谈高风载地区超高层结构选型

任　军

(宋腾添玛沙帝建筑工程设计咨询(上海)有限公司，上海　200001)



谈高风载地区超高层结构选型

任军

(宋腾添玛沙帝建筑工程设计咨询(上海)有限公司，上海200001)

结合珠海某超高层建筑的结构设计参数，建立了四种结构体系，对不同的结构选型进行了分析比较，得到了不同结构形式的优缺点，为高风载地区超高层结构方案设计提供了参考依据。

高风载区，超高层结构，结构体系

1　工程概况

本工程位于珠海，由1栋塔楼及4层地下室和裙房组成，塔楼总高207 m。主要功能为办公、商业及停车。总建筑面积约98 000 m2，其中计容建筑面积约74 000 m2。塔楼的外形为长方形，核心筒偏置一侧。

2　一次选型

2.1设计参数

根据相关资料，结构计算参数如表1所示。

表1　结构计算参数表

根据相关资料，结构计算荷载取值如表2所示。

表2　结构计算荷载取值　kN/m2

2.2结构模型

为了评估结构体系的有效性、经济性和安全性，对塔楼概念设计阶段的建筑方案建立了多种结构体系下的塔楼形式研究。按照一般经验，在超高层结构中，钢筋混凝土框架—核心筒体系很难提供高效率的结构抗侧刚度，故在结构选型中首先排除了钢筋混凝土框架—核心筒体系，而是采用更为高效的抗侧体系。第一种为钢筋(型钢)混凝土框架—核心筒—加强层结构体系，第二种为钢筋(型钢)混凝土框架—核心筒—钢支撑结构体系，第三种为钢框架—混凝土核心筒—加强层结构体系，第四种为钢框架—混凝土核心筒—钢支撑结构体系。每个结构体系中包括若干种不同情况。

该分析的目的如下：

1)比较不同结构体系的结构特性，刚度分配和结构表现行为。

2)比较各种结构体系在满足中国规范的情况下所需要的结构构件尺寸，确认是否满足建筑功能需求。

3)比较各种结构形式在满足中国规范的情况下的经济性。

2.3分析结果

各个塔楼计算模型采用相应的结构体系及相同的核心筒布置，针对外框架柱采用不同的形式进行分析比较，其分析结果汇总如表3所示。

2.4结论

根据初步的整体结构分析比较，以及综合考虑其施工性、经济性、建筑功能性，得到结论总结如下：

1)从上述分析可知，设置伸臂桁架及环带桁架可以大幅增加结构刚度。

2)钢筋(型钢)混凝土框架—核心筒—钢支撑体系是一种可行的方案，不过对建筑功能布置和外立面有一定的影响。

3)钢框架—混凝土核心筒—加强层(钢支撑)体系自重最小，但本项目是风荷载控制而非地震荷载控制，自重减小引起的地震力减小不能起到控制作用，其效率不高但其造价相对最高。

表3　不同形式外框架柱比较表

4)根据上述分析比较可见，结合结构性能，对建筑功能影响及造价等各种因素综合考虑，钢筋(型钢)混凝土框架—核心筒—加强层体系相对更合理有效。

3　二次选型

3.1结构模型对比

根据上述分析结果及当前超高层项目实际情况，确定了“钢筋(型钢)混凝土框架—核心筒—加强层”体系作为可行性方案。针对这一体系，采用不同的加强层、框架柱及楼面梁布置，表4为各种布置方案的比较结果。

3.2结论

根据初步的整体结构分析比较，以及综合考虑其施工性、经济性、建筑功能性，得到结论总结如下：

1)通过调整加强层各桁架的布置方式及截面尺寸，加强层仅设置环带桁架即可使结构刚度基本满足要求。

2)若加强层省去伸臂桁架，仅设置环带桁架，施工复杂程度及难度大幅降低。

3)楼面重力系统使用钢结构楼面梁(铰接)可减少一定的结构自重，对减小底层柱截面有一定的贡献，但造价相对较高。

4)低区框架柱使用劲性柱形式，可明显减小框架柱尺寸，还可以通过调整框架柱含钢率对柱截面进行微调，更容易满足建筑功能需要。

表4　不同结构布置方案比较表

4　结语

通过对不同结构体系的分析，高风载地区超高层结构方案设计中，采用“型钢混凝土框架—核心筒—加强层”体系可以较好的满足建筑功能需求，并结合设备层(避难层)设置加强桁架，在结构自身刚度有较好的保证的同时还可以通过调整框架柱含钢率对柱截面进行微调以满足建筑功能需要，是较为合理的结构体系。

[1]GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2]JGJ 3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[3]DBJ 15—92—2013，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4]徐培福，傅学怡，王翠坤，等.复杂高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

Discussion on super-tall structures type selection in high wind load area

Ren Jun

(ThorntonTomasettiConstructionEngineeringDesignConsulting(Shanghai)LimitedCompany,Shanghai200001,China)

Combining with the structure design parameters of a super-tall building in Zhuhai established four kinds of structure system, compared and analyzed different structure type selection, gained the advantages and disadvantages of different structure forms, provided reference basis for super-tall structures scheme design in high wind load areas.

high wind load area, super-tall structure, structure system

1009-6825(2016)08-0053-02

2016-01-08

任军(1978- )，男，工程师

TU973

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