初探退臺式收進體型超高層建筑結構設計

賴金珍

摘 要 在當前的建筑結構設計過程中，盡管退臺式收進體型結構已經得到廣泛應用，然而受到多因素影響，結構設計時常會存在諸多問題。本文將從退臺式建筑的定義角度出發，對當前常用的退臺式收進體型超高層建筑結構設計模式加以介紹，進而結合實際案例分析結構抗震性能受到剛度突變時的影響，以期為有關部門提供可靠參考。

關鍵詞 退臺式;收進體型;超高層建筑;結構設計;剛度突變

引言

退臺式超高層建筑屬于一種不規則建筑，而收進體型結構則屬于這種不規則建筑最為常用的一類結構，這是因為其具備較強穩定性以及良好抗震性。然而因為此類結構極易產生剛度突變問題，因此，有關設計人員應該對各類結構加以全面了解，明確各結構的差異性，對剛度進行有效控制，進而選用最科學的設計方案。

1退臺式建筑定義

此類建筑屬于一種較為特殊的建筑風格，即建筑外形并非常規的長方體樣式，呈現出梯形的樣式，其中建筑南向即梯形斜邊，擁有約45°的坡度，在實際應用中，該斜邊通常會使人產生一定錯覺[1]。在建筑行業，退臺式建筑也被稱為“臺階式”建筑，這主要是由于退臺式建筑整體外形與臺階比較相似。其主要建筑特點為底層擁有最大的面積，建筑由下至上，各層面積會越來越小，這便使得小區會呈現出一種開闊感，然而其缺點在于容積率會變小，同時有較大的占地面積。

2當前退臺式收進體型超高層建筑常用結構設計模式

2.1 核心筒模式

此類結構模式包含了墻體轉換、雙翼墻、斜墻式以及按區格式的核心筒結構收進形式，同時，雙翼墻、斜墻式以及按區格式的核心筒結構收進形式都是直接由墻體傳力。在實際應用過程中，核心筒收進模式會導致收進及其相鄰的樓層發生應力集中的狀況，這是由于此處墻體的截面出現了突變現象。因此，如果想使應力集中問題得到緩解，設計人員可以將斜墻應用于收進位置方便過渡。

2.2 不同外框結構的相應模式

（1）懸挑梁式。如果退臺不具備較大的尺寸，就應優選此模式。懸挑梁式收進模式最主要的特征，即其能夠把下部以及上部的外框柱分別涉及樓板的內部與樓板的邊緣，以便確保建筑結構的整體連續性。

（2）雙柱式。從結構的整體受力層面來看，此類收進模式屬于最為科學的結構模式。此模式的主要特征，即會將2排立柱設計到退臺以下樓層的相應平面，同時，可以使后面外圍的立柱被有效下延到建筑基礎底板上。實踐證明，如果退臺擁有較大尺寸，設計人員便可將退臺式建筑設計成此模式，這是由于此模式能夠使豎向的構件不會轉換，繼而確保建筑結構能夠經由先樓板、再面梁、進而外框柱、最終到基礎的順序傳遞露面的整體荷載。然而因為會將1排立柱設置到退臺以下的樓層相應平面，所以在應用此模式后，極易使建筑自身部分功能受到影響。

（3）搭接柱式。此模式最關鍵的特征，即結構能夠借助搭接柱連接外圍縱向的構件。在退臺擁有較小的尺寸，且外框柱間距較小時，設計人員便可應用此模式，這會因為該模式不會對建筑整體產生較大影響。

（4）結構轉換式。此模式最明顯的特征為可以借助部分轉換梁、轉換桁架等轉換式的結構使上部立柱整體荷載逐漸傳遞到下部的外框柱。然而對轉換層而言，此模式會極大影響到轉換結構，卻不會影響到其余結構。

（5）斜柱式。此類模式的主要特征為：退臺前后外圍的立柱能夠被相應的斜柱連接，因此，該模式擁有較為直接的外框柱縱向傳力。如果退臺擁有較大的尺寸，設計人員也可考慮應用此模式。然而需要注意的是，因為斜柱通常會導致轉折位置出現水平向的作用力，因此應該對斜柱斜率展開科學設計，最佳斜率為1/10～1/4。另外，斜柱會影響到建筑的空間布置以及自身功能，同時斜率越小，便會增加受影響樓層，這也是設計人員必須科學把控斜率的主要原因之一[2]。

（6）各結構設計模式對比。①對比抗側剛度：以上各模式當中，斜柱式模式擁有較大抗側剛度，在該模式中，傾斜角度越大，抗側能力越大;機構轉換式模式能夠使退臺為之抗側剛度明顯提升，同時會在核心筒里形成較大彎矩以及附加剪力;與這兩個模式相比，其余模式都不會明顯影響抗側剛度。②對比縱向傳力：在上述各模式當中，懸挑梁式以及雙柱式模式并不會使結構收進位置構件出現附加的作用力，也不會使縱向的傳力形式發生變化;盡管斜柱式模式能夠確保外框柱縱向傳力方式不會發生變化，然而卻會使轉折樓層位置產生兩個較大水平向作用力，因此，應該強化此位置水平向的相應構件;另外，結構轉換式模式極易導致結構縱向傳力的方式發生改變，進而導致對應傳送荷載的路徑變長;此外，搭接柱模式能夠確保縱向直接傳力，可是在搭接位置會出現附加彎矩。

3建筑結構抗震性能受剛度突變主要影響

在設計某建筑塔樓時，設計人員最初將此處的核心筒收進模式設計到建筑第32層的退臺位置，相應外框柱以及核心筒的截面都從32層起越來越小，同時，此處的水平荷載會導致位移角曲線出現明顯突變，這說明退臺位置結構剛度突變較大。

所以，設計人員在反復勘察和分析后決定，對最初32層水平向的收進進行延伸，使之被延伸到37層，從而規避集中收進以及加強層，同時使收進墻體整體尺寸減小且在墻體處進行開洞處理，以便使剛度的突變變小，使上述位移角的突變得到改善。進行地震模擬分析時可知，32層的退臺位置所有地震波都顯示出明顯的突變，擁有超過0.3的損傷因子，屬于核心筒模式墻體最嚴重的損傷部位，所以，設計人員需要根據薄弱層相應標準設計退臺位置的樓層，提升結構穩定性。

4結束語

總之，城市化發展導致城市可以利用土地資源減少，超高層建筑已經成為緩解土地資源壓力的主要建筑模式。而對此類型建筑而言，其結構穩定性、受力特點都對建筑最終使用安全與質量產生直接影響，而退臺式收進體型結構設計方式便能符合以上要求，設計人員應該結合實際情況選用最合適的設計模式，合理避免剛度突變，使建筑抗震性得以提高。

參考文獻

[1] 包聯進，陳建興，王鑫，等.退臺式收進體型超高層建筑結構設計[J].建筑結構，2019，49（13）：7-12.

[2] 楊萬托，陳才華，陳灝凱，等.體型收進的框架-核心筒超高層結構模型振動臺試驗研究[J].建筑科學，2019（5）：64-69.