談高風(fēng)載地區(qū)超高層結(jié)構(gòu)選型

任　軍

(宋騰添瑪沙帝建筑工程設(shè)計咨詢(上海)有限公司，上?！?00001)

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談高風(fēng)載地區(qū)超高層結(jié)構(gòu)選型

任軍

(宋騰添瑪沙帝建筑工程設(shè)計咨詢(上海)有限公司，上海200001)

結(jié)合珠海某超高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，建立了四種結(jié)構(gòu)體系，對不同的結(jié)構(gòu)選型進行了分析比較，得到了不同結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)缺點，為高風(fēng)載地區(qū)超高層結(jié)構(gòu)方案設(shè)計提供了參考依據(jù)。

高風(fēng)載區(qū)，超高層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體系

1　工程概況

本工程位于珠海，由1棟塔樓及4層地下室和裙房組成，塔樓總高207 m。主要功能為辦公、商業(yè)及停車。總建筑面積約98 000 m2，其中計容建筑面積約74 000 m2。塔樓的外形為長方形，核心筒偏置一側(cè)。

2　一次選型

2.1設(shè)計參數(shù)

根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)構(gòu)計算參數(shù)如表1所示。

表1　結(jié)構(gòu)計算參數(shù)表

根據(jù)相關(guān)資料，結(jié)構(gòu)計算荷載取值如表2所示。

表2　結(jié)構(gòu)計算荷載取值　kN/m2

2.2結(jié)構(gòu)模型

為了評估結(jié)構(gòu)體系的有效性、經(jīng)濟性和安全性，對塔樓概念設(shè)計階段的建筑方案建立了多種結(jié)構(gòu)體系下的塔樓形式研究。按照一般經(jīng)驗，在超高層結(jié)構(gòu)中，鋼筋混凝土框架—核心筒體系很難提供高效率的結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度，故在結(jié)構(gòu)選型中首先排除了鋼筋混凝土框架—核心筒體系，而是采用更為高效的抗側(cè)體系。第一種為鋼筋(型鋼)混凝土框架—核心筒—加強層結(jié)構(gòu)體系，第二種為鋼筋(型鋼)混凝土框架—核心筒—鋼支撐結(jié)構(gòu)體系，第三種為鋼框架—混凝土核心筒—加強層結(jié)構(gòu)體系，第四種為鋼框架—混凝土核心筒—鋼支撐結(jié)構(gòu)體系。每個結(jié)構(gòu)體系中包括若干種不同情況。

該分析的目的如下：

1)比較不同結(jié)構(gòu)體系的結(jié)構(gòu)特性，剛度分配和結(jié)構(gòu)表現(xiàn)行為。

2)比較各種結(jié)構(gòu)體系在滿足中國規(guī)范的情況下所需要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸，確認是否滿足建筑功能需求。

3)比較各種結(jié)構(gòu)形式在滿足中國規(guī)范的情況下的經(jīng)濟性。

2.3分析結(jié)果

各個塔樓計算模型采用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系及相同的核心筒布置，針對外框架柱采用不同的形式進行分析比較，其分析結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

2.4結(jié)論

根據(jù)初步的整體結(jié)構(gòu)分析比較，以及綜合考慮其施工性、經(jīng)濟性、建筑功能性，得到結(jié)論總結(jié)如下：

1)從上述分析可知，設(shè)置伸臂桁架及環(huán)帶桁架可以大幅增加結(jié)構(gòu)剛度。

2)鋼筋(型鋼)混凝土框架—核心筒—鋼支撐體系是一種可行的方案，不過對建筑功能布置和外立面有一定的影響。

3)鋼框架—混凝土核心筒—加強層(鋼支撐)體系自重最小，但本項目是風(fēng)荷載控制而非地震荷載控制，自重減小引起的地震力減小不能起到控制作用，其效率不高但其造價相對最高。

表3　不同形式外框架柱比較表

4)根據(jù)上述分析比較可見，結(jié)合結(jié)構(gòu)性能，對建筑功能影響及造價等各種因素綜合考慮，鋼筋(型鋼)混凝土框架—核心筒—加強層體系相對更合理有效。

3　二次選型

3.1結(jié)構(gòu)模型對比

根據(jù)上述分析結(jié)果及當前超高層項目實際情況，確定了“鋼筋(型鋼)混凝土框架—核心筒—加強層”體系作為可行性方案。針對這一體系，采用不同的加強層、框架柱及樓面梁布置，表4為各種布置方案的比較結(jié)果。

3.2結(jié)論

根據(jù)初步的整體結(jié)構(gòu)分析比較，以及綜合考慮其施工性、經(jīng)濟性、建筑功能性，得到結(jié)論總結(jié)如下：

1)通過調(diào)整加強層各桁架的布置方式及截面尺寸，加強層僅設(shè)置環(huán)帶桁架即可使結(jié)構(gòu)剛度基本滿足要求。

2)若加強層省去伸臂桁架，僅設(shè)置環(huán)帶桁架，施工復(fù)雜程度及難度大幅降低。

3)樓面重力系統(tǒng)使用鋼結(jié)構(gòu)樓面梁(鉸接)可減少一定的結(jié)構(gòu)自重，對減小底層柱截面有一定的貢獻，但造價相對較高。

4)低區(qū)框架柱使用勁性柱形式，可明顯減小框架柱尺寸，還可以通過調(diào)整框架柱含鋼率對柱截面進行微調(diào)，更容易滿足建筑功能需要。

表4　不同結(jié)構(gòu)布置方案比較表

4　結(jié)語

通過對不同結(jié)構(gòu)體系的分析，高風(fēng)載地區(qū)超高層結(jié)構(gòu)方案設(shè)計中，采用“型鋼混凝土框架—核心筒—加強層”體系可以較好的滿足建筑功能需求，并結(jié)合設(shè)備層(避難層)設(shè)置加強桁架，在結(jié)構(gòu)自身剛度有較好的保證的同時還可以通過調(diào)整框架柱含鋼率對柱截面進行微調(diào)以滿足建筑功能需要，是較為合理的結(jié)構(gòu)體系。

[1]GB 50011—2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JGJ 3—2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DBJ 15—92—2013，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[4]徐培福，傅學(xué)怡，王翠坤，等.復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)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

任軍(1978- )，男，工程師

TU973

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