对超高层建筑结构设计探析

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1、对超高层建筑结构设计探析唐杰摘要：随着时代的发展，超高层建筑凭借其优势与特点备受人们关注。木文结合超高层建筑工程实践，对其结构设计进行探析。关键词：超高层建筑；结构设计1、工程概况木工程由两栋超高层塔楼（公寓塔楼54层和办公塔楼47层）及大型商业裙楼组成。建筑效果图，见图1。图1建筑效果图结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度，场地类别为U类，设计地震分组为第一组，特征周期Tg=0.45s。基木风压w0=0.40kN/m2,地面粗糙度类别为C类。2、基础设计塔楼采用平板桩筏基础。桩采用1000钻孔灌注桩，桩身混凝土强度等级为C45,釆

2、用桩端后注浆工艺，单桩承载力特征值约为10300kN。基础中心最大计算沉降量为90mm,工程桩桩身压缩量约为20mm。主楼核心筒下按梅花形布桩，外围框架柱采用柱下承台的布桩形式，办公塔楼和公寓塔楼基础板厚分别为2950mm和3300mm。办公塔楼和公寓塔楼与裙房地下室部分连为一体，塔楼周边设置沉降后浇带。裙楼以及纯地下室IX域采用平板式筏板基础，地基承载力特征值=150kPao抗浮采用机械连接预应力混凝土竹节桩，最大外径为500mm,单桩抗拔承载力特征值为500kNo3、结构体系塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系，结构高度超过《高层建筑

3、混凝土结构技术规程》0Gj3—2010）中B级高度限值180m，为超B级高度的超限高层。框架柱底部采用钢管混凝土叠合柱。地下1层和地上部分抗震等级，框架为一级，核心简为一级，地下2层相应结构抗震等级均降低一级。办公塔楼、公寓塔楼结构平面布置相似、总高度接近，仅层数不同，下面以层数较多的公寓塔楼为例进行介绍。公寓塔楼中、低区核心筒平面呈梯形，平面位置居中；高区核心简在南侧收进。核心简混凝土强度等级从下到上采用C60、C50、C40,地上核心简外围典型外墙厚度从下到上为1000mm、900mm、750mm、600mm、500mm、400mm,典

4、型内墙厚度为400mm、300mm。剪力墙变薄和框架柱截面变小的楼层尽量错开，同吋竖向构件截面变化与混凝土强度等级变化尽量错开。外围框架柱在底部加强区采用钢管混凝土叠合柱，叠合柱钢管材质为Q390B,过渡层采用带芯柱的混凝土柱，苏余楼层采用普通钢筋混凝土柱。钢管混凝土叠合柱中钢管的约束作用使钢管内混凝土的轴心抗压承载力人幅度提高，轴向刚度较大。在轴压力和往复水平力作用下，叠合柱内钢管混凝土能延长柱从屈服到破坏的过程，使叠合柱具有良好的延性和耗能能力。楼盖采用钢筋混凝土梁板体系。楼板厚度定为：标准层核心简外为110〜120mm,核心筒内为13

5、0mm;核心筒收进和挑空大堂位置为150mm。为保证地下室顶板的嵌固作用，顶板厚度取180mm，地下1层楼层剪切刚度大于地上1层的2倍。在地下室底板和地下室室外顶板混凝土中掺入改性聚丙烯纤维，适当提高地下室顶板及各层楼板的配筋率，并加强养护。地下室外墙设诱导缝，即通过在地下室外墙结构上每隔一定距离设置薄弱带，如果外墙发生较大收缩变形，则诱导外墙在此薄弱带开裂，薄弱带处设置加强止水带，从而达到释放温度应力和避免外墙滲漏的作用。4、结构抗震性能化设计S标该塔楼结构存在下列超限情况：结构高度超过高规B级高度限值、扭转不规则、2层大堂挑空引起楼板不

6、连续、局部穿层柱、局部楼层转换等。结构抗震性能0标为C，具体描述见表1。补充45°方向小震作用下构件承载力校核，补充小震弹性动力时程分析。地上首层顶板挑空，部分桐架柱穿层，柱高度11.3m,设计采取从严控制穿层柱轴压比并按中震弹性的性能0标进行设计，采用PMSAP对其进行屈曲分析，结果表明首层穿层柱屈曲稳定系数为23,不会发生屈曲失稳破坏。结构抗震性能0标表15、大震弹塑性吋程分析体现的结构薄弱部位和优化措施在满足结构抗震性能0标的前提下，进行构件配筋设计，采用MIDASBuilding进行结构弹塑性吋程分析，来评价结构的变形情况以

7、及抗震性能。梁、柱及支撑等杆系构件采用塑性铰进行模拟，剪力墙构件采用纤维模型进行模拟，结构阻尼比取0.05。在初步设计阶段的前期，为了找到公寓塔楼结构薄弱部位并予以优化，初步完成结构计算分析时即对其进行弹塑性时程分析。试算后发现，图2(a)所示核心简北侧连梁由于高度过高，导致图2(b)所示大面积剪力墙墙体因吸收过多地震能量而产生过大损伤。通过调低连梁高度和设置双连梁，奋效地减少了地震作用，改善了连梁附近墙肢的破坏情况(图2(c))。图2核心简北侧连梁位置及调整前后附近剪力墙应变状态核心简南侧剪力墙在44层收进，核心筒外墙弱化成扁柱，观察此处

8、刚度突变对结构的竖向刚度连续性产生的不利影响，发现剪力墙收进而转化成的框架柱损伤非常严重。针对这一情况，将收进处优化为从42〜44层起在收进位置剪力墙墙体开设逐渐变大的结构洞，直