某超高层结构体系的合理选择

王国强

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

1 工程概况

本项目位于山西省太原市，主要功能为5A级写字楼，地上部分建筑面积约为9.5万m2，单层建筑面积约为2 000 m2。

项目地上43层，结构高度181.1 m(室外地坪至主楼主要屋面板顶)，标准层层高4.1 m，设备层层高5.0 m，主要功能为办公;地下3层，地下2层、3层层高3.9 m，地下1层主楼部分层高为7.5 m，车库部分层高为4.9 m，主要功能为停车场。

本工程标准层结构平面尺寸为43.2 m×43.2 m。标准层平面结构布置如图1所示。本工程设计使用年限为50年;建筑抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.20g，设计地震分组为第一组;建筑场地类别为Ⅲ类，场地土特征周期为0.45 s;基本风压为0.40 kN/m2，地面粗糙度类别为B类。

2 结构安全等级、抗震设防分类

根据工程概况本工程为办公楼，属于《建筑结构可靠度设计统一标准》中规定的设计使用年限为50年的一般房屋，确定本工程建筑结构安全等级为二级。由于本工程地上部分建筑面积约为9.5万m2，单层建筑面积约为2 000 m2，结构单元内经常使用人数不超过8 000人，依据《建筑工程抗震设防分类标准》本工程抗震设防类别为标准设防类，简称丙类。

3 结构选型

3.1 结构高度

根据建筑功能及平面布置，本工程结构体系可采用混凝土框架—核心筒结构、型钢(钢管)混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构。各结构体系的适用最大高度见表1。

表1 各结构体系最大高度表

根据表1“型钢(钢管)混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构”结构高度超出比例为20.7%，结构体系采用型钢(钢管)混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构较为适合。

3.2 计算结果对比

本工程以上几种结构体系的计算结果如表2，表3所示。1)计算对比所采用的计算程序均相同。2)由于结构体系均为框架—核心筒，并且在各结构体系中钢筋混凝土核心筒内的剪力墙布置及墙厚均相同，故仅对框架进行对比。3)材料及结构布置:底层混凝土强度等级均为C60，以上各层段混凝土标号均相同;混凝土框架—核心筒结构墙、柱、梁、楼板均采用混凝土结构;型钢混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构、矩形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构、圆形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构除柱外，墙采用混凝土结构，梁采用钢梁，楼板采用组合楼板，板厚换算厚度与混凝土框架—核心筒结构中采用的楼板厚度相同。4)主要计算参数:混凝土容重:25.00 kN/m3;钢材容重:78.00 kN/m3;计算振型数:30;场地类别:Ⅲ;设计地震分组:一组;特征周期TG=0.45;周期折减系数:0.90;结构的阻尼比(%):4.00(混凝土框架—核心筒结构采用5.00)。

表2 各结构体系计算结果表

通过以上计算结果对比可知，钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构中的圆形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构具有底层柱截面小、结构总质量小、最大层间位移角小、结构安全储备高以及节点连接相对简单的优势。

综合结构适用高度及计算结果的判断，本工程结构体系采用圆形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构体系较为适合。

4 加强层的设置

由于结构的侧向刚度不能满足要求，根据建筑竖向功能布置，15层，30层为建筑避难层同时为设备层，43层为顶部观光层。本工程可在15层、30层及43层设置加强层。各加强层设置结果如表3所示。

表3 各加强层设置结果表

通过表3可知，加强层设置在15，30，43层时最大层间位移角最小，但设置在43层时会影响屋顶观光层的使用，故结合建筑避难层及设备层在15，30层设置加强层较为合适，既可以满足结构最大层间位移角的要求，也可以减少对建筑功能的影响。

5 结语

通过对比可知，圆形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构具有以下几个方面的优点:1)结构高度超过规范规定的高度限值最少为20.7%。2)底层柱截面最小占用建筑面积最少，结构柱所占面积约为2×16=32 m2。3)结构总质量轻，对地基基础的负担相应较小，方便地基基础的设计。4)主要结构构件均可在工厂加工制作，施工现场仅进行安装调整，可以大大的加快施工进度，缩短施工周期，节省投资。

当结构的侧向刚度不能满足要求时，可利用建筑避难层、设备层的空间设置加强层。这是提高结构侧向刚度，减小结构最大层间位移角的一个有效措施。因此，本工程结构体系采用带有加强层的圆形钢管混凝土框架—钢筋混凝土核心筒结构。

［1］JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程［S］.

［2］GB 50011-2010，建筑抗震设计规范［S］.

［3］张文兰.谈钢筋混凝土框架结构设计［J］.山西建筑，2013，39(7)：42-43.