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简介（作者编辑）：_某高层钢框架-中心支撑结构分析与设计.pdf
摘要（系统识别）：
第49卷第1期
建筑结构
Vol.49 No.1
2019年1月上
Building Structure
Jan.2019
D0I:10.19701/jj☑jg2019.01.009
某高层钢框架中心支撑结构分析与设计
路江龙2，石志响，沈晓明2，朱寻焱12，李
刚，朱松松
(1中衡设计集团股份有限公司，苏州215021；
2江苏省生态建筑与复杂结构工程技术研究中心，苏州215021)
摘要]以某高层钢框架中心支撑结构为例，介绍了塔楼结构方案的比选过程，确定了结构的性能化设计目标及
抗震措施；采用YJK和ETABS两种软件对塔楼进行分析对比得出，结构各项整体指标均满足规范要求；采用时程
分析法对结构进行多遇地震下的补充分析，对计算结果进行包络设计：采用PERFORM3D软件对结构进行罕遇地
震作用下的动力弹塑性时程分析。结果表明，结构塑性发展程度可控，在进入弹塑性受力阶段后仍然具有较高的刚
度和强度；采用ETABS,MIDAS Gen软件对跃层斜撑抗侧刚度、穿层柱屈曲进行专项分析得出，结构安全可靠。
[关键词]钢框架中心支撑；弹性时程分析；动力弹塑性时程分析；跃层斜撑；穿层柱；屈曲分析
中图分类号：TU318
文献标识码：A
文章编号：1002848X(2019)010060-05
Structural analysis and design of a high-rise steel concentrically-braced frame
(1 ARTS Group Co.,Ltd.,Suzhou 215021,China;
2 Jiangsu Engineering Institute of Ecological Building Complex Structure,Suzhou 215021,China)
Abstract:Taking a high-rise steel concentrically-braced frame structure as an example,the selection process of tower
building structure schemes was introduced,and the performance-based design objectives and seismic measures were
determined.YJK and ETABS softwares were used to analyze and compare the tower building,and it's concluded that the
overall indices of the structure meet the requirements of the code.The time-history analysis method was used to supplement
the analysis of the structure under frequent earthquakes,and the envelope design of the calculation results was carried out.
The PERFORM-3D software was used to carry out dynamic elastic-plastic analysis of the structure under rare earthquakes,
and the results show that the degree of plasticity development of the structure is controllable and it still has high stiffness
and strength after entering the stage of elastic-plastic mechanical loading.By using ETABS and MIDAS Gen softwares,
special analyses were conducted on the lateral stiffness of floor-skipped brace and buckling of floor-skipped columns to
conclude that the structure is safe and reliable.
Keywords:steel concentrically-braced frame:elastic time-history analysis;dynamic elastic-plastic time-history analysis;
floor-skipped brace:floor-skipped cloumn;buckling analysis
