杭州某超高層辦公樓結(jié)構(gòu)布置及斜柱設(shè)計

王宇緯 周建爐 王佳 金鑫 馬躍

摘要：杭州某辦公樓建筑高度145 m，結(jié)構(gòu)高度130 m，結(jié)構(gòu)存在斜柱等較多不規(guī)則項，屬于超限高層建筑。結(jié)構(gòu)采用鋼框架（矩形鋼管混凝土柱）+鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)體系。文章對結(jié)構(gòu)采取合適的抗震性能目標(biāo)，針對結(jié)構(gòu)的斜柱超限項，進行抗震性能化設(shè)計，并采取合理的措施對結(jié)構(gòu)進行加強。結(jié)構(gòu)合理、可靠，滿足預(yù)期抗震性能目標(biāo)。

[作者簡介]王宇緯（1989—），男，碩士，工程師，從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

1 工程概況

本工程位于杭州市余杭區(qū)未來科技城，由2棟高層塔樓組成，兩塔樓標(biāo)準(zhǔn)層一致，僅下部裙房有差別，但體型基本相似，本文以1#塔樓為例進行介紹。1#塔樓功能為商務(wù)辦公，建筑高度145 m，結(jié)構(gòu)高度130 m，地上建筑面積約7×104 m3。地上29層以辦公為主，地下3層地下室以車庫為主，結(jié)構(gòu)模型及建筑效果圖如圖1所示。1#樓建筑使用人數(shù)約6 500人，為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類（丙類建筑），主樓結(jié)構(gòu)安全等級為二級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.0。

抗震設(shè)防烈度為6級，核心筒抗震等級為二級，框架抗震等級為三級，場地類別為Ⅱ類。塔樓結(jié)構(gòu)嵌固端為地下室頂板。地震作用及阻尼比見表1，本工程基本風(fēng)壓選取50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值（0.45 kN/m2）進行計算，承載力計算時風(fēng)荷載的增大系數(shù)取1.1。地面粗糙度類別為C類。

2 結(jié)構(gòu)布置及特點

結(jié)構(gòu)體系采用鋼框架-鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，采用鋼管混凝土柱，核心筒自下而上尺寸無突變。結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件上、下連續(xù)貫通。最大高寬比（按主要屋面標(biāo)高130 m計算）為4.7，小于規(guī)范限值7;核心筒高寬比為12.9，略大于規(guī)范限值12。結(jié)構(gòu)總高度小于對應(yīng)體系高度限值（200 m）。

樓蓋采用鋼梁+鋼筋桁架樓承板體系。裙房2層～5層樓板中部開大洞，其他層樓板均較為完整。標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)長66.6 m，寬28.2 m，長寬比較大，長向迎風(fēng)面較大，同時核心筒位置偏離中心，平面較不規(guī)則，塔樓模型位移比小于1.4，大于1.2。標(biāo)準(zhǔn)層平面布置如圖2所示。

塔樓西側(cè)6～9層由于建筑立面造型，需要通過斜柱轉(zhuǎn)換3顆柱子，上有21層樓，斜柱方案中斜柱采用矩形鋼管混凝土柱，斜柱區(qū)域受力較復(fù)雜。

結(jié)構(gòu)存在斜柱等較多不規(guī)則項，屬于超限高層建筑[1]，綜合考慮，抗震性能目標(biāo)選用“C”，即多遇地震下結(jié)構(gòu)達到性能水準(zhǔn)“1”的要求，設(shè)防烈度地震下達到性能水準(zhǔn)“3”的要求，預(yù)估罕遇地震下達到性能水準(zhǔn)“4”的要求[2-4]，斜柱及相應(yīng)拉梁定義為關(guān)鍵構(gòu)件，對斜柱進行抗震性能化設(shè)計。

3 斜柱設(shè)置

塔樓西側(cè)見圖3、圖4，在6～9層之間設(shè)置斜柱，斜率約1∶1.7，上、下部樓層采用直柱。斜柱采用鋼管混凝土柱，截面為800 mm×800 mm×30 mm（內(nèi)灌C60混凝土），鋼材為Q420C，與斜柱相連斜柱頂?shù)讟抢簽镠650×400×60×60，鋼材為Q420C。

4 斜柱設(shè)計

斜柱及拉梁為關(guān)鍵構(gòu)件，對于斜柱的設(shè)計策略：

（1）設(shè)計斜柱及其頂?shù)桌簶?gòu)件時，不考慮樓板的有利作用，保證斜柱和拉梁在豎向荷載作用下滿足承載力設(shè)計要求;同時驗算中震組合下斜柱及拉梁滿足抗剪彈性，抗彎不屈服?？刂菩敝退嚼旱睦寐什怀^0.8。同時拉梁伸至核心筒，核心筒內(nèi)設(shè)型鋼，保證傳力有效性。

（2）斜柱頂?shù)讟前逶O(shè)計，按照彈性分析樓板應(yīng)力水平進行設(shè)計并作構(gòu)造上加強。

軟件驗算結(jié)果見圖5，從圖中可以看到，斜柱及橫梁在豎向荷載作用及中震組合下利用率均小于0.8，能保證結(jié)構(gòu)安全可靠。

根據(jù)樓板有限元分析結(jié)果，對于斜柱區(qū)域樓板加強措施：樓板厚度加至150 mm厚，樓板配置雙層雙向鋼筋12@100 mm，該措施能保證樓板中震不屈服，斜柱上、下層結(jié)構(gòu)樓板也適當(dāng)加強構(gòu)造措施。

5 結(jié)論

（1）對該塔樓的項目概況、結(jié)構(gòu)布置及相應(yīng)特點進行了介紹，本項目塔樓為超限高層。

（2）結(jié)構(gòu)存在斜柱等較多不規(guī)則項，抗震性能目標(biāo)選用C，斜柱及斜柱相關(guān)拉梁定義為關(guān)鍵構(gòu)件。

（3）斜柱采用矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式，以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。嚴(yán)格控制斜柱和拉梁的應(yīng)力比，按考慮樓板失效的小震彈性（含風(fēng)荷載）、考慮樓板失效的中震不屈服進行包絡(luò)設(shè)計，以保證足夠的安全度。

（4）斜柱區(qū)域樓板為保證中震不屈服，樓板厚度加至150 mm厚，樓板配置雙層雙向鋼筋12@100 mm。

（5）通過以上工作，斜柱、斜柱相關(guān)拉梁、相關(guān)區(qū)域樓板能夠滿足C目標(biāo)，結(jié)構(gòu)合理、可靠、安全。能做到小震不壞、中震可修、大震不倒。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查技術(shù)要點：建質(zhì)[2015]67號[S].

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[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑抗震設(shè)計規(guī)范：GB 50011-2010[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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