何志軍， 胡　殷， 丁潔民

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

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重力作用下上海中心幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主結(jié)構(gòu)協(xié)同分析

何志軍， 胡殷， 丁潔民

(同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司，上海 200092)

摘要：上海中心大廈外幕墻系統(tǒng)采用了分區(qū)懸掛的柔性幕墻支撐結(jié)構(gòu)體系，各區(qū)段幕墻支撐結(jié)構(gòu)頂部及底部均支承于彈性的主體結(jié)構(gòu)邊界(設(shè)備層/休閑層)上.各區(qū)幕墻系統(tǒng)懸掛重量重，以及由設(shè)備層/休閑層的豎向支承剛度柔且分布不均勻?qū)е碌脑O(shè)備層/休閑層的豎向變形大且分布不均，都將給支撐結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全帶來不利影響.通過將幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模，對(duì)重力荷載作用下幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作特性，即幕墻支撐結(jié)構(gòu)不均勻豎向變形特性,及其對(duì)幕墻板塊安全、支撐結(jié)構(gòu)受力的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析.并依據(jù)分析結(jié)果對(duì)設(shè)備層剛度、幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，以改善幕墻系統(tǒng)變形與受力，確保幕墻系統(tǒng)的使用安全.

關(guān)鍵詞：上海中心大廈； 懸掛式幕墻支撐結(jié)構(gòu)； 重力荷載； 協(xié)同工作

常規(guī)的幕墻系統(tǒng)，其幕墻結(jié)構(gòu)為逐層吊掛的靜定結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)變形不會(huì)引起幕墻次結(jié)構(gòu)的附加內(nèi)力，因此將其作為剛性邊界條件下獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析設(shè)計(jì)即可[1-3].而上海中心大廈為分區(qū)懸掛的巨型幕墻支撐結(jié)構(gòu)，各區(qū)段幕墻支撐結(jié)構(gòu)頂部及底部均支承于彈性的主體結(jié)構(gòu)邊界(設(shè)備層/休閑層)上，若忽視主體結(jié)構(gòu)的實(shí)際支承剛度、主體結(jié)構(gòu)變形對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)的影響以及幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜的連接關(guān)系，僅將其作為剛性邊界下獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行分析，將對(duì)幕墻系統(tǒng)的安全帶來不利影響.

1工程概況

上海中心大廈外幕墻系統(tǒng)為由“吊桿-環(huán)梁-徑向支撐”組成的“幕墻支撐結(jié)構(gòu)體系”[4]，見圖1、圖2.各層外圍環(huán)梁(Ф356 mm×22 mm，Ф356 mm×25 mm)側(cè)向通過25組向心布置的徑向支撐(Ф219 mm×13 mm，Ф273 mm×13 mm)與樓面相連，徑向支撐與環(huán)梁剛接連接，以承擔(dān)板塊偏心懸掛產(chǎn)生的扭矩.與樓面邊梁采用鉸接連接以允許外幕墻可相對(duì)于主體上下運(yùn)動(dòng).25組徑向支撐對(duì)環(huán)梁形成整體超靜定約束.

a主體結(jié)構(gòu)b外幕墻支撐c外幕墻

圖1幕墻系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系

Fig.1Curtain wall and main structure

a 軸測圖

b平面布置圖c剖面圖

圖2幕墻支撐結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成及位置編號(hào)

Fig.2Curtain wall structure system and position number

豎向幕墻系統(tǒng)通過吊桿串聯(lián)，頂部懸掛于各區(qū)設(shè)備層吊掛梁(圖3)，懸掛重量重，設(shè)備層各吊點(diǎn)的豎向支承剛度柔且分布不均勻，在各區(qū)12～15層板塊2 200～3 200 t的幕墻懸掛重力及設(shè)備層附加恒活荷載作用下，各吊點(diǎn)將發(fā)生較大的豎向不均勻變形，給幕墻板塊及支撐結(jié)構(gòu)自身安全均帶來不利影響.相鄰吊桿間僅有6塊玻璃板塊，板塊接縫吸收變形的能力有限，較大的不均勻變形如超過板塊變形吸收能力將導(dǎo)致板塊破壞，同時(shí)不均勻變形也會(huì)使支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生較大的附加次內(nèi)力，給幕墻設(shè)計(jì)帶來不利影響.

a 平面布置

b 傳力構(gòu)造示意

在底部，幕墻支撐結(jié)構(gòu)通過伸縮節(jié)點(diǎn)和立柱與休閑層樓面相連(圖4)，既為底環(huán)梁提供必要的約束，也能實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)功能.但在附加恒載及活載作用下休閑層樓面也將帶動(dòng)底環(huán)梁一起變形，從而在伸縮節(jié)點(diǎn)內(nèi)引起附加內(nèi)力，使節(jié)點(diǎn)“自鎖”，導(dǎo)致底層幕墻板塊受壓而破壞[4].

