某超限高层建筑塔楼结构设计介绍.docx

某超限高层建筑塔楼结构设计介绍摘要：本文所介绍塔楼建筑物主体高度250m核心筒部分及屋顶钢架高度升至280m高宽比为7.7属超B级高层建筑针对本工程的具体特点文章着重论述了结构设计的策略。分别采用ETABS和SATWE软件对结构进行了弹性小震场地谱、规范谱分析、时程分析、中震不屈服分析、静力弹塑性分析通过对计算结果的分析比较证明结构设计成功解决了结构超限问题结构设计是安全可靠的。本文的有关方法和结论可为相关工程提供参考。关键词：超高层；钢管混凝土叠合柱；动力弹塑性分析；时程分析；设计中图分类号：TU398文献标识码：A文章编号：1工程概况本文介绍的为深圳某超高层塔楼建筑面积108937（不含避难层）m2主要包括办公用途建筑物主体高度250m核心筒部分及屋顶钢架高度升至280m（超B级）高宽比为7.7地上部分65层。工程的结构设计基准期为50年塔楼的安全等级为二级抗震设防烈度为7度场地特征周期为0.35s基本地震加速度为0.1g建筑场地类别为II类抗震设防类别为丙类设计地震分组为一组。2结构设计策略由于本工程地处深圳市该地区的特点为：风荷载大、地震作用相对较小因此提高结构的抗侧刚度是结构设计的关键。根据以上特点和建筑功能的要求钢筋混凝土框架-核心筒结构体系是一种经济可行的结构体系。作者在结构初步设计阶段也曾对该塔楼采用了钢-混凝土混合结构体系由于钢梁的刚度仅为同高度的混凝土梁的30%左右计算结果表明混合结构体系很难满足规范对结构的刚度要求若要满足要求则必须设置2~3个加强层这样将带来结构受力的复杂性和设备层使用的不便性。因此本塔楼采用钢筋混凝土框架-核心筒结构体系。由于核心筒高宽比较大（比值为18.7）如何充分发挥核心筒的抗侧效率工程面临的一个挑战在设计中通过加厚外围墙体厚度（即筒体翼缘墙体的厚度）以使核心筒获得较大的抗侧刚度筒体翼缘墙体的厚度随着建筑高度增加逐渐减小（核心筒墙体厚度由1300mm逐渐变化到400mm厚）以获得较大的使用空间。通过以上设计方法成功满足了规范对结构的刚度要求且避免了在设备层设置加强层使得设备管道可以顺利通过很好的满足了甲方对结构的功能需求。对于本塔楼采用的框-筒结构体系外框架体系将作为有效承重支撑大部分竖向荷载通过轴力的方式向下传送。由于结构的层数较多外框架柱承受很大的竖向荷载为了减小框架柱的截面面积以增加有效使用面积因此考虑采用钢-混凝土组合结构柱。在组合结构柱的选型上我们对型钢混凝土柱、钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱[1]进行了深入比较和论证。由于钢管混凝土叠合柱同时具有钢管混凝土和型钢混凝土的优点具有刚度、强度均大、耐火性能好的优点因此外框架柱采用了钢管混凝土叠合柱。考虑到钢筋混凝土与钢管混凝土叠合梁柱节点的施工方便性本工程根据钢筋混凝土梁的实际配筋开创性的在钢管上开矩形孔洞使梁中纵向钢筋可以顺利通过（管壁开孔的截面损失率不超过50%）较大的方便了施工可减少施工周期。3结构整体计算结果3.1弹性计算结果在设计中使用美国CSI公司开发的ETABS、中国建筑科学研究院编制的SATWE软件对整体结构的自振特性进行了分析计算。表1给出了两种不同软件的计算结果从表1的比较结构可见两个软件计算结果较为接近结构的主要振型以平动为主扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比为0.67表1周期计算结果风荷载及小震作用下的结构反应计算是结构设计中的重要内容表2给出了结构在风荷载及小震作用下结构最大的层间位移可见在风和地震作用下的层间位移角满足规范限值。表2风荷载及小震作用下结构最大的层间位移在考虑偶然偏心影响的水平地震作用下楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移与其平均值之比值均小于规范限值说明结构具有较好的抗扭刚度。地震作用下楼层剪重比同样是结构整体分析时需要分析的重要内容[2-3]。计算结果表明在底部11层及13层以下的各层沿X向和Y向的层间地震剪力不能满足规范的最小剪重比要求因此程序对该部分地震剪力进行了1.15倍调整以提高该部分地震抗剪承载力[4]。基底框架和核心筒X向倾覆力矩分别为1121019kN.m和2349918kN.mY向倾覆力矩分别为948767KN.m和2586129KN.m本塔楼结构中核心筒所占倾覆力矩沿结构高度始终大于50%总地震倾覆力矩[4]。3.2弹性时程分析采用3条地震波包括一条安评单位提供的地面人工波以及另外两条天然波对结构进行弹性时程分析。表3给出了3条地震波和规范反应谱的计算结果图5对应的层间剪力值与楼层的关系曲线。通过对结构的弹