梁 勇

（華誠博遠(yuǎn)工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510260）

1 工程概況

某金融中心項(xiàng)目由高層辦公塔樓和商業(yè)裙房組成。高層建筑屋面高度為72 m，幕墻高度為79.7 m。地上地下總建筑面積77995 m2。辦公塔樓地上共16層，其中1～2層局部為商業(yè)，3～16層為辦公。地下室共3層，埋深約19.8 m，地下室結(jié)構(gòu)連成一體。塔樓采用密柱框架－核心筒結(jié)構(gòu)，在3層樓面設(shè)置轉(zhuǎn)換層，3層以上密柱間距為5.25 m，3層以下采用SRC柱和SRC梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換，SRC柱間距為10.5 m。在塔樓北側(cè)，外框柱和核心筒之間間距較大，因此設(shè)置1排內(nèi)柱，內(nèi)柱設(shè)計(jì)為H型鋼軸力柱。外框柱和核心筒之間的間距約為13 m。核心筒外采用鋼筋桁架組合樓板。

2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目塔樓采用樁基礎(chǔ)，需通過優(yōu)化樁數(shù)、樁徑、樁深及樁底注漿等措施，盡可能減小工程實(shí)施引起的地鐵車站變形量。

因此，塔樓下承壓樁采用樁徑為850 mm，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C40，樁端持力層為⑨粉砂層。樁端埋深約58 m，有效樁長44 m，根據(jù)地勘報(bào)告計(jì)算的單樁承載力特征值為3900 kN，根據(jù)地鐵要求，設(shè)計(jì)中取單樁承載力特征值為3000 kN。

除塔樓核心筒筏板和柱下承臺(tái)厚度為1500 mm，其余范圍抗水底板厚度為1000 mm。塔樓下樁位布置如圖1所示。

圖1 塔樓樁位布置

地下室其他部分采用抗拔樁，樁徑650 mm，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為 C40，樁端持力層為⑦粉砂層。樁端埋深約51 m，有效樁長37 m，根據(jù)地勘報(bào)告計(jì)算的單樁抗拔承載力特征值為1480 kN。

3 塔樓結(jié)構(gòu)體系

3.1 抗側(cè)力體系

塔樓抗側(cè)力結(jié)構(gòu)包括鋼筋混凝土核心筒，周邊抗彎密柱框架。周邊密柱在3層樓面進(jìn)行轉(zhuǎn)換，3層及以上外框柱間距為5.25 m，3層以下為10.5 m。采用梁式轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)采用SRC柱和SRC梁，以保證轉(zhuǎn)換層上下層剛度接近?？箓?cè)力體系如圖2所示。核心筒剪力墻從上至下基本連續(xù)，除東南角首層有1段內(nèi)墻，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

3.2 塔樓重力體系

在塔樓范圍，外框柱和核心筒之間的梁采用兩端鉸接連接，樓面體系將采用由120 mm厚鋼筋桁架組合樓板、H型鋼梁及栓釘組成的樓板體系。核心筒內(nèi)的樓面體系采用150 mm鋼筋混凝土板。

在轉(zhuǎn)換層及屋面樓層，核心筒以外的樓板采用150 mm厚鋼筋桁架組合樓板，核心筒以內(nèi)樓板采用150 mm鋼筋混凝土板。

圖2 建筑結(jié)構(gòu)抗側(cè)力體系

4 塔樓彈性分析結(jié)果

4.1 設(shè)計(jì)假定

本結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析采用PKPM系列軟件。采用多高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE（墻元模型）分析軟件為 CSI的 ETABS9.7.4。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體分析時(shí)，應(yīng)考慮樓板對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響。結(jié)構(gòu)計(jì)算與分析的主要假定如下。

1）嵌固端設(shè)于地下室頂板面（地下1層剪切剛度／地上一層剪切剛度分別為 x方向 ＝4.0，y方向＝2.81，均大于 1.5）。

2）地震力計(jì)算采用CQC法。

3）振型數(shù)≥21，并滿足有效質(zhì)量參與系數(shù)大于95%。

4）采用全樓剛性假定進(jìn)行整體分析。

5）地震計(jì)算中考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)及5%的偶然偏心。

6）混合結(jié)構(gòu)在多遇地震下的阻尼比取0.04。

7）周期折減系數(shù)取0.90。

8）風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.3。

4.2 計(jì)算結(jié)果

塔樓多遇地震下的結(jié)構(gòu)分析結(jié)果如下：①振動(dòng)周期 T1（x＋y）為 1.81 s，T2（x＋y）為 1.64 s，T3（x＋y）為1.51 s（T3為第一扭轉(zhuǎn)振動(dòng)周期）；②結(jié)構(gòu)總重力荷載代表值 Ge為583707 kN；③總水平地震力 Fex為21651 kN，F(xiàn)ey為21865kN；④地震作用下剪重比 λx＝3.71%，λy＝3.74%；⑤地震作用下基底彎矩Mex＝1166493 kN·m，Mey＝1075800kN·m；⑥地震作用下頂點(diǎn)最大位移 Δex＝56 mm，Δey＝60 mm；⑦地震作用下最大層間位移比 δex＝1／1117，δey＝1／992；⑧總水平風(fēng)荷載Fwx＝4724 kN，F(xiàn)wy＝4852 kN；⑨荷載作用下基底彎矩Mwx＝201210kN·m，Mwy＝221596 kN·m；⑩風(fēng)作用下頂點(diǎn)最大位移 Δwx＝9.3 mm，Δwy＝11.5 mm；?作用下最大層間位移比 δwx＝1／6858，δwy＝1／5326；最大層間位移／層間平均位移（考慮偶然偏心），x方向?yàn)?.33 mm，y方向?yàn)?.19 mm。

4.3 計(jì)算結(jié)果分析

1）各項(xiàng)指標(biāo)基本符合現(xiàn)行規(guī)范和規(guī)程的要求。

2）設(shè)計(jì)對(duì)薄弱部位（如樓板開大洞口處，轉(zhuǎn)換層）采取加強(qiáng)措施，減少了不規(guī)則帶來的不利影響。

5 結(jié)構(gòu)抗震措施

根據(jù)對(duì)結(jié)構(gòu)規(guī)則性的檢查，雖然塔樓標(biāo)準(zhǔn)樓層規(guī)則，但外圍框架柱在3層存在轉(zhuǎn)換、2層?xùn)|南角局部樓板缺失以及層間位移比＞1.2，存在不規(guī)則現(xiàn)象。因此塔樓屬于超限高層建筑結(jié)構(gòu)。根據(jù)JGJ3—2010《超限高層建筑工程抗震設(shè)防管理規(guī)定》，應(yīng)進(jìn)行超限高層建筑工程抗震設(shè)防。

1）在塔樓四角設(shè)置部分墻體，以提升結(jié)構(gòu)剛度，使其承擔(dān)在水平力作用下的內(nèi)力，減輕外框柱和核心筒的最大內(nèi)力。

2）合理選擇可靠的持力層，加大基礎(chǔ)埋深，確保超高建筑的抗傾覆能力。

3）在地震作用下，增大底層剪重比，提高結(jié)構(gòu)可靠度，使縱橫向剪重比均大于3.2%。

4）采用抗震措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高超高層結(jié)構(gòu)的變形能力和耗能性能。

6 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例探討了超高層塔樓框架－核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中相關(guān)問題，著重從建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、塔樓結(jié)構(gòu)體系、塔樓彈性分析結(jié)果及結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行論述。實(shí)踐證明，通過對(duì)超高層框架－核心筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可大大提升超高層結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。