1
工程概况
工程位于苏州工业园区独墅湖高教区，北侧临
近裕新路，西侧临近集贤街，建筑面积为5.03万
m2,其中地上2.85万m2,地下2.18万m2。本工程
一塔楼
塔楼、裙房下设3层地下室，地下室平面尺寸约为
84m×87m,从上至下层高分别为5.3,2.9,3.6m。塔
楼地上7层，主要建筑功能为办公，结构高度为
78.5m,首层层高为6.0m,标准层层高为4.5m,建筑
裙房
效果图见图1。裙房与塔楼之间在地面以上设防震
缝，通过抗震滑动支座连接。本文主要对塔楼结构
设计进行介绍。
塔楼结构设计基准期为50年，安全等级为二
级，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度
图1建筑效果图
(0.10g),设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ
作者简介：路江龙，硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，英国注
类，特征周期为0.52s。50年重现期的基本风压为
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第49卷第1期
路江龙，等.某高层钢框架中心支撑结构分析与设计
61
开敞办公区
0
8400
8400
12600
8400
8400
8400
8400
12600
8400
8400
46200
②
③
⑥
②
⑦
图2塔楼标准层建筑平面图
图35层楼面结构平面布置图
图4塔楼结构三维模型示意图
0.45kN/m2。基础设计等级为甲级，塔楼部分采用
和裙房相通，G轴⑥~⑦轴支撑只到5层楼面，无
桩筏基础，以⑧层粉质黏土加粉土层为桩端持力层，
法落地。为保证地震作用和风荷载下水平力能够顺
采用800钻孔灌注桩（桩端后注浆）。
利传递至其余的抗侧构件，5层楼面满布水平支撑，
2
结构方案
如图3所示，最终结构体系如图4所示。
塔楼体型规则，平面尺寸为46.2m×32.55m,高
3
超限情况
宽比约为2.4，标准层建筑布局如图2所示。中间
塔楼高度为78.5m,小于按照框架结构超限判
为开敞办公区，交通核及卫生间位于建筑的西北角，
断的限值(90m)和按照框架支撑结构超限判断的限
为了营造通透的效果，©轴/④~⑤轴抽柱，同时西
值(200m),高度不超限；2层楼面开洞面积大于
南角楼板大开洞形成3层层高的互动共享空间。
60%,3层楼面局部有效楼板宽度小于该层楼板典
在进行结构概念设计时，基于该项目需满足装
型宽度的50%，属于楼板局部不连续；G轴/⑥~⑦
配式建筑的要求、施工周期短、内部形成开敞大空间
轴支撑不落地，局部存在部分框架梁抬柱，属于竖向
的办公区、建筑3个立面采用玻璃幕墙等具体需求，
抗侧力构件不连续；由于楼板开洞形成穿层柱，局部
结构尽量减少遮挡。结合建筑的平面布置方案，经
不规则，此项与楼板不连续合并为1项不规则。综
过比选，采用了钢框架中心支撑结构，主要原因如
上，塔楼结构有2项一般不规则，高度不超限，因此
下：1)塔楼交通核偏置一侧，若在此布置钢筋混凝
不属于超限高层建筑工程。
土核心筒，为了减小偏心率的不利影响，须在外围设
4抗震性能目标与抗震措施
置通高剪力墙，严重影响建筑立面效果；2)楼层多
4.1抗震性能目标
处存在大悬挑、局部抽柱形成大跨度梁，若采用混凝
为实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三
土梁，梁高较大，影响净高；3)建筑地处湖边，风荷
水准设防目标0，根据结构构件重要程度的不同，
载较大，若采用纯钢框架结构，多数楼层开洞面积较
确定结构和构件的抗震性能目标见表1，其中斜撑
大，抗侧刚度较弱，需增大梁、柱截面尺寸，影响建筑
作为结构的第一道受力防线，对结构的安全起到至
使用面积，同时造价也大大增加；4)根据《苏州市政
关重要的作用，被定义为关键构件。
府办公室印发关于推进装配式建筑发展加强建设监
抗震性能目标
表1
管的实施细则（试行）的通知》对装配式建筑的要
抗震水准
小震
中震
大震
结构层间位移角限值
1/300
求，钢结构构件在工厂预制，现场安装，施工周期短，
无损坏（弹性）
中度损坏
优势明显。
柱
无损坏（弹性）
轻微损坏
采用钢框架中心支撑结构，充分利用其自重
跃层斜撑
无损坏（弹性）
轻微损坏
轻、刚度大、截面小的特点，实现灵活多变的建筑空
与斜撑
无损坏（弹性）
无损坏（弹性）
相连梁
轻微损坏
间：同时中心支撑与钢框架共同作用形成双重抗侧
关键
构件
与斜撑
无损坏（弹性）
无损坏（弹性）
轻微损坏
力结构体系，提高了结构的抗侧刚度，在水平地震及
相连柱
穿层柱
无损坏（弹性）无损坏（弹性）
轻微损坏
强风荷载作用下，形成两道受力防线。
利用卫生间、电梯间、室外设备平台及小开间办
4.2抗震措施
公室，将支撑“隐藏”以保证使用空间。塔楼东南角
针对超限情况分析和结构抗震性能目标，在设
