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本文轉(zhuǎn)載自“施工技術(shù)《武漢某超限高層塔樓結(jié)構(gòu)設(shè)計》，作者：周熙波,， 李 治等”,，僅用于學習分享，如涉及侵權(quán),，請聯(lián)系刪除,！ ［摘要］ 武漢精武路項目五期 T5 塔樓，建筑高度 330m,，為超 B 級高度超限高層,。該建筑采用帶加強層的矩形鋼管混凝土柱框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系。介紹了該工程結(jié)構(gòu)體系的特點,、抗震性能化設(shè)計的原則及方法,、基礎(chǔ)設(shè)計、整體彈性計算結(jié)果,、罕遇地震作用下的動力彈塑性分析結(jié)果,。對設(shè)計中的一些關(guān)鍵問題: 包括伸臂桁架和環(huán)帶桁架的設(shè)置、轉(zhuǎn)換層關(guān)鍵節(jié)點的分析設(shè)計,、結(jié)構(gòu)屈曲分析及穩(wěn)定計算進行了深入闡述,。最后提出設(shè)計建議: 在超高層建筑中部偏上部位利用避難層同時設(shè)置伸臂桁架和環(huán)帶桁架加強層，對提高結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)剛度非常有效; 對于豎向尺寸突變的建筑,，將使用有限元法得到的屈曲因子作為結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的判別指標,，其結(jié)果更加合理。 ［關(guān)鍵詞］ 超高層建筑; 混合結(jié)構(gòu); 抗震性能化設(shè)計; 伸臂桁架; 環(huán)帶桁架; 轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu); 屈曲因子 1工程概況武漢精武路項目五期 T5 塔樓位于武漢市江漢區(qū)解放大道與新華路交匯處，建筑方案設(shè)計由英國Foster+Partners 完成,。該塔樓由商業(yè)( 1 ～ 5 層) ,、酒店( 6 ～ 47 層) 及辦公( 48 ～ 68 層) 構(gòu)成，其中商業(yè)建筑面積為 2 523m2 ,，酒店建筑面積為 30 892 m2 ,，辦公建筑面積為 107 602. 8 m2 ，地上為 68 層,，地下室為 3層,。屋頂設(shè)直升機平臺，屋面建筑標高為 330. 00m,。塔樓和底部大型商業(yè)裙樓采用防震縫分開,，形成各自獨立的結(jié)構(gòu)體系［1］。T5 塔樓建筑效果圖及剖面分區(qū)情況見圖 1,。 建筑結(jié)構(gòu)安全等級: 重要構(gòu)件( 包括矩形鋼管混凝土柱,、筒體外墻、斜柱,、伸臂桁架,、環(huán)帶桁架、轉(zhuǎn)換梁,、轉(zhuǎn)換桁架) 為一級，其他為二級,。結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級,，抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類?？拐鹪O(shè)防烈度為 6 度( 按 7 度設(shè)計) ,，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度為 0. 10g,，Ⅲ類場  地,，場地特征周期為 0. 45s?；?本 風 壓 w0 為0. 35kN /m2 ( 50 年一遇) ,，地面粗糙度為 C 類，考慮建筑物相互干擾系數(shù)后,，風荷載體型系數(shù)取 1. 47,，考慮順風向、橫風向及扭轉(zhuǎn)風振的影響,。本項目進行了風洞試驗,，圖 2 為安裝在風洞試驗段內(nèi) 4m 直徑轉(zhuǎn)盤上的模型照片。