苏宁睿城商业及办公楼超限结构设计关键技术分析

黄聪

摘要：苏宁睿城商业及办公楼由8层商业裙房及39层办公塔楼组成，商业裙房高度为44.6m，办公塔楼高度为176.25m，三层整体地下室，地上部分通过结构缝分为两部分，A区塔楼带北侧商业裙房，B区为南侧商业裙房。A区、B区均为存在多项不规则项的超限高层建筑。本文以该项目为例，展示项目建筑效果及结构布置，阐述项目设计的重点及难点，并分析该超限建筑在结构设计过程中的关键技术。在符合结构合理性、安全性的前提下，最大程度上满足建筑功能需求及建筑设计效果，并为后续施工工作的落实提供保障。

关键词：商业及办公楼;超限;结构设计;关键技术

1、工程概况分析

苏宁睿城项目位于南京市鼓楼区，项目总用地面积约4.14万m2，总建筑面积约28.05万m2，其中地上约17.4万m2。本项目由8层商业裙房及39层办公塔楼组成，商业裙房高度为44.6m，办公塔楼高度为176.25m，三层整体地下室，项目效果如图1所示。商业裙房内部建筑平面功能要求较高，各层均设置多个中庭，形成多处结构大开洞、大跨及大悬挑。

地上部分通过结构缝分为两部分，如图2所示。A区塔楼带北侧商业裙房，底部8层为商业，设防类别为重点设防，9层～39层为办公，设防类别为标准设防，B区为南侧商业裙房，设防类别为重点设防。本工程抗震设防烈度为7度，结构安全等级为2级。

2、结构布置分析和结构设计的重点及难点

2.1结构布置分析

结合建筑功能和建筑高度的情况，A区结构采用钢筋混凝土框架—核心筒结构体系，其中核心筒、框架梁为钢筋混凝土，框架柱在20层以下设置型钢;底部8层裙房区域局部大跨度梁及大悬挑梁设置型钢，相应位置部分框架柱设置型钢，其它梁、板均为钢筋混凝土。由于建筑功能需求，塔楼核心筒X向外边墙于20F收为柱。B区结构采用钢筋混凝土框架结构体系，其中局部框架柱设置型钢，局部大跨度梁及大悬挑梁设置型钢，其它梁、板均为钢筋混凝土。A区、B区典型楼层结构布置图如图3～图6所示。

2.2结构设计的重点及难点

1、A区办公塔楼结构高度176.25m，属于超限高层建筑。房屋的高宽比4.98<7，核心筒的高宽比15.19>12，核心筒高宽比超过《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-2010》第9.2.1条规范的要求。

2、A区办公塔楼底部带8层商业裙房，底部8层结构高度44.6m，塔楼收进部位的高度与房屋高度之比为0.25，收进后水平尺寸为下部楼层水平尺寸的48%。办公塔楼平面位于裙房西侧偏心布置，底部8层各层偏心率较大，约为30～40%。该结构沿竖向尺寸突变，平面塔楼偏心布置。

3、A区北侧裙房长约107m，B区南侧商业裙房平面呈梯形，其长边边长约132m，均为超长混凝土结构;裙房各层中庭均有大开洞，形成结构连接的薄弱部位，该部位为大跨度梁，最大跨约27m;中庭开洞周边的走廊及建筑外轮廓造型存在大悬挑，最大悬挑跨度约7.5m;建筑布局中上下层影厅及商铺轮廓不同，结构局部设置斜柱。

根据《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》（建质[2015]67号）的规定，A区结构属于超钢筋混凝土框架-核心筒A级高度限值，有扭转不规则、偏心布置、尺寸突变、局部不規则、塔楼偏置等三项不规则项，B区结构属于A级高度，高度不超限，有扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、尺寸突变及局部不规则等四项不规则。

3、超限结构设计中的关键技术

3.1抗震等级

A区、B区结构单元均属竖向体型收进的复杂高层，收进部位相关楼层竖向构件抗震等级提高一级。A区塔楼范围内的框架1～10层抗震等级为特一级，11层～屋面抗震等级为一级，塔楼范围内的核心筒1～8层抗震等级为特一级，9层～屋面抗震等级为一级，塔楼范围外的框架1～6层抗震等级为一级，7、8层外周边框架抗震等级为特一级，7、8层内部框架抗震等级为特一级。

3.2抗震性能设计目标

结构抗震性能设计应分析结构方案的特殊性，选用适宜的结构抗震性能目标，并采取满足预期的抗震性能目标的措施。根据本工程的超限类型和结构特点，针对不同结构部位的重要程度，设计时采用了不同的抗震性能目标。

