梯田式退臺高層辦公樓結構設計分析

甘潔沂

摘 要 梯田式退臺高層辦公樓在建筑立面和平面上，均屬于不規則結構，結構設計難度大、細節多。基于此，文章以某高層辦公樓建筑為例，結合梯田式退臺結構特點，總結結構設計要點，為其他設計人員開展梯田式退臺高層辦公樓結構設計工作提供實踐參考。

關鍵詞 梯田式退臺;高層辦公樓;結構設計

前言

梯田式退臺是指將建筑露臺設計為條狀臺階式，外觀與梯田類似。在建筑結構設計中，梯田式退臺可呈現簡潔的結構線條，提高建筑美觀性，形成獨特建筑風格，吸引城市大眾的注意力。同時，該結構可擴大建筑采光空間，營造更舒適的建筑室內環境，調動職工工作熱情。

1工程概況

本文以某梯田式退臺高層辦公樓為例，分析結構設計要點。該高層辦公樓高度為99.6m，共24層，包括酒店塔樓、辦公塔樓及裙房三部分，設計單位選擇混凝土框架剪力墻結構。在結構設計中，要求結構抗震等級達到三級、使用年限為50年、安全等級達到二級、抗震設防烈度為6。其他設計參數如下：風壓為0.35kN/㎡，阻尼比為5%，核心筒寬和塔樓高的比值為1∶4.81。在該梯田式退臺高層辦公樓結構中，表現出如下特點：第一，從裙房結構開始，沿著標準層向上層層收進，形成梯田式退臺結構;第二，辦公樓結構的標準層平面和等腰直角三角形類似，核心筒結構的平面表現為梯形。通過設計人員的規范合理設計，該高層辦公樓成功投入使用，穩定性、抗震性能等參數符合建筑結構設計要求，說明該梯田式退臺高層辦公樓的結構設計具備借鑒意義，可總結其結構設計要點，為其他類似風格的辦公樓結構設計提供經驗參考。

2梯田式退臺高層辦公樓結構設計要點

2.1 梯田式退臺結構布置

在梯田式退臺結構設計中，設計人員將辦公樓的標準層平面設計為與等腰直角三角形類似的結構，從辦公樓與裙房連接位置開始，向上以梯田形式層層收進，形成梯田式退臺結構。在結構布置中，設計要點如下：

（1）控制扭轉效應。在該辦公樓平面設計中，三角形結構易出現扭轉效應，引發剛度集中現象，降低辦公樓核心筒四周區域的剛度，影響整個結構的穩定性[1]。針對該現象，設計人員適當降低核心筒墻體的數量，提高墻體的厚度，縮短核心筒的質心與剛心間的距離，提高核心筒四周區域的剛度，控制扭轉效應。

（2）層高變化。設計人員通過裙房的層高變化，形成梯田式退臺結構。將第一、二層層高設計為6m;第三層層高設計為5.5m;第四層層高設計為6.3m;第五層層高設計為4.4m;其余層高均設計為4.2m。在該層高設計下，設計人員加大裙房底部墻體的數量，保障結構整體穩定性，避免薄弱層的出現。

（3）梯田式收進。為呈現梯田式退臺辦公樓結構，設計人員將裙房立面為基礎，進行傾斜設計，沿著單軸線方向，設置傾斜角度在26°～36°間的柱子，向上層層收進。對于懸挑長度大的區域，在斜柱上方設置立柱，使辦公樓純懸挑位置的長度低于4m。在該設計模式下，斜柱的水平拉力較低，且轉折位置的水平拉力較大，易使結構出現失穩現象，設計人員對樓板和框架梁配筋進行加強處理，用于分擔斜柱軸力的增量;對轉折部位所在的樓層進行加強處理，提高梯田式收進結構的穩定性。

2.2 結構超限分析

按照上述流程布置梯田式退臺結構后，需對結構進行設計分析，確保其各項參數符合辦公樓設計要求[2]。在超限分析中，辦公樓結構的超限狀況共三種：①在偶然偏心條件下，辦公樓在水平和豎直方向的樓層位移比均超過1.2，可判斷其屬于扭轉不規則狀態;②在辦公樓裙房結構中，部分懸挑構件的長度大于4m，可判斷其屬于尺寸突變狀態;③在結構斜柱布置中，水平壓力數值偏低，會降低結構抗震性能，可判斷其屬于局部不規則狀態。

可見，超限分析結果與結構布置分析結果相同，設計人員在采取提高核心筒四周剛度、控制懸挑構件長度及局部加強處理措施的基礎上，采取如下超限抗震措施，強化辦公樓結構的抗震性能：①通過彈性時程分析方法，分析辦公樓結構在多遇地震條件的參數，增加結構中斜柱與穿層柱的數量，使辦公樓結構達到中震不屈服水平，對轉折位置進行雙層雙向配筋設計，實現地震作用在上下結構的合理傳遞;②在懸挑構件結構中，加強局部縱筋、箍筋及根部區域對應的梁結構，確保彎矩在懸挑構件中連續傳遞。

2.3 小震彈性分析

在優化辦公樓結構超限設計的基礎上，設計人員進行小震彈性分析，分析方法與結果如下：

（1）反應譜計算。設計人員將YJK為計算工具，計算辦公樓結構的周期比、剪重比、位移比、位移角等參數，并與ETABS結果進行對比，分析結構設計的合理性，得出如下結論：①兩種方式計算的反應譜指標相差無幾，由于二者風荷載計算采用的方法不同，使獲得的風荷載值差異較大，YJK的計算結果偏大;②觀察辦公樓的剛度與抗剪承載力參數，發現二者分布較為均勻，說明辦公樓結構不存在軟弱層或薄弱層;③辦公樓結構的首層和第二層位移比均大于1.4，設計人員考慮該結構位移絕對值較低，認為該位移比符合結構設計要求，無須調整。

（2）小震彈性時程分析。結合反應譜計算的結果，對辦公樓結構進行彈性時程分析，將Ⅱ類場地為分析條件，選擇實測地震波TH-1、TH-2及人工地震波為測試對象，時程分析的參數設置如下：地震波特征周期設定為0.35s;辦公樓結構的抗震設防烈度設定為6;加速度時程曲線最大值設定為18cm/s2。

對比時程分析與反應譜計算的結果發現，在辦公樓結構中，水平和豎直方向的基底剪力均低于反應譜計算的數值，但位于CQC計算結果的65%～135%范圍內，基底剪力的平均值位于80%～120%范圍內，符合建筑結構設計要求。對比層間最大位移角等其他參數，時程分析與反應譜計算結果相差無幾，說明辦公樓結構不存在明顯突變，整體結構穩定，抗震性能優異，符合建筑結構設計要求。

3結束語

綜上所述，梯田式退臺結構對建筑結構設計提出較多要求，借鑒某辦公樓成功設計經驗，設計人員需做好梯田式退臺結構布置工作，做好結構超限分析、小震彈性分析，使其各項參數符合設計要求，保障梯田式退臺穩定可靠運行，延長高層辦公樓使用壽命。

參考文獻

[1] 錢鈞瓏.某超限高層辦公樓抗震設計[J].福建建筑，2020（2）：26-30，

109.

[2] 張明悅.某辦公樓設計合理性分析[C].北京力學會.北京力學會第二十五屆學術年會會議論文集，2019：986-987.