經(jīng)分析比較，50 年一遇風荷載風洞試驗結(jié)果小于規(guī)范結(jié)果,，其結(jié)果比較見表 1,。設(shè)計取風洞試驗和規(guī)范風荷載計算結(jié)果的包絡(luò)值。   2 結(jié)構(gòu)體系2. 1 結(jié)構(gòu)方案的比選 結(jié)合國內(nèi)外類似建筑的設(shè)計經(jīng)驗,，進行了三種結(jié)構(gòu)方案的試算比選,。方案一: 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系( 型鋼混凝土柱+混凝土梁+鋼筋混凝土筒體) ; 方案二: 型鋼柱混合結(jié)構(gòu)體系( 型 鋼 混 凝 土柱+鋼梁+鋼筋混凝土筒體) ; 方案三: 鋼管混凝土柱混合結(jié)構(gòu)體系( 鋼管混凝土柱+鋼梁+鋼筋混凝土筒體) 。從抗震性能,、材料用量,、施工周期、結(jié)構(gòu)造價,、綜合效益等方面對三種方案進行比較,，分析結(jié)果見表 2。 雖然方案一結(jié)構(gòu)造價最低,，但由于混凝土結(jié)構(gòu)缺少延性,，抗震性能一般，其自重大,，豎向構(gòu)件截面大,，面積占用率過高，不能滿足建筑方案要求,?？紤]到施工工期、豎向構(gòu)件減小帶來使用面積增加的經(jīng)濟效益等因素,，本工程選用方案三: 鋼管混凝土柱混合結(jié)構(gòu)體系,。 2. 2 結(jié)構(gòu)體系及加強層方案比較 T5 塔樓抗側(cè)力體系由三部分組成: 外圍矩形鋼管混凝土柱及鋼框梁+內(nèi)部鋼筋混凝土核心筒+加  強層伸臂桁架及環(huán)帶桁架。1 ～ 28 層核心筒截面尺寸為 31. 6m×23. 4m; 29 ～ 47 層核心筒截面尺寸減小為 27. 9m×23. 4m; 48 層及以上核心筒截面尺寸減小為 22. 7m×10. 6m,。核心筒主要采用鋼筋混凝土剪力墻,。為控制墻體厚度，局部采用鋼板混凝土墻,。核心筒外墻厚度由下到上由 1 200mm 逐 漸 減 至400mm,，相應(yīng)混凝土強度等級由 C60 逐漸減至 C50。外圍矩形鋼管混凝土柱由下至上截面由1 700mm×1 300mm變化為 900mm×900mm,，相應(yīng)混凝土強度等級由 C70 逐漸減至 C50,。鋼管混凝土柱及樓面鋼梁鋼材主要選用 Q345GJC 和 Q345B。典型辦公樓層平面為 52. 5m×45m 的矩形( 圖 3) ,，高寬比為 7. 3;48 層及以上為酒店,，結(jié)構(gòu)在 Y 向豎向收進約 25%( 圖 4) ; 62 ～ 68 層為了形成圖 1 中建筑剖面所示的“漏斗”形躍層空間，在核心筒與外框柱之間布置貫穿 6 層的轉(zhuǎn)換斜柱( 圖 5) ,。 為增加主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,，結(jié)合建筑避難層和設(shè)備層的位置設(shè)置加強層,。加強層可能設(shè)置的位置有 26，36,，46 ～ 47,，61 等樓層，加強層可設(shè)置伸臂桁架或環(huán)帶桁架等形式,。因此,，在結(jié)構(gòu)方案階段進行   了表 3 中所列的 6 種加強層布置方案比較，其剛度指標比較結(jié)果見表 4,。  根據(jù)各方案結(jié)構(gòu)基本周期及剛重比的對比計算結(jié)果顯示,，在建筑物中下部設(shè)置加強層對整體剛度貢獻很小; 而在加強層同時設(shè)置伸臂桁架和環(huán)帶桁架對提高整體剛度非常有效; 在頂部設(shè)置環(huán)帶桁架對控制建筑物頂點側(cè)向位移也比較有效。本工程推薦采用方案四,，但為滿足建筑使用功能及立面效果,，最終采用將加強層設(shè)置在 46 層( 避難層) 和 47 層( 機電層) 的方案三。