超高层建筑的结构设计

1、超高层建筑的结构设计 1项目概况 本工程位于天津津滨新区中心商务商业区响锣湾商务区，场北道、西场道与滨河路间。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g，III类场地土。本工程包括A座177.3m(46层)和B座99.6m(25层)，3层地下室。A，B座在地面(1层)以上彻低分开，地下室连在一起。因为本工程B座体型规章，且高度为99.70m，所以本工程B座不超限。本文仅推荐A座相关状况。本建造物A座塔楼共46层，其中24层为大堂、办公、小部分商业及餐饮，515层为酒店，16、32层为避难层，1739层均为酒店式公寓，4046层为办公。其中1层层高5.5m，2层、4层层高4.15m，3层

2、及525层层高3.9m，2639层层高为3.6m，40层及以上层高3.9m。 2结构布置及其选型 本项目A座平面呈斜边倒梯形，建造物高宽比约5.96。在囫囵平面中间设一大核心筒，大核心筒内部左右两边各设一个核心筒，两核心筒之间有掏空中庭，两核心筒之间及核心筒下部设置局部剪力墙(小筒)以增加整体结构刚度。按照建造平面，本工程拟采用钢管组合柱框架-核心筒结构。核心筒作为抗侧力体系的第一道防线，为增加核心筒的抗震性能，在关键部位剪力墙及核心筒部分剪力墙边缘构件内设置工字钢。钢管组合柱框架形成结构的其次道抗侧力体系。框架梁的选型经过综合比较后拟采用平凡钢筋混凝土梁。 结构设计本着简洁至上的原则，在满意

3、预期性能目标前提下，尽可能避开局部楼层的刚度及强度的突变，以避开结构薄弱层的产生1。通过分析比较，本工程未设刚性加强层(Outriggers)，仅在避难层通过加大梁截面形成所谓的有限刚度加强层。本工程A座建造高度177.3m，按照钢管混凝土叠合柱结构技术规程（CECS188:2022）第5.1.6条的规定，本建造高度小于该条180m的框架核心筒高度限值。因此，A座建造不属于高度超限。按照计算，本工程A，B座建造考虑偶尔偏心后均属于扭转不规章，但不存在扭转超限(楼层扭转位移比小于1.40)，同时本工程不存在平面不规章、竖向不规章。平面标准层均在中间设置了中庭，其中A座中庭面积约102m2，B座中

4、庭面积约125m2，综合开洞面积均小于30%，开洞面积及有效楼板宽度都满意高规关于楼板开洞的要求，无其余不规章项。 3基于性能的结构抗震分析 针对本工程的特点，对结构举行计算和分析时，除需考虑常规的竖向荷载、小震作用及顺风向风荷载作用外，尚以高于现行规范的标准，采用基于性能的抗震设计方法，对结构举行中震作用下的屈服分析、罕遇地震作用下的弹塑性时程分析，来使结构达到规范要求的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三水准抗震设防目标2。 3.1结构整体分析 本工程使用中国建造科学研究院PK.PMCAD工程部编制的结构分析程序多层及高层建造结构空间有限元分析与设计软件SATWE（2022年10月版）举行

5、结构分析。为体现指标的合理性，计算采用A，B座单独计算，整体计算作为内力和配筋计算用。因为A座建造高度较高，作为对照分析，采用韩国MIDAS（730版本）软件作补充。 3.2多遇地震时程分析 按照建造抗震规范（GB500112022）5.1.2条的要求，本工程A座应举行多遇地震的时程分析。本工程地震时程采用2条自然波和1条人工波（7度、III类场地），多遇地震的最大加速度为55cm/s2。计算结果表明，3条波均满意不小于振型分解反映谱法计算结果的65%，且3条平均值为振型分解反映谱法计算结果的84.8%（0°），87.7%（90°）。基本符合抗震规范的选波要求。按照时程分析

6、的结果，结构上部约1/3范围内的地震剪力略大于振型分解反映谱法计算结果，施工图设计中，适当放大此范围的反应谱计算结果。 4中震弹性分析 考虑到本工程竖向构件是囫囵结构抗震中非常重要的构件，对其举行了中震作用下的弹性验算，以判别其是否达到了中震弹性的抗震性能目标。即在中震不屈服计算的基础上，将荷载分项系数恢复为正常值，材料的强度取设计值，抗震承载力调节系数取1.0，不考虑地震作用的内力放大调节，不考虑风荷载，这时构件的地震作用组合效应不大于按强度设计值计算的抗震承载力。验算结果表明，竖向构件在中震作用下均不屈服，基本处于弹性阶段，不会消失塑性损伤。 5罕遇地震作用下动力弹塑性时程分析 对本工程非

7、线性时程分析采用SATWE系列软件的EPDA程序，地震惊的输入本工程采用中国地震局第一监测中心供应1条大震人工波和2条大震人工波共3条地震波。加速度最大值取310cm/s2(0.31g)，阻尼比0.04。图2和图3给出了弹塑性时程分析X方向和Y方向的层间位移角。计算结果表明，在罕遇地震作用下，结构X方向的最大层间位移角为1/188,Y方向的最大层间位移角为1/123。均满意1/100的限值要求。计算结果表明，21层、39层，其层间最大有害位移角相对稍大，说明该部位为薄弱位置。设计中拟对该部位作加强。罕遇地震作用下，X方向的最大底部剪力为126164kN，约为重力荷载代表值的10.1%;Y方向的

8、最大底部剪力为130027kN，约为重力荷载代表值的10.6%，分离为多遇地震反应谱计算所得底部剪力的4.85倍和4.62的倍。 6结构抗震加强措施 通过对本工程的弹性、塑性分析，本工程结构体系合理，刚度、承载力分布匀称，具有多道防线，能满意性能设计的预期目标。针对本工程临近高度超限状况，拟在施工图设计中采用如下的技术条件和加强措施，以满意性能设计的预期目标。1）对框架柱、剪力墙的加强措施。本工程由于高度临近超限，而且地震设防烈度为7.5度、III类土区域，结构设计时框架柱、剪力墙构造根据特一级控制。为加强核心筒抗震性能，尤其是抗剪承载力的提高，避开剪力墙的剪切破坏，核心筒剪力墙采用钢管组合剪

9、力墙，相关规范参见钢管混凝土叠合柱结构技术规程框架柱的轴压比不大于0.65，剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比0.45。 竖向构件根据中震不屈服举行设计;水平构件的抗剪能力也按中震不屈服设计。适当加强墙、柱的配筋，墙、柱在构造上按特一级控制。底部加强区剪力墙分布筋的最小配筋率为0.4，其余部位剪力墙的最小配筋率为0.3，以保证剪力墙在罕遇地震作用下不消失剪切铰，具有良好的延性。钢管混凝土柱套箍指标0.60，含管率4%。2）增加结构刚度。在避难层加高主梁高度，形成有限加强层，增加全楼的整体刚度，适当加厚楼板及板配筋,以加强在地震作用下牢靠传递水平剪力。3）因为局部开洞，验算罕遇地震作用下楼板薄弱位置的抗拉、抗剪强度并保证其满意强度要求(验算时荷载分项系数取1.0，材料强度取标准值)，以确保在罕遇地震作用下楼板仍能作为刚性隔板牢靠传递水平剪力。 7结语 本文通过结合某超B级高度建造