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
摘要（系统识别）：
第49卷第1期
建筑结构
Vol.49 No.1
2019年1月上
Building Structure
Jan.2019
D0I:10.19701/jj☑jg2019.01.009
某高层钢框架中心支撑结构分析与设计
路江龙2，石志响，沈晓明2，朱寻焱12，李
刚，朱松松
(1中衡设计集团股份有限公司，苏州215021；
2江苏省生态建筑与复杂结构工程技术研究中心，苏州215021)
摘要]以某高层钢框架中心支撑结构为例，介绍了塔楼结构方案的比选过程，确定了结构的性能化设计目标及
抗震措施；采用YJK和ETABS两种软件对塔楼进行分析对比得出，结构各项整体指标均满足规范要求；采用时程
分析法对结构进行多遇地震下的补充分析，对计算结果进行包络设计：采用PERFORM3D软件对结构进行罕遇地
震作用下的动力弹塑性时程分析。结果表明，结构塑性发展程度可控，在进入弹塑性受力阶段后仍然具有较高的刚
度和强度；采用ETABS,MIDAS Gen软件对跃层斜撑抗侧刚度、穿层柱屈曲进行专项分析得出，结构安全可靠。
[关键词]钢框架中心支撑；弹性时程分析；动力弹塑性时程分析；跃层斜撑；穿层柱；屈曲分析
中图分类号：TU318
文献标识码：A
文章编号：1002848X(2019)010060-05
Structural analysis and design of a high-rise steel concentrically-braced frame
(1 ARTS Group Co.,Ltd.,Suzhou 215021,China;
2 Jiangsu Engineering Institute of Ecological Building Complex Structure,Suzhou 215021,China)
Abstract:Taking a high-rise steel concentrically-braced frame structure as an example,the selection process of tower
building structure schemes was introduced,and the performance-based design objectives and seismic measures were
determined.YJK and ETABS softwares were used to analyze and compare the tower building,and it's concluded that the
overall indices of the structure meet the requirements of the code.The time-history analysis method was used to supplement
the analysis of the structure under frequent earthquakes,and the envelope design of the calculation results was carried out.
The PERFORM-3D software was used to carry out dynamic elastic-plastic analysis of the structure under rare earthquakes,
and the results show that the degree of plasticity development of the structure is controllable and it still has high stiffness
and strength after entering the stage of elastic-plastic mechanical loading.By using ETABS and MIDAS Gen softwares,
special analyses were conducted on the lateral stiffness of floor-skipped brace and buckling of floor-skipped columns to
conclude that the structure is safe and reliable.
Keywords:steel concentrically-braced frame:elastic time-history analysis;dynamic elastic-plastic time-history analysis;
floor-skipped brace:floor-skipped cloumn;buckling analysis
1
工程概况
工程位于苏州工业园区独墅湖高教区，北侧临
近裕新路，西侧临近集贤街，建筑面积为5.03万