加強層由兩層環(huán)帶桁架及兩榀 Y 向伸臂桁架構(gòu)成,。該加強層同時也兼做建筑體型收進后上部結(jié)構(gòu)一側(cè)外框柱的轉(zhuǎn)換層,，其模型示意見圖 6，上部結(jié)構(gòu)一側(cè)外框柱通過轉(zhuǎn)換桁架及  下部剪力墻牛腿進行轉(zhuǎn)換,。62 層采用箱形主梁托柱轉(zhuǎn)換的形式,，轉(zhuǎn)換梁為截面 700×1 200×70 的箱形鋼梁，斜柱為截面 600 × 600 × 30 的箱形鋼管混凝土柱,。 整個項目的地下室連為整體,，不設(shè)變形縫。塔樓核心筒以外區(qū)域地下室頂板,、地下 1 層采用混凝土梁板結(jié)構(gòu),，地下 2 層采用鋼筋混凝土無梁樓蓋結(jié)構(gòu)。上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位為地下室頂板,，利用電梯井道增加數(shù)片剪力墻，以提高塔樓相關(guān)范圍地下部分抗側(cè)剛度,，滿足地下 1 層與首層剛度比大于 2 的要求,。鋼管混凝土柱與混凝土梁連接節(jié)點處通過沿柱周設(shè)環(huán)梁實現(xiàn)梁柱連接。柱腳采用外包式鉸接柱腳,。 3 結(jié)構(gòu)超限情況及抗震性能化設(shè)計目標3. 1 結(jié)構(gòu)超限情況 本工程結(jié)構(gòu)高度為 330m,，屬超 B 級高度的超限高層。不規(guī)則項共 6 項,，分別為: 1) 扭轉(zhuǎn)不規(guī)則: Y向考慮偶然偏心的最大位移與層平均位移的比值最大值為1. 38; 2) 樓板不連續(xù): 2,，3層有效樓板寬度小于 50%，同時樓板開洞面積大于30%; 3) 尺寸突變:48 層有外框柱收進大于 25%; 4) 構(gòu)件間斷: 46 ～ 47層為加強層,，47,，62 層托柱轉(zhuǎn)換; 5) 受剪承載力突變: 3,，28 層受剪承載力與相鄰上一層之比＜0. 8; 6)其他不規(guī)則: 1 ～ 2 層及 62 ～ 68 層存在穿層柱。 3. 2 抗震性能化設(shè)計目標 考慮到本工程超限較嚴重,，采用性能化抗震設(shè)計,，抗震性能目標定為 C 級，見表 5,。 核心筒墻體在底部加強區(qū)抗震等級為特一級;加強層及上下相鄰各一層范圍內(nèi)框架,、剪力墻、環(huán)帶桁架,、伸臂桁架等抗側(cè)力構(gòu)件抗震等級為特一級; 轉(zhuǎn)換梁,、轉(zhuǎn)換柱抗震等級為特一級。主樓地上其他部分框架及核心筒抗震等級為一級,。地下 1 層核心筒抗震等級為特一級,，框架抗震等級為一級; 地下 2，3層核心筒及框架抗震等級逐層降低一級,。 由于 46 ～ 47 層不僅是結(jié)構(gòu)豎向收進部位也同時是加強層,、轉(zhuǎn)換層，因此不僅將其與上下相鄰各一層范圍內(nèi)的框架柱,、核心筒剪力墻的抗震等級提高到特一級外,，還采取了以下措施以保證其性能目標的實現(xiàn): 1) 柱軸壓比限值減小 0. 05; 2) 所有轉(zhuǎn)換構(gòu)件抗震等級提高到特一級，并進行中,、大震下的性能分析; 3) 與轉(zhuǎn)換梁連接的墻肢設(shè)型鋼暗柱; 4) 對體型收進層,、加強層、轉(zhuǎn)換層各層及其上下層樓板,，進行中,、大震下樓板的應(yīng)力分析，在應(yīng)力比較集中及承受較大水平力的區(qū)域樓板加厚且配筋加強,。  