圖4　底環(huán)梁與樓面連接構(gòu)造

基于以上原因，對(duì)幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體建模，來研究重力荷載下幕墻支撐結(jié)構(gòu)不均勻豎向變形特性及其對(duì)幕墻板塊安全、支撐結(jié)構(gòu)受力的影響，以及底部休閑層樓面變形對(duì)底環(huán)梁與休閑層連接構(gòu)造的影響.并依據(jù)分析結(jié)果對(duì)設(shè)備層剛度、徑向支撐內(nèi)端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，以及豎向伸縮節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整，以改善幕墻系統(tǒng)變形與受力，確保幕墻系統(tǒng)的使用安全.

2結(jié)構(gòu)分析模型

2.1分析模型

由于重力荷載下幕墻支撐結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作各區(qū)之間相對(duì)獨(dú)立互不影響，考慮到計(jì)算效率，建立帶有幕墻支撐結(jié)構(gòu)的主塔樓區(qū)段整體模型對(duì)兩者的協(xié)同工作進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)分析采用SAP2000程序[5].采用梁單元模擬樓面梁、桁架桿件和幕墻支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)件.采用殼單元模擬剪力墻的墻肢和跨高比小于5的連梁以及巨柱.對(duì)于塔樓的設(shè)備層，由于其為幕墻豎向變形的重要邊界條件，對(duì)其進(jìn)行精確建模，樓板采用膜單元進(jìn)行模擬，以便較真實(shí)地反映設(shè)備層的豎向支承剛度.除設(shè)備層以外，其他標(biāo)準(zhǔn)段樓層布置規(guī)則且無樓板大開洞，考慮到計(jì)算精度及計(jì)算效率，采用剛性樓板假定模擬.由于各區(qū)結(jié)構(gòu)布置及力學(xué)特性相似，以下分析均以2區(qū)為例進(jìn)行說明.2區(qū)區(qū)段模型如圖5所示.

圖5　主樓區(qū)段模型

2.2荷載

對(duì)幕墻系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)協(xié)同工作產(chǎn)生影響的重力荷載主要有： ① 幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)及板塊重力，支撐鋼結(jié)構(gòu)折算重力約為0.55～0.60 kN·m-2，典型的幕墻單元以及附屬物折算為幕墻單元板塊的自重，約為1.20 kN·m-2.② 設(shè)備層及休閑層附加恒載分別為2.50，6.90 kN·m-2，活載分別為7.00，5.00 kN·m-2.

3吊掛層豎向變形不均勻性的分析與控制

3.1豎向變形不均勻性分析及調(diào)整措施

在幕墻自身重力荷載、設(shè)備層附加恒、活荷載作用下,幕墻支撐結(jié)構(gòu)將隨動(dòng)設(shè)備層懸挑段吊點(diǎn)發(fā)生隨動(dòng)豎向變形，其豎向位移如圖6所示.位置編號(hào)如圖2所示.

圖6　吊點(diǎn)位移量(調(diào)整前)

由圖6可以看出，幕墻支撐結(jié)構(gòu)各個(gè)吊點(diǎn)豎向變形呈現(xiàn)了極強(qiáng)的不均勻性.吊點(diǎn)最大豎向位移達(dá)到了96 mm(9號(hào)點(diǎn))，最小僅為22 mm(13號(hào)點(diǎn)),兩者相差近3.4倍.最大豎向位移中，幕墻重力荷載引起的位移達(dá)到了77 mm，占總位移量的80%,為支撐結(jié)構(gòu)豎向變形的主要來源.

總豎向荷載下，相鄰兩點(diǎn)最大位移差達(dá)到了47 mm(8，9號(hào)點(diǎn))，其中幕墻重力荷載引起的位移差達(dá)到了45 mm，為位移差的主要來源.

