某超高層結構體系的合理選擇

王國強

(山西省建筑設計研究院，山西太原 030013)

1 工程概況

本項目位于山西省太原市，主要功能為5A級寫字樓，地上部分建筑面積約為9.5萬m2，單層建筑面積約為2 000 m2。

項目地上43層，結構高度181.1 m(室外地坪至主樓主要屋面板頂)，標準層層高4.1 m，設備層層高5.0 m，主要功能為辦公;地下3層，地下2層、3層層高3.9 m，地下1層主樓部分層高為7.5 m，車庫部分層高為4.9 m，主要功能為停車場。

本工程標準層結構平面尺寸為43.2 m×43.2 m。標準層平面結構布置如圖1所示。本工程設計使用年限為50年;建筑抗震設防烈度為8度，設計基本地震加速度為0.20g，設計地震分組為第一組;建筑場地類別為Ⅲ類，場地土特征周期為0.45 s;基本風壓為0.40 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

2 結構安全等級、抗震設防分類

根據工程概況本工程為辦公樓，屬于《建筑結構可靠度設計統一標準》中規定的設計使用年限為50年的一般房屋，確定本工程建筑結構安全等級為二級。由于本工程地上部分建筑面積約為9.5萬m2，單層建筑面積約為2 000 m2，結構單元內經常使用人數不超過8 000人，依據《建筑工程抗震設防分類標準》本工程抗震設防類別為標準設防類，簡稱丙類。

3 結構選型

3.1 結構高度

根據建筑功能及平面布置，本工程結構體系可采用混凝土框架—核心筒結構、型鋼(鋼管)混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構。各結構體系的適用最大高度見表1。

表1 各結構體系最大高度表

根據表1“型鋼(鋼管)混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構”結構高度超出比例為20.7%，結構體系采用型鋼(鋼管)混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構較為適合。

3.2 計算結果對比

本工程以上幾種結構體系的計算結果如表2，表3所示。1)計算對比所采用的計算程序均相同。2)由于結構體系均為框架—核心筒，并且在各結構體系中鋼筋混凝土核心筒內的剪力墻布置及墻厚均相同，故僅對框架進行對比。3)材料及結構布置:底層混凝土強度等級均為C60，以上各層段混凝土標號均相同;混凝土框架—核心筒結構墻、柱、梁、樓板均采用混凝土結構;型鋼混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構、矩形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構、圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構除柱外，墻采用混凝土結構，梁采用鋼梁，樓板采用組合樓板，板厚換算厚度與混凝土框架—核心筒結構中采用的樓板厚度相同。4)主要計算參數:混凝土容重:25.00 kN/m3;鋼材容重:78.00 kN/m3;計算振型數:30;場地類別:Ⅲ;設計地震分組:一組;特征周期TG=0.45;周期折減系數:0.90;結構的阻尼比(%):4.00(混凝土框架—核心筒結構采用5.00)。

表2 各結構體系計算結果表

通過以上計算結果對比可知，鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構中的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構具有底層柱截面小、結構總質量小、最大層間位移角小、結構安全儲備高以及節點連接相對簡單的優勢。

綜合結構適用高度及計算結果的判斷，本工程結構體系采用圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構體系較為適合。

4 加強層的設置

由于結構的側向剛度不能滿足要求，根據建筑豎向功能布置，15層，30層為建筑避難層同時為設備層，43層為頂部觀光層。本工程可在15層、30層及43層設置加強層。各加強層設置結果如表3所示。

表3 各加強層設置結果表

通過表3可知，加強層設置在15，30，43層時最大層間位移角最小，但設置在43層時會影響屋頂觀光層的使用，故結合建筑避難層及設備層在15，30層設置加強層較為合適，既可以滿足結構最大層間位移角的要求，也可以減少對建筑功能的影響。

5 結語

通過對比可知，圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構具有以下幾個方面的優點:1)結構高度超過規范規定的高度限值最少為20.7%。2)底層柱截面最小占用建筑面積最少，結構柱所占面積約為2×16=32 m2。3)結構總質量輕，對地基基礎的負擔相應較小，方便地基基礎的設計。4)主要結構構件均可在工廠加工制作，施工現場僅進行安裝調整，可以大大的加快施工進度，縮短施工周期，節省投資。

當結構的側向剛度不能滿足要求時，可利用建筑避難層、設備層的空間設置加強層。這是提高結構側向剛度，減小結構最大層間位移角的一個有效措施。因此，本工程結構體系采用帶有加強層的圓形鋼管混凝土框架—鋼筋混凝土核心筒結構。

［1］JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［3］張文蘭.談鋼筋混凝土框架結構設計［J］.山西建筑，2013，39(7)：42-43.