A区、B区整体结构抗震性能为多遇地震下完好，设防地震下可修复，罕遇地震下不倒塌。

多遇地震下，各结构构件均需满足弹性设计要求。设防地震下，A区塔楼范围底部加强部位（1～4层）、墙收柱楼层处（20～22层），剪力墙及框架柱设计要求为抗剪弹性、正截面承载力不屈服，A区裙楼及B区特殊部位构件（中庭边柱、大跨柱、穿层柱、斜柱及相关水平构件）设计要求为抗剪弹性、正截面承载力不屈服，A区连梁设计要求为允许屈服但不发生剪切破坏，其余构件设计要求为允许屈服。罕遇地震下，A区塔楼范围底部加强部位（1～4层）、墙收柱楼层处（20～22层），剪力墙及框架柱设计要求为满足抗剪截面控制条件、部分构件允许进入塑性，A区裙楼及B区特殊部位构件（中庭边柱、大跨柱、穿层柱、斜柱及相关水平构件）设计要求为满足抗剪截面控制条件、部分构件允许进入塑性，A区连梁设计要求为允许出现塑性铰，其余构件设计要求为允许进入塑性，控制塑性变形。

3.3结构分析计算

A区、B区结构静力弹性分析采用YJK、PKPM-SATWE进行校核，分析表明各项指标均满足规范要求。小震弹性时程计算采用YJK进行分析，按分析结果对结构中上部按规范反应谱得出的地震力进行适当放大，B区结构CQC法计算得到的楼层剪力和倾覆弯矩均大于弹性时程分析得出的平均值，后续设计中，每层地震力按规范反应谱进行设计。

A区、B区结构采用YJK进行构件抗震性能验算，分析结果表明关键构件截面及配筋比较合理，满足设定的抗震性能设计目标要求。

A区结构采用SAUSAGE软件进行弹塑性动力时程分析，在本工程的非线性地震反应分析模型中， 所有对结构刚度有贡献的结构构件均按实际情况模拟。在三组地震波罕遇地震作用下，结构仍然保持竖立并满足大震不倒的设防目标。核心筒剪力墙收截面楼层处与连梁相连的局部墙肢出现了应力集中式的受压损伤，在此处补充墙加腋并考虑对截面配筋进行一定加强后结果显示墙肢受压损伤有较为明显的改善。

B区结构采用YJK进行静力弹塑性分析。结构第一批损伤出现在框架梁端部，后续框架梁上损伤进一步增多，同时顶部和底部少量柱子出现轻微损伤，各类构件屈服顺序符合概念设计的要求，结构在大震下未显示明显薄弱层特征，能满足预期性能目标。

3.4结构专项分析

塔楼位于A区右下角，塔楼外带裙房面积较大，约占总面积的70%。为分析外带裙房对塔楼的影响，将原始模型1，A区塔楼与外带裙房模型拆分为两个模型：模型2纯塔楼模型和模型3纯裙房模型，同时为保证塔楼与裙房部分各自具备足够的安全储备，增设模型4，裙房1～8层的地震剪力充分考虑裙房因结构周期被减小的剪力增大影响，对各层地震剪力分别乘以增大系数，施工图设计时，A区裙房1～8层的竖向构件按模型1～4包络设计。

A区、B区商业裙房地上2～8层因建筑中庭要求存在局部开大洞，开洞周边形成多个结构有效宽度较小的连廊，两侧连接较弱。设计中拟通过加大连廊板厚、提高水平构件配筋率等方式加强两侧连接。此外，A区另增加两个模型，不考虑连廊连接，将A区主体分为左、右两个单元分别计算，竖向构件按此模型包络设计。B区另增加一个模型，不考虑连廊连接，竖向构件按有连廊模型与无连廊模型包络设计。

由于建筑平面的需要，A区、B区中庭开洞周边存在较多大跨、大悬挑梁。对跨度大于24m的楼盖结构、悬挑长度大于5m的悬挑结构需要考虑竖向地震作用。设计时按原始模型与考虑竖向地震作用后模型包络设计。

采用PMSAP软件对楼板进行中震下的应力分析。设计时对应力较大区域的楼板适当提高楼板配筋率，按中震主拉应力配筋。同时楼板考虑混凝土长期收缩的影响，设置伸缩后浇带、采用减小水化热的措施，加强混凝土浇筑后的养护工作。设计时通过设置水平向通长钢筋，适应提高楼板配筋率，局部应力集中处加大板厚等方式来解决温度应力问题。

A区塔楼屋面结构标高176.1m，为满足幕墙要求，屋顶构架顶标高192.8m，构架总高16.7m，按混凝土结构设计。设计时外框柱延伸至构架顶，分别在大屋面以上12.5m、构架顶处，沿外框柱一圈设两道环梁，外框柱在大屋面以上12.5m标高处，通过斜梁与出屋面的核心筒拉结，构架层两侧均按悬臂构件风荷载体型系数1.3考虑。

结束语：

综上所述，在商业及办公楼超限结构设计工作中，需要根据超限类型和结构特点，合理确定抗震性能设计目标。合理选用分析软件与方法，判断结构薄弱部位并采取适当的加强措施，减少结构超限和不规则性所带来的抗震不利影响，以达到预定的性能目标。

参考文献：

[1]温州万科时代中心超限高层结构设计[J]. 李京明.  建筑结构. 2020（S1）

[2]天津琨泰中心办公楼超限高層结构设计[J]. 刘涛，黄信，黄兆纬，武法聘，胡雪瀛，朱旭东.  建筑结构. 2016（S2）

[3]超限高层建筑结构抗震设计与分析[J]. 熊丽.  建材与装饰. 2016（45）

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