各吊點(diǎn)豎向變形不均勻性主要是由于各個(gè)懸掛點(diǎn)附近徑向桁架的懸挑長度與樓面布置存在差異(圖3a)導(dǎo)致的各個(gè)懸掛點(diǎn)的豎向剛度不同所致.豎向位移的不均勻性，一方面會(huì)使幕墻支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定量的附加內(nèi)力，同時(shí)影響環(huán)梁的平整度進(jìn)而影響建筑外觀；另一方面，各個(gè)吊點(diǎn)間過大的位移差，將超過幕墻板塊連接構(gòu)造的容差范圍，導(dǎo)致幕墻發(fā)生豎向剪切而破壞.根據(jù)幕墻板塊構(gòu)造要求，幕墻各相鄰懸掛點(diǎn)的位移差不應(yīng)大于30 mm.

為此，需采取措施對(duì)吊點(diǎn)樓面結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，使其達(dá)到上述剛度控制的標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)整體模型的分析結(jié)果及吊點(diǎn)樓層梁系的布置特點(diǎn)，對(duì)懸挑樓面采取如下調(diào)整措施：①增加幕墻吊掛短梁的內(nèi)伸長度(圖7a)，以增強(qiáng)短梁的杠桿作用.②相關(guān)樓面環(huán)梁由鉸接改為剛接(圖7b)，以增強(qiáng)環(huán)向鋼梁的支承剛度.③加大相關(guān)樓面梁的截面尺寸，進(jìn)一步增強(qiáng)樓面梁支承剛度[4].

a 增大吊掛梁內(nèi)伸長度

b 調(diào)整環(huán)梁剛鉸接

圖7樓面結(jié)構(gòu)調(diào)整方式

Fig.7Adjustment method of floor sturcture

剛度調(diào)整后，幕墻各個(gè)吊點(diǎn)的豎向變形如圖8所示.對(duì)比圖8與圖6可以看出，設(shè)備層樓面調(diào)整后幕墻吊點(diǎn)總最大豎向位移由原來的96 mm(9號(hào)點(diǎn))下降到43 mm(24號(hào)點(diǎn))，下降了55%.其中幕墻自重下位移減少量比較顯著，幕墻自重下吊點(diǎn)豎向位移由77 mm(9號(hào)點(diǎn))下降到29 mm(24號(hào)點(diǎn))，下降了62%.

總豎向荷載下，相鄰吊點(diǎn)位移差由47 mm(8,9號(hào)點(diǎn))下降到28 mm(23,24號(hào)點(diǎn))，下降了38%.其中，幕墻自重下吊點(diǎn)位移差減少最為顯著，相鄰吊點(diǎn)位移差由45 mm(8,9號(hào)點(diǎn))下降到16 mm(23,24號(hào)點(diǎn))，下降了64%.

通過以上一系列的剛度調(diào)整措施，吊點(diǎn)豎向位移的總量和不均勻性均有很大的改善.相鄰吊點(diǎn)位移差達(dá)到了小于30 mm的控制要求.

圖8　吊點(diǎn)豎向位移(調(diào)整后)

3.2休閑層樓板剛度加強(qiáng)設(shè)計(jì)

在幕墻懸掛重力荷載作用下，懸挑端設(shè)備層頂層樓板與徑向桁架上弦協(xié)同工作，承擔(dān)很大的面內(nèi)拉力.圖9為桁架上弦樓板的拉應(yīng)力分布.由圖9可知，樓板拉力最大區(qū)域出現(xiàn)在三角形樓面的角部，即桁架懸挑長度較長、豎向吊掛支承剛度最柔的區(qū)域.在“1.2恒+1.4活”最不利工況作用下，該區(qū)域最大拉應(yīng)力達(dá)到了3 MPa以上，遠(yuǎn)超混凝土抗拉強(qiáng)度，混凝土開裂.如考慮樓板開裂退出工作,則吊點(diǎn)最大變形從41 mm增加到50 mm(圖10)，同時(shí)相鄰吊點(diǎn)的位移差由26 mm增大到32 mm，超過了30 mm的控制準(zhǔn)則，將導(dǎo)致幕墻板塊破壞.

