办公大楼的结构分析

资料

Lend Lease设计处利用Strand7对位于澳大利亚悉尼Phillip大街88号的200米高办公大楼进行了建筑结构分析。这幢高层建筑共有48层，其中地下4层，地上44层。

该大楼由以电梯井为中心的核心筒体和伸展到周边柱子上的楼板形成的框架结构而组成。工程是由Lend Lease公司和总公司位于香港的东亚集团公司共同承包，总投资为5.5亿澳元，于2000年8月完工。

核心部分的平面形状为菱形。这一设计以其随高度而逐渐增大的楼面而显得十分新颖。从外观上看整个大楼是向外伸展的。建筑设计由总部位于Genoa 的 Renzo Piano 建筑设计事务所承担，结构设计由Lend Lease 设计公司承担。

核心筒体的平面为长40米，宽9.5米。在高度方向核心部分通过拖梁结构连接结构的南、北两端。楼板的外圈形状为与核心部分相似的曲线形。承重柱与每层的边梁一起形成了周边框架。利用后张拉预应力梁带，搂板从核心筒到边梁铺设。梁的端部设计为缺口型，以利于实际利用。钢筋混凝土平板跨于楼层梁上。

对结构框架的精确结构分析根据澳大利亚设计规范AS3600的第7、8条的要求进行。分析中考虑到了相关的材料性能、几何效果、三维效果以及与基础的相互作用。

此分析的主要目的是有效地预测塔框架在各种静和动荷载条件下的结构特性。这些荷载条件包括恒载、活载、风载和地震荷载的各种组合。

静态荷载的施加和组合根据相关的澳大利亚规范进行，特别注意了在侧向荷载和偏心荷载的影响。

另外需要进行动力反应分析以得到塔框架的固有频率，进而预测结构的动力反应。线性稳定性分析用来确定塔柱的有效长度。

此商业建筑的有限元模型通过下列的程序来完成：几何形状直接由CAD文件输入，一旦文件导入后，用梁单元对核心部分和楼板结构建立平面图模型。

程序中开发了一个合适的用板单元模拟楼板的网格分级功能。每一层都使用了五种板单元材料以考虑对梁的末端开口及对核心周围的底板加厚。Strand7允许对每块板使用不同的膜和弯曲厚度。用梁单元来模拟周边梁。结构的自重可以通过指定板密度而确定。附加楼层荷载和活荷载作为面压力施加于板单元上。

用板单元来模拟建筑物的外表面。外表面板单元采用4节点面元，每一节点都和结构梁单元相连接。侧向风荷载就施加于这些板单元的表面上。

使用线性静力、固有频率和线性稳定性求解器来评估塔式结构的结构特性。通过线性静力分析用来预测承受侧向荷载和竖向偏心荷载组合时的结构单元特性。

分析中计算了在筒心和框架间的侧向荷载的力矩分配。为了考虑楼板与筒心和楼板与柱的连接处的刚度变化，进行灵敏度分析是很重要的。

利用Strand7中的子结构功能来得到关键区域的结构部件作用的详细情况。这主要是通过加密结构的网格而得到。通过利用整体结构(模型)的计算结果，子模型功能可以给出结构构件设计所需要的弯矩、剪力、轴力值等。

通过改变结构截面的静和动力学模量，进行敏感度分析，以确定塔可能的自震频率范围。