注: 參考美國規(guī)范 ASCE-41 及相關(guān)資料,，結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞程度分為四 級，分 別 是: Operational Performance ( 可 運 行,，簡 稱 OP ) ,，Immediate Occupancy Structural Performance( 立即入住，簡稱 IO) ,，Life Safety Performance ( 生 命 安 全,，簡 稱 LS ) ，Collapse Prevention Performance( 臨近倒塌,，簡稱 CP) ,。 4結(jié)構(gòu)分析與計算4. 1 小震下彈性分析 采用 YJK ( 1. 7. 1 版) ( 簡 稱 YJK) 和 MIDAS Building( 2014 版) ( 簡稱 MIDAS) 計算分析。分析時采用考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)影響的振型分解法( CQC) 并考慮偶然偏心的影響,，結(jié)構(gòu)阻尼比取 0. 04,。綜合比較武漢地震小區(qū)劃,、規(guī)范抗震設(shè)防烈度 7 度、《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》( GB 18306—2015) 以及安全性評價報告提供的反應(yīng)譜曲線后,，取地震影響系數(shù) αmax =0. 08,，周期折減系數(shù)取 0. 85。YJK 分析的結(jié)構(gòu)周期為: T1 = 7. 56s( Y 向平動) ,，T2 = 6. 38s( X 向平動) ,，T3 =4. 54s( 扭轉(zhuǎn)) ，T3 /T1≈0. 60,，滿足《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》( GB 50011—2010) ［2］( 簡稱《抗規(guī)》) 要求,。 兩種程序計算的主要指標的對比見表 6。兩種軟件的計算結(jié)果基本規(guī)律一致,，地震作用下的樓層剪力和傾覆力矩均大于風荷載作用下數(shù)值,，所以該工程主要由地震作用控制。X,，Y 向地震作用下,，樓層豎向構(gòu)件最大層間位移與平均層間位移之比均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( JGJ 3—2010) ［3］( 簡稱《高規(guī)》) 關(guān)于最大層間位移與平均層間位移之比不大于 1. 4 的要求。兩個方向地震作用下最大層間位移角小于《高規(guī)》規(guī)定的 1 /500 的限值,。且該工程除結(jié)構(gòu)加強層外,，無剛度突變現(xiàn)象。  本塔樓自振周期大于 5. 0s,，最小地震剪力系數(shù)應(yīng)為 0. 15αmax = 0. 012,，因場地為Ⅲ類場地，所以適當增加其最小剪重比,，故取最小剪重比為 1. 05 ×0. 012 = 0. 012 6,。本工程為 6 度設(shè)防且基本周期大于5s，按基底剪力系數(shù)的0. 8%換算的層間位移小于1 /500,，采用剪力放大系數(shù)的方法進行調(diào)整,。計算結(jié)果表明: X 向第 1 ～ 20 層、Y 向第 1 ～ 23 層的剪重比不滿足要求,。分別將各樓層的 X 向及 Y 向的地震作用相應(yīng)放大( X 向和 Y 向最大剪力放大系數(shù)分別為 1. 25 和 1. 33) ,，使所有樓層的剪重比都滿足規(guī)范要求。調(diào)整前后的剪重比曲線如圖 7 所示,。  大部分樓層框架在兩個方向承擔的樓層地震剪力不低于基底剪力的 8%，且最大值大于 10%,。說明外框架能起到二道防線的作用,。底部 3 層由于樓板開洞形成通高，外框架分擔的剪力略小于 5%,。 通過增加外框梁剛度,、考慮雨棚作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件參與整體計算等措施,，使外框架分擔的剪力達到 5%。