姚滿心

摘要：文章通過結(jié)合工程實例，針對某超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的相關(guān)要點進行了分析與研究，主要從結(jié)構(gòu)選型與布置、結(jié)構(gòu)計算和抗震設(shè)計等方面進行了論述，以供建筑結(jié)構(gòu)人員參考借鑒。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；結(jié)構(gòu)選型；結(jié)構(gòu)計算；抗震設(shè)計

1 工程概況

某超高層酒店，一共45層，總建筑面積是68000㎡，主要分為主樓和裙樓兩部分。地下3層，為車庫和六級人防兼設(shè)備用房，建筑總高為140m。地下室底板面標高-14.000m，室外地面標高為-0.250m，建筑采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度為VII度。

2 結(jié)構(gòu)選型與布置

2.1 結(jié)構(gòu)選型

本工程主體高140m，平面布置規(guī)則，接近正方形，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟分析采用現(xiàn)澆鋼筋 混凝 土筒 中筒結(jié)構(gòu)。內(nèi)筒為剪力墻，外筒由密柱高裙梁組成。另結(jié)合建筑功能在外筒體四角處布置部分剪力墻，以增強結(jié)構(gòu)抗扭剛度和外筒的整體抗彎能力。

2.2主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件

外筒柱在底層為適應(yīng)建筑入口的要求采用1100×1100 mm方柱，二層至頂層則由1400×800mm變至1400×600扁柱。內(nèi)筒外墻在底部500mm厚，頂部變?yōu)?00mm。內(nèi)隔墻上下均300mm。為提高墻體的極限承載力和延性，對不小于400mm厚的剪力墻在每層樓面處均設(shè)置高為700mm 暗梁。

外框筒梁在底部層高4.8m樓層截面大多為 500×1600mm，層高3.1m 標準層截面大多為 500×1300mm。內(nèi)筒連梁在底部截面大多為墻厚×1600mm，標準層截面大多為墻厚×1000mm。混凝土強度等級從底部的C60逐漸過度到38層的C35，38層以為C40。

2.3 樓蓋選型

該工程內(nèi)外筒軸跨度12m，樓蓋的選型對使用功能、結(jié)構(gòu)合理性、經(jīng)濟性影響較大，為此做了多種方案的比較。

（1）內(nèi)外筒間加柱，減小樓蓋跨度，采用普通鋼筋混凝土梁板體系。該方案工藝簡單，自重輕，經(jīng)濟指標好，設(shè)計、施工方便，但建筑使用功能較差，目前國內(nèi)的筒中筒和框筒結(jié)構(gòu)中較少采用。

（2）內(nèi)外筒間在柱軸線上采用間距4.2m的預(yù)應(yīng)力梁，梁間樓板由于跨度小，可用普通鋼筋混凝土板。該方案樓蓋自重輕，經(jīng)濟指標較好，但梁高對樓層凈空有影響，要求較大層高。

（3）內(nèi)外筒間不設(shè)梁，采用“環(huán)形”預(yù)應(yīng)力混凝土平板。該方案結(jié)構(gòu)高度最小，凈空大，在建筑總高不變的情況下，樓層數(shù)和建筑面積最多，板底平整美觀，利于管道通行，模板體系也簡單，但樓蓋自重大，內(nèi)力復(fù)雜，樓蓋經(jīng)濟指標不理想。

由于業(yè)主要求在建筑總高限定的情況下有盡可能多的層數(shù)，經(jīng)過方案比較，在1層、1 0 ～39層辦公和客房部分的樓蓋采用預(yù)應(yīng)力混凝土平板結(jié)構(gòu)，板厚270mm：在2—9層公共用房部分因為要和一期工程連通，層高較大，采用預(yù)應(yīng)力梁、普通鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)，梁截面為400×650mm。

3 結(jié)構(gòu)計算分析

3.1結(jié)構(gòu)計算

（1）采用 PKPM系列軟件中的SE和TAT進行了對比分析計算，由于結(jié)構(gòu)較規(guī)則，兩者的總體計算結(jié)果接近。但SATVVE和TAT的剪力墻計算模型不同，墻體的局部內(nèi)力和配筋有些差異，施工圖設(shè)計中，采用了更符合實際情況的SE墻元模型的計算結(jié)果。以下是考慮平扭藕連作用的主要分析結(jié)果。

①空間振型的周期；T1=2.41（Y方向平動系數(shù)1.0）；T2 = 2.1O（X，向平動系數(shù)1.0）；T3=1.04（扭轉(zhuǎn)系數(shù)1.O）。

②X方向地震作用時：最大層間位移角1/2328；底層剪重比2.85%。

③Y方向地震作用時：最大層間位移角 1/1760；底層剪重比2.74%。

④樓層最大層間位移與樓層平均層間位移的比值均在1.O5之內(nèi)。

（2）進行了多遇地震作用下的彈性時程分析補充計算，選用甘肅省地震局提供的二組實測波和一組場地模擬波，地震加速度時程曲線的最大值為70cm/s。計算結(jié)果顯示時程分析所得的各項結(jié)果的平均值，均小于考慮藕連影響的CQC法的計算結(jié)果。

