某高位大跨連體超限高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

崔 瑜

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新時期，社會在發(fā)展，時代在進步，工程建設(shè)工作也應(yīng)當(dāng)與時俱進，積極學(xué)習(xí)新的理念，引進新的技術(shù)，在施工工藝以及施工內(nèi)容上作出創(chuàng)新和優(yōu)化，適應(yīng)社會的發(fā)展，滿足現(xiàn)代化建筑的需求。

1 工程概況

本項目位于某市會展中心旁。項目為超高層住宅及多層獨立商業(yè)樓兩棟建筑。其中，多層獨立商業(yè)樓為1號樓，超高層住宅為2號樓。以下主要介紹2號樓，即超高層住宅的結(jié)構(gòu)設(shè)計。2號樓從設(shè)計外觀上來看，是一種雙塔連體結(jié)構(gòu)，地上建設(shè)38層，地下建設(shè)兩層，整體建筑高度是139.25m。

地下兩層主要為停車使用，地下2層高度有3.9m，地下1層高度有5.6m。地上1層高度是9 m，屬于架空層。13層、26層均為避難層，且層高都在3.5m。設(shè)備轉(zhuǎn)換層位于33層，高度為2m。整棟建筑剩余樓層用作住宅使用，高度都是3.5m。32層至屋面層為兩側(cè)塔樓（標(biāo)高112.765～115.765 m），兩側(cè)中間會用長度為29.60m的連接體予以連接，確保其穩(wěn)定性。

2 高位大跨連體超限高層結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置

2.1 塔樓結(jié)構(gòu)體系

從建筑物的總高度、建筑用途及抗震設(shè)防裂度等多個方面進行分析，可得知塔樓結(jié)構(gòu)最適宜選用框架核心筒結(jié)構(gòu)體系。如此一來，豎向荷載便可經(jīng)水平梁結(jié)構(gòu)傳至外框柱和剪力墻，最后在傳到基礎(chǔ)。核心筒剪力墻和混凝土框架則用來承擔(dān)水平荷載。值得一提的是，該工程兩側(cè)塔樓為左右對稱關(guān)系，也就是說兩側(cè)塔樓無論是從層數(shù)、平面布置，還是從豎向構(gòu)件、剛度等方面均完全一致。

2.2 連接體部分結(jié)構(gòu)體系

為滿足建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性的需求，需要在兩側(cè)塔樓中間進行高位連體結(jié)構(gòu)的建設(shè)。從設(shè)計圖上來看，建筑物中會有7層作為連接體的組成部分。同時，會在連接體部分中使用鋼構(gòu)架體系，能夠有效承擔(dān)連接體的重量。有四榀鋼桁架（分別為A軸、C軸、E軸、F軸）在連接體底層設(shè)置，與兩個塔樓柱剛性相連。連接體桁架上下弦桿會向主樓內(nèi)伸入一跨，5.5m為連接體桁架的高度。

在該工程中，33層為設(shè)備轉(zhuǎn)換層，3m層高。該層采用吊柱+鋼梁的結(jié)構(gòu)形式，以便減少豎向突變和連接體桁架對結(jié)構(gòu)豎向剛性突變的影響[1]。34層梁下應(yīng)設(shè)置吊柱。由上述可知，吊柱+鋼梁是33層的基本結(jié)構(gòu)，但不會與框架柱和核心筒剪力墻相連，這樣會使該層的剛度得到一定程度的弱化。

2.3 平面布置

該建筑物中兩側(cè)塔樓相對稱，塔樓平面外部輪廓是一個標(biāo)準(zhǔn)的矩形。各個外框柱之間的距離最短不會低于5.0m，最長不會超過8.5m。外框柱與核心筒之間的距離，最長不會超過6.7m，最短不會低于4.7m。350mm×600mm、400mm×700mm以及200 mm×600mm，200mm×450mm所對應(yīng)的分別是標(biāo)準(zhǔn)層框架梁、外圍框架梁以及次梁框的截面。

2.4 豎向構(gòu)件

矩形為塔樓核心筒平面形狀，9.1m為核心筒X向長度，12.05m為核心筒Y向長度。采用鋼筋混凝土柱作為塔樓外框架柱，連續(xù)貫通塔樓上下。連接體桁架以下31層和30層、基礎(chǔ)頂至4層與連接體相連框架柱可作型鋼混凝土柱的設(shè)計[2]。其中支撐連接體結(jié)構(gòu)的8根框架柱型鋼由基頂至15層上延，用來控制軸壓比及增加框架柱的延性。

2.5 樓蓋體系

選用現(xiàn)澆鋼筋混凝土作為此工程的樓蓋體系。在對本工程特點予以結(jié)合的基礎(chǔ)上，需加強以下部分樓板。

地上結(jié)構(gòu)嵌固部位，也就是地下室頂板。180 mm為樓板厚度，采用雙向雙層配筋，最小配筋率為0.25%。

連接體桁架上弦連接體部分基塔樓內(nèi)相鄰一跨板厚取200mm，連接體部位最上面一層板厚取180mm，其余連接體部位及塔樓內(nèi)相鄰一跨板厚取150mm，通過雙向雙層方式配筋，最小配筋率為0.25%，并根據(jù)應(yīng)力分析結(jié)果進行復(fù)核配筋[3]。