圖9　桁架上弦樓板拉應(yīng)力分布(單位：MPa)

圖10　樓板開裂前后吊點(diǎn)變形對(duì)比

Fig.10Comparison of suspension point deformations before cracking and after cracking

為此在設(shè)備層三個(gè)角部區(qū)域局部鋪設(shè)10 mm厚鋼板(圖11中淺灰色區(qū)域)對(duì)樓板進(jìn)行加強(qiáng)，防止樓板開裂引起吊點(diǎn)產(chǎn)生過大的豎向變形.鋪設(shè)鋼板后吊點(diǎn)變形分析如圖10所示，休閑層局部鋪設(shè)10 mm鋼板，有效的降低了吊點(diǎn)由于樓板開裂而增加的豎向變形，吊點(diǎn)的總變形及變形差分別為43 mm與27 mm，與考慮樓板未開裂時(shí)的計(jì)算結(jié)果相近，可見局部鋪設(shè)鋼板對(duì)樓板進(jìn)行剛度補(bǔ)強(qiáng)是有效的.

圖11　鋼板位置平面示意

4吊掛層豎向不均勻變形對(duì)幕墻支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響分析

設(shè)備層剛度調(diào)整后，幕墻支撐結(jié)構(gòu)的豎向變形不均勻性得到了較大的改善，滿足了幕墻板塊構(gòu)造要求.但設(shè)備層豎向吊掛剛度的不均勻性不可能完全消除，幕墻系統(tǒng)仍然存在一定程度的豎向不均勻變形，對(duì)幕墻支撐結(jié)構(gòu)的徑向支撐、吊桿、環(huán)梁等構(gòu)件的受力性態(tài)產(chǎn)生一定的影響.下面通過對(duì)單獨(dú)模型(剛性邊界)和整體模型(彈性邊界)的內(nèi)力分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比以評(píng)估豎向不均勻變形對(duì)幕墻支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響.由于附加恒、活載下幕墻變形較小，各構(gòu)件的附加內(nèi)力均不大，因此以下主要分析幕墻自重對(duì)構(gòu)件受力的影響.

4.1吊桿內(nèi)力影響分析

25組吊桿幕墻自重下的軸力匯總于圖12及圖13，圖12為各個(gè)吊桿的軸力(同組吊桿用直線相連)，圖13為同組吊桿軸力之和.

圖12　不同模型吊桿軸力分布

由圖12可知，考慮吊掛層剛度不均勻性后，吊桿軸力較剛性邊界條件時(shí)離散性增強(qiáng).剛性邊界模型大部分吊桿的內(nèi)力集中在600～700 kN之間，而彈性邊界模型的大部分吊桿內(nèi)力分布在450～800 kN之間，最大峰值由738 kN(23號(hào)點(diǎn))增大到897 kN(24號(hào)點(diǎn))增加了約22%.

圖13　不同模型同組吊桿軸力和對(duì)比

Fig.13Axial force distribution of sag rods in the same group in different models

由圖13可知，剛性與彈性邊界，同一位置兩根吊桿的軸力和變化較小.最大峰值由剛性邊界時(shí)的1 363 kN(17號(hào)點(diǎn))增大到彈性邊界的1 434 kN(17號(hào)點(diǎn))，僅增大約為5%.

圖12,13對(duì)比可知，考慮吊掛層剛度的不均勻性后，同一位置的兩根吊桿軸力差異性增強(qiáng)，而對(duì)同一位置兩根吊桿承擔(dān)的軸力總和影響不大.吊桿的最大內(nèi)力增加22%，可見剛性邊界將低估吊桿軸力.

4.2徑向支撐內(nèi)力影響分析

1層(圖2)徑向支撐長度較短對(duì)變形更加敏感，因此選取1層支撐進(jìn)行分析.圖14 為不同邊界條件下，徑向支撐的附加內(nèi)力.

圖14　吊掛層不均勻豎向變形引起徑向支撐的附加彎矩

由圖14可以看出，在實(shí)際的彈性邊界條件下，徑向支撐的附加彎矩普遍較剛性邊界時(shí)大.其中最大的附加彎矩達(dá)到了29 kN·m(約為徑向支撐抗彎承載力的21%)，比剛性邊界時(shí)最大附加彎矩14 kN·m增大約1倍.可見吊點(diǎn)的不均勻豎向變形可顯著增大徑向支撐的附加彎矩.

注意到，圖中附加彎矩較大的位置(如12，20，21號(hào)位置)均為短支撐位置，這主要是由于短支撐線剛度較大，對(duì)幕墻系統(tǒng)的約束作用較強(qiáng).