風荷 載 下 結(jié) 構(gòu) 頂 點 加 速 度 反 應(yīng) 最 大 值 為0. 052m / s2 ,，滿足舒適度要求,。 4. 2 中震等效彈性驗算 中震等效彈性計算采用水平地震影響系數(shù)αmax = 0. 23，計算參數(shù)取值見表 7,。中震作用下結(jié)構(gòu)最大層間位移角為 1 /259,，關(guān)鍵構(gòu)件和普通豎向構(gòu)件( 表 5) 滿足正截面承載力不屈服、抗剪承載力彈性要求; 耗能構(gòu)件滿足抗剪承載力不屈服要求,。 核心筒墻體在中震作用下,，局部墻體在 1 ～ 3 層出現(xiàn) 拉 應(yīng) 力。通過在墻身內(nèi)設(shè)置型鋼 ( 含 鋼 率1. 85%) ,，并提高墻身豎向配筋率( 配筋率 0. 8%) 控制其全截面拉應(yīng)力不超過兩倍混凝土抗拉強度標準值,。 4. 3 彈性時程分析 采用了 5 組天然地震波和安評報告中提供的 2組人工波進行彈性時程分析。地震波為三向輸入,，有效持續(xù)時間均大于 5 倍結(jié)構(gòu)基本周期,。 根據(jù)表 8 的比較結(jié)果，每條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)基底剪力均大于 CQC 法計算結(jié)果的 65%,，7 條時程曲線計算所得結(jié)構(gòu)基底剪力的平均值均大于CQC 法計算結(jié)果的 80%,，滿足《抗規(guī)》規(guī)定。時程計算的結(jié)構(gòu)反應(yīng)特征,、變化規(guī)律與振型分解反應(yīng)譜法分析結(jié)果基本一致,。7 條波的層間位移角平均值與CQC 法計算的最大層間位移角比較曲線見圖 8。由圖 8 可知,，CQC 法計算的各層層間位移角均大于時程分析結(jié)果的平均值,。 4. 4 罕遇地震動力彈塑性時程分析 為保證實現(xiàn)性能目標，評價結(jié)構(gòu)在大震下總體地震響應(yīng)以及結(jié)構(gòu)總體的塑性開展程度,，判斷是否存在嚴重的薄弱層或柔弱層,，了解構(gòu)件受力情況、塑性開展程度以及最終破壞情況,，并有針對性地優(yōu)化結(jié)構(gòu)布置,，本項目進行了動力彈塑性分析。分析采用 MIDAS Building 軟件,，并采用 PEＲFOＲM-3D 軟件進行復(fù)核,。 采用 5 組天然地震波和安評報告中提供的 2 組人工波，均采用三向輸入,。計算結(jié)果表明: 大震作用下,，結(jié)構(gòu) Y 向最大層間位移角為 1 /158( 天然波 1) 。圖 9 為結(jié)構(gòu)基底剪力相對較大的 3 組波( 天然波 1,、天然波 3,、人工波 1) 計算的最大層間位移角曲線,。 通過對各組波作用下結(jié)構(gòu)變形和塑性損傷的對比發(fā)現(xiàn)，天然波 1 沿 Y 向為主向輸入的結(jié)構(gòu)破壞程度相對最大,。其破壞形態(tài)可描述為: 結(jié)構(gòu)中下部連梁最先出現(xiàn)塑性鉸,，隨后中上部連梁也進入塑性狀態(tài)，損傷迅速發(fā)展且隨時程輸入,，連梁損傷逐步累積; 部分混凝土框架梁參與塑性并出現(xiàn)屈服,，個別樓層剪力墻出現(xiàn)屈服，其余剪力墻基本處于彈性狀態(tài);鋼管混凝土框架柱,、框架鋼梁和伸臂桁架基本處于彈性狀態(tài),。其整體塑性損傷狀態(tài)、剪力墻混凝土受壓及受剪強度的 OP 性能水準利用率情況見圖 10,。 