m2,其中地上2.85万m2,地下2.18万m2。本工程
一塔楼
塔楼、裙房下设3层地下室，地下室平面尺寸约为
84m×87m,从上至下层高分别为5.3,2.9,3.6m。塔
楼地上7层，主要建筑功能为办公，结构高度为
78.5m,首层层高为6.0m,标准层层高为4.5m,建筑
裙房
效果图见图1。裙房与塔楼之间在地面以上设防震
缝，通过抗震滑动支座连接。本文主要对塔楼结构
设计进行介绍。
塔楼结构设计基准期为50年，安全等级为二
级，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为7度
图1建筑效果图
(0.10g),设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ
作者简介：路江龙，硕士，高级工程师，一级注册结构工程师，英国注
类，特征周期为0.52s。50年重现期的基本风压为
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第49卷第1期
路江龙，等.某高层钢框架中心支撑结构分析与设计
61
开敞办公区
0
8400
8400
12600
8400
8400
8400
8400
12600
8400
8400
46200
②
③
⑥
②
⑦
图2塔楼标准层建筑平面图
图35层楼面结构平面布置图
图4塔楼结构三维模型示意图
0.45kN/m2。基础设计等级为甲级，塔楼部分采用
和裙房相通，G轴⑥~⑦轴支撑只到5层楼面，无
桩筏基础，以⑧层粉质黏土加粉土层为桩端持力层，
法落地。为保证地震作用和风荷载下水平力能够顺
采用800钻孔灌注桩（桩端后注浆）。
利传递至其余的抗侧构件，5层楼面满布水平支撑，
2
结构方案
如图3所示，最终结构体系如图4所示。
塔楼体型规则，平面尺寸为46.2m×32.55m,高
3
超限情况
宽比约为2.4，标准层建筑布局如图2所示。中间
塔楼高度为78.5m,小于按照框架结构超限判
为开敞办公区，交通核及卫生间位于建筑的西北角，
断的限值(90m)和按照框架支撑结构超限判断的限
为了营造通透的效果，©轴/④~⑤轴抽柱，同时西
值(200m),高度不超限；2层楼面开洞面积大于
南角楼板大开洞形成3层层高的互动共享空间。
60%,3层楼面局部有效楼板宽度小于该层楼板典
在进行结构概念设计时，基于该项目需满足装
型宽度的50%，属于楼板局部不连续；G轴/⑥~⑦
配式建筑的要求、施工周期短、内部形成开敞大空间
轴支撑不落地，局部存在部分框架梁抬柱，属于竖向
的办公区、建筑3个立面采用玻璃幕墙等具体需求，
抗侧力构件不连续；由于楼板开洞形成穿层柱，局部
结构尽量减少遮挡。结合建筑的平面布置方案，经
不规则，此项与楼板不连续合并为1项不规则。综
过比选，采用了钢框架中心支撑结构，主要原因如
上，塔楼结构有2项一般不规则，高度不超限，因此
下：1)塔楼交通核偏置一侧，若在此布置钢筋混凝
不属于超限高层建筑工程。
土核心筒，为了减小偏心率的不利影响，须在外围设
4抗震性能目标与抗震措施
置通高剪力墙，严重影响建筑立面效果；2)楼层多
4.1抗震性能目标
处存在大悬挑、局部抽柱形成大跨度梁，若采用混凝
为实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三
土梁，梁高较大，影响净高；3)建筑地处湖边，风荷
水准设防目标0，根据结构构件重要程度的不同，
载较大，若采用纯钢框架结构，多数楼层开洞面积较
确定结构和构件的抗震性能目标见表1，其中斜撑
大，抗侧刚度较弱，需增大梁、柱截面尺寸，影响建筑
作为结构的第一道受力防线，对结构的安全起到至
使用面积，同时造价也大大增加；4)根据《苏州市政
关重要的作用，被定义为关键构件。
府办公室印发关于推进装配式建筑发展加强建设监
抗震性能目标
表1
管的实施细则（试行）的通知》对装配式建筑的要
抗震水准
小震
中震
大震
结构层间位移角限值
1/300
求，钢结构构件在工厂预制，现场安装，施工周期短，
无损坏（弹性）
中度损坏
优势明显。
柱
无损坏（弹性）
轻微损坏
采用钢框架中心支撑结构，充分利用其自重
跃层斜撑
无损坏（弹性）
轻微损坏
轻、刚度大、截面小的特点，实现灵活多变的建筑空
与斜撑
无损坏（弹性）
无损坏（弹性）
相连梁
轻微损坏
间：同时中心支撑与钢框架共同作用形成双重抗侧
关键
构件
与斜撑
无损坏（弹性）
无损坏（弹性）
轻微损坏
力结构体系，提高了结构的抗侧刚度，在水平地震及
相连柱
穿层柱
无损坏（弹性）无损坏（弹性）
轻微损坏
强风荷载作用下，形成两道受力防线。
利用卫生间、电梯间、室外设备平台及小开间办
4.2抗震措施
公室，将支撑“隐藏”以保证使用空间。塔楼东南角
针对超限情况分析和结构抗震性能目标，在设
(C)1994-2019 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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