静安大厦核心筒超前施工剪力墙局部稳定性分析

李怀翠，苏昱晟，伍小平（上海建工集团股份有限公司，上海 201114）

静安大厦核心筒超前施工剪力墙局部稳定性分析

李怀翠，苏昱晟，伍小平
（上海建工集团股份有限公司，上海 201114）

在超高层建筑核心筒超前施工过程中，对按规范无法通过局部稳定性验算的核心筒剪力墙墙肢，利用数值软件建立相应模型进行屈曲分析，计算该墙肢的实际计算长度系数，判断该墙肢的实际局部稳定性。该文方法可为同类工程提供参考。

超高层建筑；局部稳定分析；核心筒超前施工；框架-核心筒结构

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

1　引言

框架-核心筒混合结构体系在我国超高层建筑中不断得到广泛应用[1]。该体系在施工中往往采用混凝土核心筒超前外围钢框架的整体提升法。为保证施工过程结构安全，受钢平台及墙体顶部堆载作用，应对高出外围框架核心筒剪力墙局部稳定性进行验算。金天德等[2]分析了在相同轴压比之下，箱形钢板剪力墙的高厚比,比钢筋混凝土剪力墙的高厚比有所提高，且由于管内存在混凝土，组合箱形钢板剪力墙局部屈曲能力明显增强。李怀翠等[3]针对具体工程分析了核心筒超前外围钢框架15层之多的结构的各项分析参数，依据验算配筋面积小于设计配筋面积对剪力墙墙肢强度进行了验算。

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）[4]5.4.4条和附录D，分别对结构整体稳定性和剪力墙墙肢局部稳定性验算做了相关规定。考虑到墙肢实际约束情况，采用规范公式计算墙肢长度，计算系数偏于保守，这导致计算结果不能实际反应墙肢局部稳定情况。

本文针对施工阶段核心筒超前外围钢框架15层之多的静安大厦结构，考虑在风荷载、施工荷载（主要为钢平台荷载和塔吊附墙荷载）以及自重等组合的不利受力状态下，对采用规范进行局部稳定验算无法通过的墙肢，利用数值软件建立相应模型进行屈曲分析，算出该墙肢的实际计算长度系数，判断该墙肢的实际局部稳定性。

2　工程概况

静安大厦位于上海市静安区，地处由西至慈溪路、东至大田路、南至山海关路、北至新闸路所围合的区域。大厦主塔地上54层，结构高度240.27m。结构采用“核心筒—外框架”抗侧力体系，结构体系构成如图1所示。该体系由以下3个部分组成：第1部分为钢筋混凝土核心筒；第2部分为核心筒周围的20根外包混凝土型钢外框架柱；第3部分为联系核心筒与外框架柱的型钢钢梁。核心筒平面呈长方形，墙体厚度随高度逐步减小，开洞处采用混凝土梁连接翼墙。标准层核心筒长边约35m，短边约14m。核心筒与外围框架平面布置如图2所示。本工程核心墙肢混凝土等级为C60，型钢钢材材质等级均为Q345，墙体厚度及主要构件参数见表1。分析核心筒超前施工的最不利工况下剪力墙局部稳定性，即核心筒施工至第54层，外围框架施工至第39层（核心筒领先外围框架15层）的工况（见图3）。

表1　结构主要构件尺寸参数

图1　结构体系构成

图2　核心筒与外框架柱平面布置示意图

图3　不利工况结构三维模型

3　剪力墙特征值屈曲分析

随着高度增加核心筒墙厚逐渐减小，当核心筒施工至第54层，领先外围框架15层时，最不利墙肢Q1如图4所示。按《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）5.4.4条和附录D，分别对结构整体稳定性和剪力墙墙肢局部稳定性进行验算。剪力墙墙肢应满足公式（1）的稳定要求。

图4　不利工况核心筒平面布置

式中，q为作用于墙顶组合的等效均布荷载设计值，kN/m（施工过程中，仅钢平台作用于墙顶，钢平台最大荷载975t，计算得出墙顶最大等效均布荷载q=270kN/m）；Ec为混凝土弹性模量，取36000MPa；t为剪力墙墙肢截面厚度，为300mm；l0为剪力墙墙肢计算长度，取65000mm（核心筒高出外围框架的高度），按规范取长度计算系数为1.0，则l0=65000mm。

按规范公式取值计算长度系数，墙肢Q1不满足局部稳定验算要求;但考虑到墙肢Q1的实际支承条件，利用M IDAS建立相应模型进行屈曲分析，算出该墙肢的实际计算长度系数，其模型见图5。

图5　屈曲分析MIDAS模型

首先,进行屈曲分析得到结构的各阶屈曲模态以及屈曲临界荷载系数，然后根据各阶屈曲模态形状，确定墙肢Q1发生屈曲时的临界荷载系数，得到该墙肢的屈曲临界荷载，最后由欧拉临界荷载公式（2）反算出该墙肢的计算长度系数。

式中，EI为墙肢发生屈曲方向的弹性抗弯刚度；Ncr为屈曲临界荷载，由线性屈曲分析得到；l为墙肢高度。

分析得出核心筒底部先发生局部屈曲，其中前3阶局部屈曲模态的临界荷载系数分别为ζ1=316，ζ2=1 199，ζ3=2047。前3阶屈曲模态如图6所示。取1阶模态底部单元轴力为509768N，将其与ζ1代入公式（2）计算得出墙肢Q1的计算长度系数μ=0.1136，墙肢计算长度l0=7.384m。对墙肢Q1局部稳定重新验算，满足局部稳定要求（见表2）。

表2　墙肢Q1局部稳定重新验算

4　结语

考虑到墙肢实际约束情况，若墙肢局部稳定性验算不符

图6　墙肢屈曲分析模态

合规范要求，应考虑对该墙肢进行屈曲分析，求解实际计算长度系数，判断该墙肢的实际局部稳定性。本文分析结论可为静安大厦核心筒超前施工组织设计提供部分理论依据。

【1】吕西林,程明.超高层建筑结构体系的新发展[J].结构工程师, 2008,24(2):99-106.

【2】金天德,叶再利.箱形钢板剪力墙稳定性分析[J].建筑结构学报, 2014,35(9):40-47.

【3】李怀翠,伍小平,苏昱晟.静安大厦核心筒超前施工分析[J].建筑施工,2015,43(5):985-990.

【4】JGJ3—2010高层建筑混凝土结构技术规程[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

上海市科委资助项目（16DZ1200201)；上海市国有资产监督管理委员会企业技术创新和能力项目提升资助项目(2013027)

李怀翠（1986～），男，湖南怀化人，工程师，从事建筑工程有限元数值分析与研究。

2016-07-22