趙 統(tǒng)

(廣東省建筑設計研究院,廣東 廣州 510010)

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禪城綠地金融中心T3塔樓超限高層結構設計

趙 統(tǒng)

(廣東省建筑設計研究院,廣東 廣州 510010)

以禪城綠地金融中心T3塔樓結構設計為例，通過對風洞試驗和規(guī)范值的比較，介紹了結構的抗風設計與抗震性能的設計方法，并簡要介紹了一種新型的鋼管混凝土柱與混凝土梁連接的節(jié)點形式，有效減小了構件的節(jié)點尺寸。

高層建筑，抗震性能，鋼管混凝土，梁柱節(jié)點，風洞試驗

1 工程概況

禪城綠地金融中心T3塔樓項目位于佛山市禪城區(qū)，為超高層辦公樓，地下2層，地上48層，總建筑高度206.1 m，建筑長、寬方向尺寸均為43.5 m，主要層高4.1 m。

工程安全等級為一級，抗震設防烈度為7度，Ⅱ類場地，設計地震分組為第一組，設計基本地震加速度值為0.10g，特征周期0.35 s，抗震設防分類為乙類。

場地50年一遇基本風壓0.50 kN/m2，場地粗糙度類別C類，承載力計算時按基本風壓的1.1倍采用。

2 結構體系

塔樓屬于超高層結構，結構體系采用框架—核心筒結構；結構長、寬方向尺寸均為43.5 m，高寬比為4.73；核心筒尺寸約為23.3 m×19.2 m，核心筒高寬比10.7。

結構標準層如圖1所示。外圍框架柱柱距9.0 m，由于景觀需要，在角部未設置框架柱；為減少柱截面尺寸、增加建筑使用面積，框架柱采用鋼管混凝土柱。底部鋼管直徑1 300 mm、壁厚25 mm；至34層減少直徑1 000 mm、壁厚20 mm；34層以上采用鋼筋混凝土柱，柱直徑為1 000 mm～800 mm。

底部核心筒主要厚度為800 mm、混凝土強度等級C60，結構頂部減少至500 mm、混凝土強度等級為C40。經(jīng)計算，剪力墻角部在中震下出現(xiàn)拉力，為保證剪力墻的延性，在剪力墻角部設置型鋼。

連接外框架柱和內核心筒的框架梁跨度10.50 m，主要框架截面為500×700；避難層主要框架截面為500×900。外圍框架梁跨度9.0 m，為加強外圍框架的整體剛度，在不影響建筑使用功能的情況下，框架梁截面取500×900，通過計算比較發(fā)現(xiàn)，適當增加外框架梁的高度能有效的提高框架—核心筒結構的抗扭剛度。

核心筒內樓板厚度140 mm，核心筒外樓板厚度120 mm。

3 抗風設計

工程為大型綜合體中的一棟單塔，周邊還存在其他塔樓干擾。根據(jù)《高規(guī)》4.2.4條及《建筑結構荷載規(guī)范》8.3節(jié)，需要進行風洞試驗取得建筑物的表面風荷載、體形系數(shù)、順風向風振影響、橫風向風振作用等試驗值，并將試驗值與規(guī)范值進行比較。經(jīng)過對樓層剪力、基底剪力、基底傾覆彎矩的比較，按規(guī)范計算的風荷載效應均大于風洞試驗，因此設計時仍按規(guī)范的風荷載進行設計。

4 結構抗震性能設計

工程依據(jù)JGJ 3—2010高層建筑混凝土結構技術規(guī)程進行性能化設計，性能目標為C。多遇地震(小震)下滿足第1抗震性能水準的要求，設防地震(中震)下滿足第3抗震性能水準的要求，罕遇地震(大震)下滿足第4抗震性能水準的要求。

小震下采用SATWE和Midas Building 兩個軟件分別進行計算，并補充彈性時程分析。表1為兩種軟件主要計算結果。從表1可以看出，結構的各項整體指標均能很好的滿足規(guī)范設計要求，說明結構雖然是超高限高層結構，但由于結構體系選擇得當、結構整體高寬比和剪力墻高寬比合理，整個結構能很好的滿足各項設計指標。

表1 小震下結構主要計算結果

中震下，根據(jù)性能目標C的要求對不同構件進行中震彈性和中震不屈服計算，主要計算結果如表2所示。

表2 中震下結構主要破壞情況

從表2可以看出，中震彈性下，剪力墻以及鋼管混凝土等重要豎向構件能滿足抗剪承載力中震彈性的要求，說明結構的重要構件在中震作用下有足夠的承載力?？蚣芰汉瓦B梁則出現(xiàn)部分抗彎屈服，消耗一部分地震能量。計算還表明，中震下剪力墻局部出現(xiàn)拉應力，因此在施工圖階段在相應位置增設型鋼，提高剪力墻的抗震承載力。

