核心筒严重偏置结构——百度东塔

来源：CCDI高成结构（id：CCDI_GCJG）

百度国际大厦东塔楼项目位于深圳市南山高新区填海六区02-15地块。北距学府路约150m，南距滨海大道约350m，东距科苑南路约200m。项目占地面积约5995.14m2，总建筑面积约91910m2，其中地上计容建筑面积76610 m2，地下室建筑面积为15300 m2。结构由高成结构团队设计。建筑形态为单塔楼超高层办公楼，及附属楼商业四层，设三层地下室。

工程概况

建筑整体形态见图1，建筑平面图见图2。

本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。地震反应谱特征周期0.45s，设计地震分组第一组，场地类别Ⅲ。根据比较安评谱和规范谱，本工程小震、中震、大震均采用规范普就行计算。

图1 建筑效果图

               

图2 建筑平面图

                     

结构体系和超限概况

塔楼结构布置

塔楼主体高181.05米，共40层（见图3），主要为商业办公楼，采用带斜撑框架-核心筒抗侧力结构体系，塔楼每隔四层，有一个跨层平台（见图4），结构通过跨层斜撑连接满足建筑要求。标准层平面为不规则四边形，核心筒偏置严重（见图5）。裙房总高21.5米，共4层，商业及配套用途，采用带斜撑框架-核心筒抗侧力结构体系。

由于塔楼核心筒偏置较严重（见图5），核心筒基本在结构的右侧位置，给结构计算带来较大的困难。结构通过以下技术措施减少偏筒的不利影响：

(1)在结构的X、Y向加了连续斜撑，见图5。

(2)图中A、B、C所示的加斜撑的位置从地下室基础顶面开始（见图6）。

(3)加斜撑的原因：本项目建筑西侧每4层有一个跨层平台（见图4）。

为了利用跨层平台提供的侧向刚度，在建筑允许的情况下，在B剖面所示的跨层平台之间的楼层间加斜撑，并在A、C所示的剖面也加斜撑，使斜撑和跨层平台形成一个筒体，以减小结构核心筒偏置带来的不利影响。

工程小震、中震、大震均采用规范普就行计算。

图6 塔楼斜撑剖面示意图

结构不规则项

1）结构地上总高度181.05m，属超B级高度的高层建筑；2）考虑偶然偏心的最大扭转位移比在规定水平力作用下为1.28，大于规范限值1.2，属扭转不规则；3）楼板连续。

抗震性能目标

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）（简称高规），塔楼结构抗震性能目标拟达C级[2]，小震、中震、大震相应的性能水准分别为1，3，4。由于斜撑是提高结构的抗扭刚度及抗侧刚度重要构件，因此定义为关键构件。结构构件类型分类情况见表1。

表1结构构件类型分类

结构设计要点

多遇地震弹性分析

由于该项目属于超限高层结构，弹性分析采用SATWE对塔楼建立模型进行分析计算，并采用ETABS进行校核，计算时分别考虑风荷载作用和多遇地震作用。计算地震作用时，对规范谱和场地安评谱进行了比较，取地震作用较大的进行设计。表2给出了本工程的主要计算结果。

表2 主要计算结果

由表2可知：SATWE和ETABS的计算结果基本一致，层间位移角以及位移比等指标均满足规范要求，剪重比小于规范限值但按规范要求对整楼地震剪力进行相应调整。

根据广东省建科风洞提供的实验结果，该结构在10年一遇风荷载作用下结构顶点的最大加速度为0.16m/s2，满足规范舒适度不大于0.25 m/s2的要求。

斜撑对比研究

本塔楼由于是偏筒结构，因此在小震分析的时候，比较了去掉斜撑和加斜撑对结构的指标影响。

X方向扭转位移比的对比见图7，结果表明无斜撑情况下，最大扭转位移比达到1.35左右，而加斜撑情况下，最大扭转位移比控制在了1.28左右。由图7可知，在X方向加斜撑会使结构扭转位移比减小一些，但是幅度不是很明显，原因是结构的核心筒偏置对X方向影响较小，对Y方向影响很大。Y方向扭转位移比的对比见图8，结果表明无斜撑情况下，最大扭转位移比达到1.34左右，而加斜撑情况下，最大扭转位移比控制在了1.27左右。

由图8可知，在Y方向加斜撑，很明显的降低了结构扭转位移比，原因是在Y向左侧加了斜撑，提高了左侧的刚度，降低了核心筒往右偏置带来的不利影响。加斜撑后对于结构的抗震性能提高很多，是有利的。因此，加斜撑后明显的降低了结构的扭转位移比，显著提高了结构抗震性能。