大震彈塑性分析表明: 1) 結(jié)構(gòu)豎立不倒,，結(jié)構(gòu)最大層間位移角可以滿足第 3 節(jié)中性能目標要求( ＜1 /125) ; 2) 主要抗側(cè)力構(gòu)件沒有發(fā)生嚴重破壞，大部分連梁屈服耗能,，部分混凝土框架梁和少量剪力墻參與塑性耗能; 3) 部分剪力墻的轉(zhuǎn)角利用率超過 OP 性能水準,，但沒有超過 IO 性能水準，加強層的個別剪力墻剪切強度的 OP 性能水準利用率超過1. 0,，設(shè)計中調(diào)整該部分墻身配筋率或設(shè)置鋼板; 4)鋼管混凝土框架柱,、框架鋼梁和伸臂桁架基于處于彈性狀態(tài)。 綜上所述,，結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的彈塑性反應(yīng)及破壞機制,，符合結(jié)構(gòu)抗震工程的概念設(shè)計要求，抗震性能達到設(shè)定的性能目標,。 5 基礎(chǔ)設(shè)計本工程采用鉆孔灌注樁+筏板的基礎(chǔ)形式,，通過對直徑1 000 及 直徑1 200 兩種樁型的經(jīng)濟性比較，樁基采用 直徑1 000 鉆孔灌注樁,。樁端及樁側(cè)復(fù)式后壓漿,，樁身混凝土強度等級為 C50，有效樁長為 50. 0m左右,。樁端持力層為中－微風化泥巖,，樁端進入持力層 深 度 ≥ 6. 0m，單樁抗壓承載力特征值為12 000kN,。整體筏板厚度為 3. 7m,，混凝土強度等級為 C40?；A(chǔ)布置形式見圖 11,。 6結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題6. 1 伸臂桁架及環(huán)帶桁架 設(shè)置伸臂桁架+環(huán)帶桁架能有效提高結(jié)構(gòu)整體 剛度，并提供較大的結(jié)構(gòu)冗余度。貫穿 46 ～ 47 避難層的伸臂桁架采用單向斜撐的形式布置，有利于建筑環(huán)通走道的布置,，減小對建筑功能的影響,。桁架鋼結(jié)構(gòu)弦桿通過剪力墻內(nèi)預(yù)埋方式貫穿核心筒墻體。環(huán)帶桁架采用雙層“人”字形布置,，通過樓板傳力與核心筒共同工作。因此對加強層及其上下層樓板進行了罕遇地震作用下的應(yīng)力分析，根據(jù)樓板應(yīng)力分析結(jié)果進行設(shè)計,，加強層樓板厚度≥180mm，上下相鄰樓層樓板厚度≥150mm,，并對樓板配筋進行了加強,。伸臂桁架及環(huán)帶桁架布置圖見圖 12，13,。經(jīng)施工模擬分析,，伸臂桁架腹桿在全樓主體結(jié)構(gòu)完成后再施工，能有效減小外框與核心筒豎向變形差引起的桿件內(nèi)力,。 6. 2 上部外框柱轉(zhuǎn)換部位的設(shè)計 48 層結(jié)構(gòu)體型收進后,，上部樓層一側(cè)有 1 根外框柱通過斜鋼柱、墻內(nèi)型鋼柱及樓面鋼梁形成的轉(zhuǎn)換桁架進行轉(zhuǎn)換,。由于節(jié)點構(gòu)造需求,，斜鋼柱設(shè)計為變截面箱形，截面尺寸為 1 000×1 200 /950×50×50,。在設(shè)防烈度地震作用下,，桿件計算的應(yīng)力比為0. 42，罕遇地震下彈塑性分析結(jié)果顯示其處于彈性階段,。柱轉(zhuǎn)換部位詳圖見圖 14,。 有 3 根外框柱通過核心筒剪力墻托柱轉(zhuǎn)換。由于下部托柱墻厚只有 600mm,，而鋼管混凝土框架柱截面尺寸為 1 000×1 200,，因此利用 46 層設(shè)置墻牛腿，47 層墻體變厚,。鋼管混凝土框架柱柱腳采用埋入式剛接柱腳,，鋼管埋入下部變厚的剪力墻中。采用 ABAQUS 軟件對托柱墻,、墻牛腿及柱腳進行了罕遇地震作用下的有限元分析,，分析結(jié)果顯示上述重要部位的混凝土受壓及鋼筋受拉、受壓應(yīng)力未超過其強度標準值,。墻牛腿及柱腳見圖 15,，取圖 15 中A-A 剖面柱及其下部牛腿、剪力墻局部模型的分析結(jié)果見圖 16。 6. 