减少竖向荷载作用下高层扭转体型结构附加扭矩的措施研究

钱 鹏， 何冰冰， 包联进,3， 周建龙

(1 华东建筑设计研究总院， 上海 200002；2 上海超高层建筑设计工程技术研究中心， 上海 200002；3 同济大学土木工程学院， 上海 200092)

0 引言

随着经济的迅速发展和科学技术的进步，高层建筑也呈现出飞速发展的现象。扭转体型高层建筑作为高层建筑的分支，其楼层平面循环有序地旋转，使建筑的外部轮廓更加丰富，因此得到越来越多建筑师的青睐。近年来涌现出许多扭转体型高层建筑，如迪拜卡延塔、广州塔[1]、莫斯科进化大厦[2]、深圳世茂金融中心[3]、迈阿密Grove at Grand Bay[4]、巴拿马旋转大厦、芝加哥螺旋塔、瑞典马尔默旋转大厦和上海中心大厦等[5-6]。

建筑体型的扭转通常会使结构整体受力和构件受力状态发生新的变化，特别是像外框扭转框架-核心筒高层结构(简称扭转体型结构)，由于外框的扭转，在竖向荷载作用下会对核心筒产生附加扭矩，这大大增加了结构设计的难度和结构的造价，使核心筒墙肢的设计更加复杂。迈阿密Grove at Grand Bay建筑总高度约74m，总扭转角为38°，为了抵抗附加扭矩，核心筒若采用混凝土剪力墙则墙厚高达1 800mm，为了减小墙厚，最终采用800mm厚的钢板混凝土剪力墙(钢板厚100mm)[4]。因此，此类扭转体型结构在竖向荷载作用下产生附加扭转的力学原理，以及采取何种措施来有效地减小剪力墙墙厚，成为此类结构研究和设计迫切需要解决的问题。

本文以扭转体型结构作为研究对象，采用结构分析软件ETABS[7]建立了不同的结构模型，剖析竖向荷载作用下扭转体型结构产生附加扭矩的力学原理，并以此为基础提出了4种可以减小核心筒附加扭转的措施，通过理论和数值分析的方法，研究了这4种措施对减小附加扭矩的效果和一般规律。……