由于短支撐的附加彎矩較大，對(duì)其強(qiáng)度設(shè)計(jì)存在較大的不利影響，為此，在其內(nèi)端設(shè)計(jì)了滑動(dòng)構(gòu)造以降低其附加彎矩.如圖14所示，短支撐邊界條件改為滑動(dòng)后，幕墻支撐結(jié)構(gòu)整體的約束剛度減弱，徑向支撐附加彎矩總體呈下架趨勢(shì)，最大附加彎矩下降到12 kN·m.

4.3環(huán)梁內(nèi)力影響分析

剛性邊界條件時(shí)環(huán)梁內(nèi)力分布呈現(xiàn)連續(xù)梁的特征，峰值分布比較均勻，最大彎矩介于70～80 kN·m之間.而考慮吊掛層的彈性剛度后，由于吊點(diǎn)位移使頂環(huán)梁的彎矩分布不均勻增強(qiáng)，彎矩峰值介于60～136 kN·m之間.但由于環(huán)梁的強(qiáng)度為風(fēng)和溫度作用下水平彎矩控制，其組合值約為300～400 kN·m，因此由于吊掛點(diǎn)不均勻沉降引起的豎向彎矩增量的絕對(duì)數(shù)值較小，對(duì)環(huán)梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)影響較小.

5底部休閑層樓面變形對(duì)伸縮節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的影響分析

在附加樓面荷載作用下，休閑層樓面會(huì)通過豎向伸縮節(jié)點(diǎn)帶動(dòng)底環(huán)梁變形，并在伸縮節(jié)點(diǎn)內(nèi)引起附加內(nèi)力，若附加內(nèi)力過大，節(jié)點(diǎn)將發(fā)生“自鎖”[4,6].節(jié)點(diǎn)自鎖后不能滑動(dòng)，主體結(jié)構(gòu)在豎向位移作用下將使底層吊桿受壓松弛，幕墻板塊受壓破壞.豎向伸縮節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造形式?jīng)Q定了其對(duì)樓面變形的敏感程度.因此對(duì)不同節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方案的節(jié)點(diǎn)受力進(jìn)行分析，以確定對(duì)幕墻與主體結(jié)構(gòu)協(xié)同工作最為有利的豎向伸縮節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方案.考察了伸縮節(jié)點(diǎn)與環(huán)梁全剛接方案，伸縮節(jié)點(diǎn)與環(huán)梁單向鉸接(V口處雙向鉸接)兩種伸縮節(jié)點(diǎn)方案.

考慮主體結(jié)構(gòu)及幕墻建造順序，對(duì)豎向伸縮節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生影響的樓面荷載主要是附加恒荷載和活荷載.典型的休閑層樓面布置及豎向伸縮節(jié)點(diǎn)的位置編號(hào)見圖15.為方便表述，環(huán)梁與豎向伸縮節(jié)點(diǎn)的局部坐標(biāo)按圖16約定.

圖17為休閑層變形引起的豎向伸縮節(jié)點(diǎn)彎矩.由圖17可以看出，除V口位置外，剛接方案與單向鉸接的M2彎矩都很小，最大值約為3 kN·m，表明休閑層的變形對(duì)豎向伸縮節(jié)點(diǎn)M2方向(繞環(huán)向)的影響很小.這主要是因?yàn)榄h(huán)梁設(shè)置了水平伸縮節(jié)點(diǎn)，因此抗扭轉(zhuǎn)剛度不連續(xù)，伸縮節(jié)點(diǎn)對(duì)繞環(huán)向的轉(zhuǎn)動(dòng)約束弱.

圖15　休閑層樓面布置及伸縮節(jié)點(diǎn)編號(hào)示意

圖16　豎向伸縮節(jié)點(diǎn)局部坐標(biāo)示意

圖17　豎向伸縮節(jié)點(diǎn)彎矩

剛接方案的M3彎矩較大，且分布不均勻，最大值達(dá)到了86 kN·m，位于角部的9,17號(hào)位置，這是因?yàn)樵诟郊雍爿d和活載作用下，休閑層角部樓面變形較大從而帶動(dòng)豎向伸縮節(jié)點(diǎn)立柱沿環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)(圖18).由于伸縮節(jié)點(diǎn)與環(huán)梁在環(huán)向?yàn)閯偨訕?gòu)造，對(duì)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)形成約束，產(chǎn)生較大彎矩.而單向鉸接方案在3方向采用鉸接構(gòu)造從而釋放了3方向的彎矩使內(nèi)力大大降低.

