某高位大跨連體超限高層建筑結構設計

崔 瑜

身份證號碼:360104198704061514

新時期，社會在發(fā)展，時代在進步，工程建設工作也應當與時俱進，積極學習新的理念，引進新的技術，在施工工藝以及施工內(nèi)容上作出創(chuàng)新和優(yōu)化，適應社會的發(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，即超高層住宅的結構設計。2號樓從設計外觀上來看，是一種雙塔連體結構，地上建設38層，地下建設兩層，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構體系與結構布置

2.1 塔樓結構體系

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

2.2 連接體部分結構體系

為滿足建筑結構穩(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構的建設。從設計圖上來看，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架體系，能夠有效承擔連接體的重量。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層為設備轉(zhuǎn)換層，3m層高。該層采用吊柱+鋼梁的結構形式，以便減少豎向突變和連接體桁架對結構豎向剛性突變的影響[1]。34層梁下應設置吊柱。由上述可知，吊柱+鋼梁是33層的基本結構，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準的矩形。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所對應的分別是標準層框架梁、外圍框架梁以及次梁框的截面。

2.4 豎向構件

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、基礎頂至4層與連接體相連框架柱可作型鋼混凝土柱的設計[2]。其中支撐連接體結構的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合的基礎上，需加強以下部分樓板。

地上結構嵌固部位，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)應力分析結果進行復核配筋[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，剩余樓板厚度應取100mm。

3 結構超限情況及抗震性能目標

根據(jù)我國《超限高層建筑工程設防專項審查技術要點》及相關規(guī)定，該工程設計的結構體系完全符合現(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，明顯高于核心筒結構框架A級高度限值130m。

特殊類型高度建筑:32層標高為112.765m，且以上的連接體結構跨度超出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構，所以應在嚴格遵循我國《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》的基礎上，選擇C級性能目標以及與之相匹配的抗震性能水準。各構件的抗震性能目標如下。

1）關鍵構件。底部加強區(qū)框架柱、剪力墻。多遇地震:彈性。設防烈度地震: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。設防烈度地震:彈性。罕遇地震:不屈服。

2）普通豎向構件。其他部位框架柱。多遇地震:彈性。設防烈度地震: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）耗能構件。連梁、框架梁。多遇地震:彈性。設防烈度地震: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

應加強連接體樓板部分的設計構造，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，并在準確獲取樓板應力結果的情況下，配置相應的鋼筋，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。為保證結構的穩(wěn)定性，應在洞口處設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，應嚴格遵循大震不屈服、中震彈性的原則予以相應設計。

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

型鋼混凝土柱應在加強支承連接體結構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，在滿足相關規(guī)范要求的基礎上，將抗震等級提高至特一級。根據(jù)中震及大震構件性能對全樓構件的配筋計算進行包絡設計。

5 結語

在高位大跨連體超限高層建筑的結構設計中，由于其建筑結構相比于常規(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。這就需要相關設計人員，加強抗震性能方面的設計，并在設計過程中針對結構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構設計的合理性，從而在提高抗震性能的同時，提升整體工程質(zhì)量。