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【结构案例】西北第一高楼：高270m西安绿地中心双子塔楼(转)

发布于：2015-01-21 09:55:21 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

西北第一高楼——西安绿地中心位于西安市高新技术产业开发区西区，建成后将成为西北第一高楼和西安高新区标志性建筑。该项目由两幢对称的超高层双子塔楼、4层裙房及3层地下车库组成。

其中超高层塔楼高270m，采用钢管混凝土框架+伸臂桁架+型钢混凝土核心筒混合结构形式。2014年12月19日，西安绿地中心A座塔楼顺利完成结构封顶，下面具体介绍其结构设计情况。

1 工程概况

西安绿地中心A座超高层建筑用途为办公与商业，塔楼及其附属建筑建筑面积约为17万m2，地上共57层，建筑总高度为270m，1～4层为商业，层高5.1m；5～57为办公，层高4.2m。其中塔楼平面西南角从16层至幕墙顶部建筑立面存在大切角，导致角柱无法竖向贯通。地下室共3层，为设备机房及车库。基础埋深为19m。

图1为工程建筑立面效果及剖面图，典型结构平面见图2。

图1 建筑效果图及剖面图

图2 典型结构平面

2 结构体系

塔楼采用钢管混凝土框架+伸臂桁架+型钢混凝土筒体的混合结构体系。其中内筒采用型钢混凝土核心筒，作为塔楼主要抗侧力构件，核心筒周边墙体厚度随楼层高度增大不断向内收进，核心筒外墙厚度自下而上变化范围为1 250～600mm，内部墙体厚度自下而上变化范围为800～400mm。核心筒平面尺寸为21m×21m，其高宽比达12.5。

外围框架采用由钢管混凝土柱与H型钢梁组成的钢管混凝土框架，柱间距达10.5m，形成了典型的稀柱框架。外框架圆钢管混凝土柱截面尺寸自下而上变化范围为1700～1 300mm。

结合塔楼建筑避难层的设置，在结构第29，44层X，Y向各设置两道水平伸臂桁架来增加结构的侧向刚度（图3）。伸臂桁架采用钢桁架，贯通核心筒与外框柱直接连接，其连接形式采用铰接。同时，为使各外框柱受力均匀，并减小加强层上下楼板翘曲及降低楼板平面内应力，在设置伸臂桁架的同时，在第15，29，44层避难层外围设置腰桁架（图4）。

图3核心筒及伸臂桁架 ——图4外框体系

核心筒与外框柱之间的楼面结构采用钢筋桁架楼承板，楼面梁采用钢梁，通过抗剪栓钉与楼板相连，使楼面形成组合楼盖系统。

3 设计中存在的问题

本工程处于高烈度不利场地，而且塔楼高度超限较多、外框架的柱距较大、竖向抗剪承载力突变、核心筒高宽比较大，属于复杂超限结构。设计中存在以下问题：

（1）由于塔楼建筑立面造型存在大切角，使得结构外框角柱在竖向不能贯通，需采取措施，既能保证结构竖向传力的连贯性，又不至于使结构出现刚度突变。

（2）结构外框架属于典型的稀柱框架，且底部几层层高较大，外框架二道防线作用较弱，需采取加强措施增强外框架抗震能力，确保结构整体安全。。

4 针对超限情况采取的技术措施

4.1 塔楼结构采用带加强层的混合结构

钢和混凝土混合结构有较好的抗震性能和延性。混合结构构件也有很高的强度，可使构件的自重较轻，截面尺寸也较小，且混合结构的刚度较大，对于控制结构的位移和舒适度均较为有利。

在第29，44层设置的伸臂桁架（图5）可以提高水平荷载作用下的外框架柱的轴力，从而增加外框架承担的倾覆力矩，同时减小内核心筒承担的倾覆力矩，它对结构形成的反弯作用可以有效地增大结构的抗侧刚度。

图5 第29，44层伸臂桁架

4.2 增强核心筒墙体的延性

针对核心筒墙体的延性要求，采取了如下技术措施：
1）严格控制核心筒墙体轴压比，并在核心筒墙体四角及洞口边墙体暗柱内设置型钢柱，在底部加强区楼层处设置型钢暗梁，提高墙体的延性，并控制在中震时核心筒墙体混凝土在偏拉作用下的拉应力，避免墙体混凝土过早发生开裂破坏；

2）提高墙体约束边缘构件设置范围，约束边缘构件延伸至轴压比≤0.25的高度，并根据专家审查意见，在核心筒四角全高设置约束边缘构件；

3）按照大震不屈服控制剪力墙的受剪截面，避免核心筒墙体在大震下发生剪切脆性破坏；

4）核心筒周边洞口连梁采用双连梁，提高连梁抗震承载能力，避免出现小跨高比的连梁易发生的剪切破坏。

4.3 增强外框架二道防线的抗震能力

在不影响建筑立面效果及使用功能的前提下，在塔楼底部四层及地下1层外框架四角设置BRB支撑(图6)。外框架BRB支撑的设置使得外框架作为二道防线的抗震能力大大提高，底部4层外框架所分担的地震剪力的比值提高到20%以上，满足高规的要求。

图6 外框架四角布置BRB支撑

同时，上部结构楼层外框架采用钢梁与外框架柱刚接，外框架所分担的地震剪力占底部总剪力的8%～14%，为保证二道防线具有一定的抗震能力，取外框架所分担的地震剪力不小于结构底部总地震剪力的20%及框架部分楼层地震剪力最大值（Vmax）1.5倍中的较大值进行调整。在1.5 Vmax的选择中忽略加强层及上下楼层剪力突变的影响，只选择普通楼层进行比较调整。

4.4 在建筑立面大切角处采用分叉柱

塔楼在16层以上建筑立面造型上有大切角，使得结构外框架角柱在竖向不能贯通。结构在大切角位置处采用分叉柱（图7），既满足建筑立面造型要求，同时又保障结构竖向构件传力的连续性。分叉柱处仍采用钢管混凝土柱。

图7 外框柱立面分叉

对分叉柱节点用ABAQUS软件进行建模分析，应力分析结果如图8所示。从图中结果可知，当节点达到极限状态发生屈服时，屈服点出现在杆件根部，分叉节点处并未屈服，可知该节点构造能够满足强节点的要求。

图8分叉柱节点屈服时的应力/Pa

针对超限情况除了采取以上几点技术措施，还对风荷载及地震作用取值进行计算分析、对结构关键构件采用性能化设计、采用两种软件进行结构整体弹性分析、采用弹性时程分析方法进行多遇地震下结构补充计算等。并通过不同设防烈度地震作用下的计算分析可知，结构的各项指标均比较理想，关键构件能够达到预期的抗震要求，整体设计满足设定的性能目标。

结构塔楼