核心筒筒體內(nèi)樓板厚度取120mm，配筋選用雙層雙向方式，0.2%為最小配筋率。

核心筒筒體外樓板厚度，除了要將局部跨度較大樓板厚度增加到140mm或180mm之外，剩余樓板厚度應(yīng)取100mm。

3 結(jié)構(gòu)超限情況及抗震性能目標(biāo)

根據(jù)我國《超限高層建筑工程設(shè)防專項審查技術(shù)要點》及相關(guān)規(guī)定，該工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)體系完全符合現(xiàn)行規(guī)范的適用范圍。超限具體情況如下。

高度超限:建筑總體高度為139.25m，明顯高于核心筒結(jié)構(gòu)框架A級高度限值130m。

特殊類型高度建筑:32層標(biāo)高為112.765m，且以上的連接體結(jié)構(gòu)跨度超出24m。

側(cè)向剛度突變:0.66 為32層測量剛度與上層之間的比值，顯然在0.9 之下。

由于本項目屬于超限結(jié)構(gòu)，所以應(yīng)在嚴(yán)格遵循我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的基礎(chǔ)上，選擇C級性能目標(biāo)以及與之相匹配的抗震性能水準(zhǔn)。各構(gòu)件的抗震性能目標(biāo)如下。

1）關(guān)鍵構(gòu)件。底部加強區(qū)框架柱、剪力墻。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震:抗彎不屈服，抗剪彈性。罕遇地震:抗剪不屈服，抗彎不屈服。與連接體鋼桁架相連的框架柱及相鄰的下層、鋼桁架上下弦桿塔樓內(nèi)相鄰跨框架梁。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震:抗彎不屈服，抗剪彈性。罕遇地震:抗剪不屈服抗彎不屈服。連接體鋼桁架。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震:彈性。罕遇地震:不屈服。

2）普通豎向構(gòu)件。其他部位框架柱。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震:抗剪彈性，抗彎不屈服。罕遇地震:抗剪、抗彎部分屈服，滿足最小抗剪截面。其他部位剪力墻。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震：抗剪彈性，抗彎不屈服。罕遇地震:抗彎、抗剪部分屈服，滿足最小抗剪截面。

3）耗能構(gòu)件。連梁、框架梁。多遇地震:彈性。設(shè)防烈度地震:部分抗彎屈服抗剪不屈服。罕遇地震:大部分可被允許進入屈服階段。

4 抗震加強措施

應(yīng)加強連接體樓板部分的設(shè)計構(gòu)造，使其更具有穩(wěn)定性。具體來說，就是在連接體部分樓板區(qū)域，采用雙層雙向的配筋方式，并在準(zhǔn)確獲取樓板應(yīng)力結(jié)果的情況下，配置相應(yīng)的鋼筋，以增強樓板的強度和剛度。在具體實施上，連接體上弦桿樓層板應(yīng)取200mm板厚，并按照0.25%的比例來控制最小配筋率。連接體頂層樓板取180mm板厚，按照0.25%的比例來控制最小配筋率。剩余其他位置連接體均取150mm的樓板厚度。另外，樓板厚度在加強后都應(yīng)延伸至塔樓內(nèi)一跨。

連接體樓板部分區(qū)域，難免會開一些洞。為保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)在洞口處設(shè)置必要的水平交叉支撐。

為使連接體鋼桁架的安全度得以增強，應(yīng)嚴(yán)格遵循大震不屈服、中震彈性的原則予以相應(yīng)設(shè)計。

要想進一步提高框架柱的延性，應(yīng)將型鋼混凝土柱在底部加強區(qū)框架柱中應(yīng)用，用來支承連接體的8根框架柱型鋼應(yīng)向13層延伸。

型鋼混凝土柱應(yīng)在加強支承連接體結(jié)構(gòu)的框架柱與連接體相鄰框架柱的連接體高度范圍以及上下一層使用。同時，在滿足相關(guān)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，將抗震等級提高至特一級。根據(jù)中震及大震構(gòu)件性能對全樓構(gòu)件的配筋計算進行包絡(luò)設(shè)計。

5 結(jié)語

在高位大跨連體超限高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由于其建筑結(jié)構(gòu)相比于常規(guī)建筑來說有著很大的不同，所以對建筑物的安全性及穩(wěn)定性也提出更高的要求。這就需要相關(guān)設(shè)計人員，加強抗震性能方面的設(shè)計，并在設(shè)計過程中針對結(jié)構(gòu)中較為薄弱的部位采取必要的加強措施。只有這樣，才能最大限度地保證建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，從而在提高抗震性能的同時，提升整體工程質(zhì)量。