3.2計算結(jié)果分析

（1）由以上計算結(jié)果可看出，結(jié)構(gòu) 的周期和位移均在合理范圍內(nèi)，但結(jié)構(gòu)底層剪重比較小，這主要是結(jié)構(gòu)本身的長周期動力特性和振型分解反應(yīng)譜法的特點所決定，對地震作用的仙計可能偏低。如果仍通過加 大構(gòu)件尺寸來增大剛度，提高地震作用，從經(jīng)濟性的角度來看是不太合理的。所以本工程對地震作用乘以放大系數(shù)1.25，使結(jié)構(gòu)底層剪重比不小于3 .2 %。放大地震作用后的結(jié)構(gòu)位移等參數(shù)均能滿足規(guī)范要求，并且放大后的結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)基本不小于彈性時程分析的結(jié)果，說明按振型分解反應(yīng)譜法的結(jié) 進行結(jié)構(gòu)設(shè)計是可靠的。

（2）第一扭轉(zhuǎn)振型的周期小于第一、二平動振型周期的O.5倍，結(jié)構(gòu)平扭耦連效應(yīng)小。另外樓層最大層間位移與樓層平均層間位移的比值均在1.O5之內(nèi)，這均說明結(jié)構(gòu)平面布置規(guī)則、對稱、抗扭剛度大。

（3）設(shè)計中由于外筒有剛度較大的裙梁，角部設(shè)有部分剪力墻，使外筒整體抗彎能力大大加強，作為立體構(gòu)件的工作特點明顯，剪力滯后較小。在水平力作用下，由外筒柱、墻軸力形成的整體彎矩承擔了底部總傾覆力矩的65%左右，角部墻體應(yīng)力和翼緣框架中柱應(yīng)力的比值在 2以內(nèi)，內(nèi)簡墻體和外筒角部墻體均勻承擔了總剪力的9O%左右，各構(gòu)件基本無超筋超限的情況。

（4）在水平力作用下，豎向剛度均勻的簡結(jié)構(gòu)的樓層位移曲線一般呈反S形，出現(xiàn)最大層間位移角的反彎點一般在房屋高度的中上部。本工程在38層以下符合此規(guī)律，但在38層以上又出現(xiàn)了另一個有著較大層間位移角的反彎點，說明外框筒在39層的中斷對結(jié)構(gòu)剛度 削弱較大，形成一個薄弱部位。

4 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

本工程高度140m，已超過規(guī)范規(guī)定的最大適用高度的2O%，存在高度超規(guī)范較多的高度超限問題。另外由于建筑功能要求，豎向存在有剛度突變而引起的薄弱層問題。對于這兩個較突 出問題，本工程設(shè)計中注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，采取 了一些綜 合性抗震加強措施，抗 震計 算結(jié)果分析也表明，這些措施 的采取是必要的，也是有效的。

（1）滿足建筑功能要求的前提下，將主樓與裙樓設(shè)縫分開。即避免了主裙樓連為一體而 引起 的結(jié) 構(gòu)豎向剛度的突變，也避免了超高主樓對九層裙樓產(chǎn)生的較大偏心和連為一體后 結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性。從而使主樓筒中筒結(jié)構(gòu)的平面布置和豎向布置可盡量滿足規(guī)則性的要求。

（2）在房屋四角結(jié)合建筑布置，設(shè)置部分墻體，增大結(jié)構(gòu)剛度，使其在水平力作用下承擔相應(yīng)比例的內(nèi)力，減輕內(nèi)簡和外柱的最大內(nèi)力。

（3）選擇可靠的持力層，加大基礎(chǔ)埋深，由此保證超高建筑的抗傾覆能力。

（4）進行專門的場地安全性評價，確保場地地震動參數(shù)的可靠性。

（5）在彈性階段的抗震驗算中，采用兩種不同的計算模型進行對比分析，同時選用了兩組實測波和一組場地人工波進行彈性動力時程分析的補充計算。

（6）增大地震作用下的底層剪重比，提高結(jié)構(gòu)可靠度，使縱橫向剪重比均不小于3.2%。

（7）采用比規(guī)范更嚴格的抗震措施進行設(shè)計，進一步提高結(jié)構(gòu)的變形能力和耗能性能。

5 結(jié)語

綜上所述，本文主要介紹了某高層建筑現(xiàn)澆鋼筋混凝土筒中筒超限高層的結(jié)構(gòu)布置，抗震計算分析，主要抗震措施及有關(guān)的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，為以后在這方面的設(shè)計提供有利的參考價值。

參考文獻：

[1]徐培福，傅學(xué)怡等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[2]多層及高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性靜力、動力分析軟件用戶手冊及技術(shù)條件[M].中國建筑科學(xué)研究院PKPMCAD工程部，2008.