3 屈曲分析及穩(wěn)定計算 《高規(guī)》將 作為彈性階段控制高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)重力二階效 應(yīng) 的 設(shè) 計 指 標,，定義為等效剛重比,。 當EIeq /H2 ∑Gi＜1. 4時，結(jié)構(gòu)不滿足整體穩(wěn)定性,。本工程基于《高規(guī)》計算的等效剛重比已接近臨界值1. 4,，但大、中,、小震各階段計算的頂點位移,、最大層間位移角及構(gòu)件受力狀態(tài)的結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)整體剛度和構(gòu)件強度均具有一定的安全儲備,，能夠滿足性能目標,。 等效剛重比的基本力學模型及假定為: 1) 等截面均值懸臂桿; 2) 倒三角形分布水平荷載作用下懸臂桿與結(jié)構(gòu)頂部位移相等。而本塔樓應(yīng)視作變截面懸臂桿,，故基于上述假定的屈曲分析并不能反映本結(jié)構(gòu)真實的屈曲性能,。根據(jù)廣東省標準《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》( DBJ 15-92—2013) ［4］的相關(guān)規(guī)定及文獻［5-7］的分析認為: 對于剛度和質(zhì)量分布沿豎向不均勻的結(jié)構(gòu)可采用有限元特征值法進行計算，由特征值法算得的屈曲因子 λcr 反映了結(jié)構(gòu)的真實剛重比,。當 λcr ≥ 20( 相當于等效剛重比≥2. 7) 時,，可不考慮 P-Δ 效應(yīng)的不利影響; 當 λcr ＜ 10( 相當于等效剛重比＜1. 4) 時，結(jié)構(gòu)不滿足整體穩(wěn)定性; 當 10 ≤ λcr ＜ 20 時,，結(jié)構(gòu)滿足整體穩(wěn)定性并應(yīng)考慮 P-Δ 效應(yīng)的不利影響,。 為更準確判斷結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，采用 SAP2000件計算本塔樓的屈曲因子,，其結(jié)果見表 9,，前 6 階的屈曲模態(tài)均為伴隨結(jié)構(gòu)整體屈曲的變形模態(tài)，未發(fā)生局部的構(gòu)件屈曲失穩(wěn),，最小彈性臨界荷載系數(shù)( 屈曲因子) 為 12. 58,，滿足整體穩(wěn)定性的要求，但結(jié)構(gòu)計算需要考慮二階效應(yīng),。 6. 4 超限審查專家意見及應(yīng)對措施 本工程通過超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項審查,，專家提出的主要意見及設(shè)計計算中采取的應(yīng)對措施如下: ( 1) 重要構(gòu)件安全等級為一級，設(shè)計中對重要構(gòu)件的界定和范圍要予以明確,。措施: 重要構(gòu)件確定為所有豎向構(gòu)件,、伸臂桁架、環(huán)帶桁架,、轉(zhuǎn)換斜柱,、轉(zhuǎn)換梁，設(shè)計中其構(gòu)件安全等級取為一級,。 ( 2) 塔樓基礎(chǔ)埋深應(yīng)滿足不小于建筑物總高度的 1 /18 的要求,。措施: 加大塔樓部分地下室埋深至－18. 4m,，滿足其基礎(chǔ)埋深要求。 ( 3) 由于主樓周邊頂板局部有開洞情況,，應(yīng)加強地下室頂板剛度和承載力,，增加主樓周邊樓板厚度。措施: 主樓周邊樓板厚度修改為 250mm,，配筋率≥0. 25%; 復(fù)核設(shè)防烈度地震下的頂板應(yīng)力,。 ( 4) 轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)平面布置中，上部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換斜柱平面外方向較弱,，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)布置。措施: 轉(zhuǎn)換層樓面在轉(zhuǎn)換斜柱平面外方向增設(shè)框架梁,，對其平面外方向進行約束,。 ( 5) 根據(jù)本工程特點，應(yīng)適當加強核心筒底部加強部位,、豎向體型收進部位及其相鄰層的抗震措施,。措施: 核心筒底部加強部位、豎向體型收進部位及其上下各兩層豎向構(gòu)件抗震等級均已提高為特一級,。 7結(jié)論( 1) 本工程為超 B 級高度的復(fù)雜超限高層建筑,，應(yīng)采用抗震性能化設(shè)計，進行彈塑性分析,，研究評價大震下結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)并采取有效措施予以加強,。 ( 2) 經(jīng)過結(jié)構(gòu)方案的經(jīng)濟比較，對于結(jié)構(gòu)高度為 300m 左右的超高層建筑,，采用由鋼管混凝土柱,、鋼梁、鋼筋混凝土核心筒,、伸臂桁架+環(huán)帶桁架加強層組成的框架-核心筒混合結(jié)構(gòu)體系具有可靠的剛度及良好的抗震性能,。其綜合造價具有經(jīng)濟性。 ( 3) 在超高層建筑中部偏上部位設(shè)置加強層,，且加強層同時設(shè)置伸臂桁架和環(huán)帶桁架對提高結(jié)構(gòu)整體剛度非常有效,。 ( 4) 對加強層及轉(zhuǎn)換層的重要構(gòu)件應(yīng)提高其抗震等級，對轉(zhuǎn)換部位的關(guān)鍵節(jié)點應(yīng)進行應(yīng)力分析,，研究其受力狀態(tài),，以指導(dǎo)施工圖設(shè)計中予以加強，滿足大震下節(jié)點不先于構(gòu)件破壞的性能目標,。 ( 5) 本塔樓結(jié)構(gòu)豎向收進,，基于《高規(guī)》中等截面均值懸臂桿假定計算的等效剛重比并不能反映本結(jié)構(gòu)真實的屈曲性能。采用有限元特征值法計算得到結(jié)構(gòu)的屈曲因子 λcr ＞ 10,，相當于等效剛重比＞1. 4,，滿足整體穩(wěn)定性的要求,。 參考 文 獻 ［1］ 精武路項目五期 T5 塔樓超限高層建筑工程抗震設(shè)計可行性論證報告［Ｒ］．武漢: 中信建筑設(shè)計研究總院有限公司，2016．［ 2］ 建筑抗震設(shè)計規(guī)范: GB 50011—2010［S］．北京: 中國建筑工業(yè)出版社,，2010． ［3］ 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程: JGJ 3—2010［S］．北京: 中國建筑工業(yè)出版社,，2011． ［4］ 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程: DBJ 15-92—2013［S］．廣州: 廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳，2013． ［5］ 精武路項目五期結(jié)構(gòu)風荷載及風振響應(yīng)分析報告［Ｒ］．廣州: 華南理工大學,，2016． ［6］ 扶長生,，周立浪，張小勇．長周期超高層鋼筋混凝土建筑 P-Δ 效應(yīng)分析與穩(wěn)定設(shè)計［J］．建筑結(jié)構(gòu),，2014,，44( 2) : 1-7． ［7］ 徐培福，傅學怡,，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 |
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