超限高层结构设计实例

发布于：2020-10-23 16:00:23 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

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工程概况

项目位于枣庄市新城区城市中轴线东侧，光明大道北侧，井冈山路以西，南侧为城市景观绿轴，距市政府直线距离仅900m，区位重要。项目为集5A级办公、金融服务、希尔顿酒店于一体的商务金融综合体，是枣庄市新城区新地标。

本工程由一栋超高层塔楼和一栋多层裙房组成，超高层塔楼地上33层，地下2层，多层裙房地上4层，地下2层，多层裙房与超高层塔楼设防震缝分开。超高层塔楼结构高度为150.35m，塔楼造型顶层之上设有钢结构塔冠，钢结构塔冠全高15.95m。多层裙房结构高度为21.25m。

建筑特点

主楼通过竖向肌理及顶部多层次的收分体现金融建筑的竖向挺拔及标志性。塔楼造型的收分点位置，及塔尖造型的收分点位置均满足黄金分割比例。

建筑裙房基座部分横向展开，呼应光明大道快速路的城市尺度，同时进行分段处理，主楼底部基座延续建筑主楼中轴对称的秩序，层数控制到三层，让出更多的塔身展示面，增加主楼的挺拔感。

开窗方式采用石材幕墙隐藏式开启，使立面干净、整洁。

结构设计特点

◆ 主塔楼为B级高度超高层建筑：

主塔楼结构高度为150.35m，属于B级高度超高层建筑。

◆ 主塔楼规则性超限：

主塔楼存在三项不规则超限情况。

◆ 主楼范围一二层通高较高：

由于建筑专业要求在入口大堂处取消地上1层顶楼板和梁，形成面积较大的11.4m高的共享入口大厅，因此造成该部位竖向构件跨越2个层高，竖向构件的刚度和稳定性受到削弱。

◆ 22~29层为斜柱：

外框柱22~29层为斜柱，倾斜角度为85.35度，其27~29层角柱（共8棵）为双向倾斜（另一方向倾斜角度76.67度）。

◆ 核心筒收进：

核心筒在14层由北向南收进2.9m。

◆ 屋面设置有钢结构塔冠：

钢结构塔冠全高15.95m。

超限判定及性能目标

关键构件：主楼底部加强部位的剪力墙、框架柱，斜柱及相连

拉梁，转换柱及转换梁

普通构件：主楼非底部加强部位的剪力墙、框架柱

耗能构件：框架梁、剪力墙连梁

主楼计算分析

◆选取两种不同力学模型的结构软件进行对比分析

◆多遇地震作用下的时程分析

分别采用振型分解反应谱法和弹性时程法两种方式对结构在多遇地震荷载作用下进行了全面的分析。计算结果表明，结构的的抗侧刚度、抗扭刚度和楼层承载力等各项指标均满足相关规范要求，结构在多遇地震作用下具有良好的抗震性能。

◆设防烈度地震反应分析

按照抗震性能化设计的内容，补充设防烈度地震反应分析结果，以验证在设防烈度地震作用下结构的反应是否满足相应的性能要求。

中震弹性分析时，结构构件承载力采用不计入风荷载效应的基本组合，材料强度按设计值选取，结构阻尼比取0.05。中震不屈服分析时，采用不计入风荷载效应的地震作用标准组合，材料强度按标准值选取，结构阻尼比取0.05。

一层框架柱中震弹性承载力验算

八层框架柱中震不屈服承载力验算

◆大震弹塑性时程分析

在某天然波的激励下，结构在25秒以后逐渐进入塑性发展状态，相对于弹性计算工况，结构变形周期变长。在45秒以后结构变形逐渐减小，变形在平衡位置来回往复摆动，周期趋近与弹性变形。表明在该地震波激励下，结构未出现较大的破坏，满足结构大震不倒的设计要求。

剪力墙及连梁整体损伤情况

分析结果表明：在两条天然波及一条人工波的作用下，塔楼具有较好的抗震性能，三条波作用下结构的层间弹塑性位移角均小于规范限值1/100的要求，满足“大震不倒”的设防水准要求。本工程在给定地震波的罕遇地震作用下整体受力性能良好，能够满足罕遇地震下的抗震性能目标。

结构专项计算分析

◆ 一、二层通高加强措施

由于建筑专业要求在入口大堂处取消地上1层顶楼板和梁，形成局部11.4m高的共享入口大厅，因此造成该部位竖向构件跨越2个层高，竖向构件的刚度和稳定性受到削弱，采取以下加强措施：按照一、二层通高为一层建立模型，加大一、二层竖向构件截面尺寸，加大二层顶框架梁截面，满足层刚度及受剪承载力限值要求，防止薄弱层的出现；同时按照两层模型建模进行包络设计。主楼外框柱设置为型钢柱，2层顶主塔楼范围内主框架梁设置为型钢梁，保证框架与核心筒墙体的有效拉结，加强构造措施。同时对穿层柱进行屈曲分析。

◆ 斜柱

外框柱22~29层为斜柱，倾斜角度为 8 5.35度，其中27~29层角柱（共8棵）为双向倾斜（另一方向倾斜角度为76.67度）

斜柱周围的水平构件有水平内力产生，受斜柱的影响楼面梁常承受较大水平力，考虑钢筋混凝土楼板开裂后承载能力降低，按“零刚度”楼板假定并按“中震”设计。性能化设计时，将斜柱及相连拉梁定义为关键构件，当梁承受的拉力较大时，可考虑采用型钢混凝土梁或钢梁。计算时按照零楼板计算框架梁拉应力，根据梁内拉应力水平，确定设置型钢梁及型钢柱的范围，同时定义楼板为弹性膜，进行楼板的拉应力验算。

具体加强措施为：2 2 、2 3 层与斜柱相连框架梁设置为型钢梁，21~22层框架柱均设置为型钢柱（含钢率按照2%控制），增强构件抵抗水平力能力，加强此两层的梁柱拉结；24~28层框架梁配置受拉钢筋并加强钢筋配置，23层~29层斜柱均设置芯柱；加强斜柱范围楼板的厚度及配筋。同时补充手算复核。

◆ 核心筒收进

核心筒在14层由北向南收进2.9m，采用有限元软件对对核心筒收进处的墙肢及连梁进行内力分析（进行中震下的墙肢应力分析），根据分析结果采取加强措施。

墙肢及连梁应力图

具体结构加强措施为：加强核心筒收进处上下两层墙体的钢筋配置（墙体配筋率按照不小于0.35%控制）；加高墙肢连梁高度及钢筋配置；核心筒南侧外筒墙体收进标高以下两层设置连梁。

◆ 整层托转

由于外框造型逐步收进，在第32层进行整体托柱转换，部分受力较大部位，采用型钢梁。

◆ 塔冠设计

塔楼造型顶层上设有钢结构塔冠，钢结构塔冠全高15.95m，应进行非结构构件的地震作用计算，考虑到本钢结构塔冠体量稍大，鞭梢效应对主体结构影响较大，计算时按照以下情况分别计算，并进行包络设计： 1、将钢结构塔冠建入整体模型中，参与整体受力计算； 2、对钢结构塔冠用 3D3S 进行单独计算分析； 3、计算出钢结构塔冠的地震作用，反作用与主体结构顶部，复核主体结构受力。