图7 X方向扭转位移比

图8 Y方向扭转位移比

X方向框架承担剪力的对比见图9，Y方向框架承担剪力的对比见图10。由图9可知，两个方案在X方向大部分楼层都能够满足不小于底部总剪力的10%的要求。带斜撑方案相对不带斜撑方案在X方向分担的剪力更大。从图10可知，各层框架地震剪力的最大值，带斜撑方案在Y向大部分楼层都能够满足不小于底部总剪力的10%的要求，而不带斜撑方案则有相当多的楼层不满足。因此，Y方向的斜撑框架起到了很好的抗震二道防线的作用。

图9 X方向框架与基底剪力百分比

图10 Y方向框架与基底剪力百分比

凹角处楼板应力分析

本项目主要针对凹口位置和斜撑处的楼板在中震作用和风荷载作用下进行应力分析，图11给出16层楼板在风作用下应力云图，图12给出16层楼板在地震作用下应力云图。

图11 风荷载作用下楼板应力

图12 地震作用下楼板应力

跨层平台边梁分析

跨层平台边梁（图13(a)所示）采用蜂窝梁，其上采用压型钢板组合楼板，最大跨度达 26.1m。蜂窝梁的承载力和变形采用通用有限元软件ANSYS进行计算分析。

（A）跨层平台边梁

（B）组合梁模型图

（c）组合梁Von-mises应力云图

（d）组合梁挠度图

图13 跨层平台边梁示意图

由上面的分析结果可以看到，在基本组合荷载作用下，组合梁最大挠度为39.65mm，小于L/400=65.7mm，可知标准组合下挠度能满足规范要求。组合梁的应力最大点出现于的梁端支承处为263.64MPa小于Q345钢材屈服强度，低端平台处六边形孔的角部应力较大，是在剪力作用下梁的剪切变形引起的，但是应力均不超过Q345钢材屈服强度，可以保证结构安全。

罕遇地震作用下动力弹塑性分析

本研究采用perform-3D软件对塔楼在罕遇地震作用下的动力弹塑性响应进行了研究。表3、表4分别反映了最大水平相对位移值和最大基底剪力值。

根据表3、表4可知：X方向的最大层间位移角为1/233，Y方向的最大层间位移角为1/286，两个方向均小于规范限值的要求，满足规范“大震不倒”的抗震设防性能目标。

表3 最大水平相对位移值

表4 最大基底剪力值

分析结果表明：中上部连梁抗弯屈服，中间楼层的部分框架梁和楼面梁出现塑性铰，耗能构件在大震作用下能够起到耗能的作用；核心筒顶部分部墙体出现了受拉损伤，整楼墙体混凝土均没发生受压损伤和剪切破坏；塔楼顶部部分框架柱抗弯进入屈服阶段，其余框架柱都处于弹性阶段；支撑均未出现屈服。因此，在罕遇地震作用下结构的整体非线性开展符合预期的抗震性能目标。

结论

本文对跨层平台分析、立面斜撑的设置等进行了仔细研究，进行整体的抗震性能化设计，满足整体抗震性能目标，并于2012年3月通过了广东省抗震设防专项审查。通过抗震性能化设计，针对结构超限情况，按构件的重要性，采取了如下抗震加强措施：

（1）剪跨比小于1.5的极短柱抗震等级提高到特一级；剪跨比在1.5~2之间的短柱箍筋体积配箍率提高到1.5%。

（2）斜撑框架的框架梁在轴拉力较大的楼层（主要位于斜撑端点所在楼层）设置梁内型钢抵抗轴向拉力，梁内型钢与两端型钢混凝土柱内的型钢刚接连接。

（3）带斜撑框架的框架梁边的楼板在轴拉力较大的楼层（主要位于斜撑端点所在楼层）板厚加厚到200mm，配筋采用双层双向并根据楼板所受到的轴向拉应力加强。

（4）连接短柱与核心筒角部的梁内附型钢，核心筒角部也放置型钢。

（5）中震弹性计算显示剪力墙的暗柱配筋和水平分布筋在底部加强区有一定增加，需按中震弹性结果调整配筋。

（6）根据大震分析结果，适当提高中上部的连梁配筋；适当提高塔楼底部墙体边缘构件的配筋率和竖向分布筋配筋率，减小底部墙体开裂；塔楼顶部部分柱发生屈服，适当加强顶部柱构件配筋。

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