大震下的彈塑性分析采用ABAQUS軟件進行計算，混凝土采用GB 50010—2010混凝土結構設計規(guī)范附錄C提供的受拉、受壓應力—應變關系作為混凝土滯回曲線的骨架線，鋼材采用等向強化二折線模型和Mises屈服準則。

根據(jù)提供的安評報告，對罕遇地震驗算選擇一組人工波和二組天然波作為非線性動力時程分析的地震輸入，三向同時輸入，地震波計算持時取40 s；罕遇地震條件下水平向PGA調整為220gal，豎向調整為143gal。

大震下的結構安全評估主要從整體指標和構件性能兩個方面來判斷。地震波作用下，結構X向最大層間位移角為1/134；Y向最大層間位移角為1/197，均滿足大震彈塑性層間位移角1/50的要求。表3為大震計算下構件破壞的主要結果。分析結果表明，在地震作用下，主體結構具備較好的承載能力和變形能力，能夠達到性能目標C的設計要求。通過分析找出了結構潛在的抗震薄弱環(huán)節(jié)，并采取了相應的抗震措施予以加強，有效的保證結構的抗震性能。

表3 大震下結構主要破壞情況

5 鋼管混凝土柱節(jié)點

塔樓外框豎向構件為鋼管混凝土柱，框架梁為鋼筋混凝土梁，鋼管混凝土柱與梁節(jié)點是設計構造重點。本工程采用加抗彎剪牛腿的梁柱節(jié)點，鋼管環(huán)板由計算確定，一般寬度為100 mm。在合理地配置鋼牛腿、箍筋和腰筋后，形成牢固而安全可靠的勁性結構剛性節(jié)點區(qū)，剛性節(jié)點區(qū)能夠將梁產(chǎn)生的彎矩、剪力傳遞給鋼管混凝土柱，形成一個具有良好內力重分布能力的剛性區(qū)，鋼筋混凝土框架梁與鋼管混凝土柱節(jié)點的連接主要通過由柱伸出的鋼牛腿與梁搭接，形成傳力的過渡區(qū)，梁縱筋只需與牛腿搭接，錨入剛性節(jié)點區(qū)內而不需要焊接，減少了現(xiàn)場焊接工作，提高了施工的效率和速度。與目前使用較多的鋼管混凝土梁柱節(jié)點相比，取消了笨重的混凝土環(huán)梁，減小了水平環(huán)板和豎向環(huán)板的寬度，節(jié)點區(qū)簡潔精干，方便了設備管道的通過,施工方便。鋼管混凝土柱與混凝土梁連接節(jié)點大樣見圖2。

6 結語

工程采用SATWE軟件和Midas Building對結構進行整體分析，兩者的計算結果基本一致。結構的周期、層間位移角、扭轉位移比等參數(shù)均滿足抗震設計要求，表明該結構設計合理。通過詳細的性能設計，找出結構在地震作用下的薄弱環(huán)節(jié)，在后期設計中針對這些環(huán)節(jié)進行構造加強和計算分析，有效的保證了結構的抗震能力。工程采用新的鋼管混凝土柱節(jié)點形式，通過構造措施，保證節(jié)點的安全和有效傳遞荷載。同時，有效的減小了構件的節(jié)點尺寸。

[1] JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].

[2] GB 50009—2012，建筑結構荷載規(guī)范[S].

[3] 陳向榮，趙 統(tǒng).禪城綠地金融中心超限設計可行性報告[R].廣州:廣東省建筑設計研究院,2014.

High-rise structural design of T3 tower of Chancheng Green Land Financial Center

Zhao Tong

(GuangdongArchitecturalDesign&ResearchInstitute,Guangzhou510010,China)

Taking the design for T3 tower of Chancheng Green Land Financial Center as the example, according to the comparison of the wind cave test and regular value, the paper introduces the wind resistance design for the structure and the seismic design, and introduces the joint forms for the new steel pipe concrete column and concrete beam connection, so as to reduce the joint sizes of the components effectively.

high-rise building, seismic performance, steel pipe concrete, beam and column joint, wind measurement test

1009-6825(2016)18-0048-02

2016-04-17

趙 統(tǒng)(1984- ),男,碩士，工程師

TU973

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