可知，通过增设伸臂梁可以提高外框的刚度贡献率。
[0060]
实施例四：
[0061]
利用本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法，对采用巨型框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率进行计算，结合图5，图5是本发明实施例四提供的采用巨型框架的框架
‑
核心筒结构的外框贡献率随楼层的变化曲线。由图5可知，相比普通框架
‑
核心筒结构，巨型框架
‑
核心筒的外框刚度贡献率更高，可以超过50％，且结构总高度越大，该比例越高。
[0062]
综上，在本发明提供的框架
‑
核心筒结构外框刚度贡献的直接评估方法中，通过将各楼层处的所述整体抗侧刚度减去对应楼层的所述筒体抗侧刚度得到各楼层处的外框抗侧刚度，将各楼层处的所述外框抗侧刚度除以对应楼层的整体抗侧刚度得到该楼层外框的刚度贡献率，采用直接计算的方式得到了外框的刚度贡献率，而非通过剪力分担比例间接判断外框的贡献大小，从宏观层面对框架
‑
核心筒结构的外框刚度的贡献大小进行合理评估，使得评估结果可靠，能够对框架
‑
核心筒结构的抗震设计提供理论支撑，从而使得高层建筑结构的抗震设计更为合理、经济。
[0063]
此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。