圖18　樓面變形對(duì)幕墻支撐結(jié)構(gòu)影響示意

對(duì)于V口位置，當(dāng)采用剛接方案時(shí)，由于V口是折線構(gòu)型，因此無論立柱向那個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)都能受到約束從而在節(jié)點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生較大的約束彎矩.采用雙向鉸接構(gòu)造理論上可使兩個(gè)方向的彎矩完全釋放，最大限度降低節(jié)點(diǎn)彎矩，同時(shí)V口處的環(huán)梁可利用自身的折線構(gòu)型約束自身扭轉(zhuǎn)，保證結(jié)構(gòu)幾何不變.最終，采用V口以外單向鉸接+V口雙向鉸接的豎向伸縮節(jié)點(diǎn)方案，以確保節(jié)點(diǎn)滑動(dòng)，又能約束底環(huán)梁.

6結(jié)論

上海中心外幕墻系統(tǒng)懸掛重量重，設(shè)備層/休閑層豎向剛度柔，結(jié)構(gòu)變形大，對(duì)幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)有較大影響，通過整體建模對(duì)重力荷載下幕墻與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同分析，得到如下結(jié)論：

(1)重力荷載作用下，幕墻支撐結(jié)構(gòu)豎向變形呈現(xiàn)很強(qiáng)的不均勻性，總體呈現(xiàn)吊點(diǎn)所在位置懸挑長度越長，剛度越弱,變形越大的特點(diǎn).

(2)設(shè)備層吊點(diǎn)豎向變形不均勻性較強(qiáng)，超過了相鄰吊桿間板塊變形吸收能力，可引起板塊破壞.通過調(diào)整樓面梁布置及樓板局部加強(qiáng)的方法可有效減小設(shè)備層吊點(diǎn)剛度不均勻性.

(3)幕墻支撐結(jié)構(gòu)不同類型構(gòu)件對(duì)豎向變形的敏感程度不同.環(huán)梁、長徑向支撐的內(nèi)力受豎向變形的影響較?。坏篆h(huán)梁伸縮節(jié)點(diǎn)、短徑向支撐及吊桿的內(nèi)力對(duì)主體結(jié)構(gòu)變形較為敏感.

(4)短徑向支撐對(duì)豎向位移差比較敏感，水平及豎向荷載作用下，內(nèi)端鉸接構(gòu)造的短支撐可產(chǎn)生較大的附加彎矩，將短支撐內(nèi)端改為滑動(dòng)構(gòu)造可有效釋放其附加內(nèi)力.

(5)通過將豎向伸縮節(jié)點(diǎn)改為單向鉸接弱化環(huán)梁與休閑層樓面的連接約束，可有效釋放附加變形產(chǎn)生的內(nèi)力，確保節(jié)點(diǎn)滑動(dòng).

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Analysis on Properties of Cooperative Work of Curtain Wall Support Structure with Main Structure of Shanghai Tower Under Gravity Loads

HE Zhijun, HU Yin, DING Jiemin

(Architectural Design and Research Institute of Tongji University (Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China)

Abstract：A unique flexible suspend curtain wall support structure (CWSS) was ultimately developed to suit the exterior curtain wall system of Shanghai Tower. The top and bottom of CWSS are supported by the elastic boundary (MEP/ amenity floor) of main structure in each zone. The nonuniform and weak stiffness of MEP/amenity floor and heavy weight of CWSS lead to a nonuniform vertical deformation, which has adverse effects on CWSS. By means of integrated model including CWSS and main structure, the properties of cooperative work of CWSS were analyzed in detail, including the properties of nonuniform deformation of CWSS and its effect on the internal forces of CWSS and the safety of curtain wall plates. Based on the analysis results, the stiffness of MEP/amenity floor and the connection details between CWSS and main structure were optimized and adjusted in order to improve the deformation and internal force of CWSS. These optimization and adjustment measures ensure the safety of curtain wall system.

Key words：Shanghai Tower； suspension curtain wall support structure； gravity loads； cooperative work

收稿日期：2015-02-16

基金項(xiàng)目：上海市科技攻關(guān)計(jì)劃(09dz1207704)

通訊作者：胡殷(1986—)，男，工學(xué)碩士，工程師，主要研究方向?yàn)槌邔咏ㄖY(jié)構(gòu)，復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)等.E-mail:52hy @tjadri.com

中圖分類號(hào)：TU318

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

第一作者： 何志軍(1972—)，男，工學(xué)博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)槌邔咏ㄖY(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)等.E-mail:8hzj @tjadri.com