广州某超高层结构体系分析

陈航

【摘要】随着我国城市化进程的加快，大量高层、超高层建筑涌现，以满足人口居住及社会需求。同时，随着科学技术的不断进步，超高层建筑设计技术与理念不断更新，需要建筑设计人员依据科学的结构工程原理，利用先进的结构设计技术，合理设计、判断建筑结构体系，满足超高层建筑需求。本文主要对超高层建筑结构体系进行概述，并结合工程案例具体分析超高层结构体系设计。

【关键词】超高层建筑；结構体系；混凝土框架

随着高层建筑技术日益完善，超高层结构理论、技术不断创新，为超高层建筑设计、建设提供保障。近几年，大城市人口不断增长，用地紧张，而超高层建筑有效缓解了这一局面，并为人们提供良好、舒适的生活、工作环境，且凭借美观外形、高度高而成为地区标志建筑，推动城市发展[1]。在超高层建筑建设中，由于体量、高度的增加使建筑自重增加，施工存在一定困难，需要设计者全面考虑施工条件、结构安全性、结构布局等因素，选择合理的结构体系，确保建筑安全。

一、超高层建筑结构体系设计标准

按照建筑材料的不同，超高层建筑结构形式主要分为三种类型，即钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构，其中钢筋混凝土结构是我国目前常采用的建筑结构形式。同时，根据不同结构体系，可分为剪力墙结构、框架剪力墙结构、核心筒结构、筒中筒结构等[2]。在具体超高层建筑设计中，应根据建筑具体高度、功能要求、投资数额、建筑功能要求等因素，按照安全、经济、可靠、合理等原则选择合适的结构体系，确保建筑整体结构具有足够的刚性、承载力、抗震性能。

分析超高层建筑结构的受力特点可知，在建筑高度增加的情况下，结构水平位移与高度的四次方呈正比例上升关系，且结构承受弯矩也随之增加。因此，结构具体设计中，地震力、水平风力设计的核心因素。超高层建筑结构设计标准包括：1）结构延性是重要设计指标，由于超高层建筑比较低建筑更柔，其在地震作用下更容易变形，且变形更大。为了确保结构具有较强的变形能力，在设计时，增强结构延性，避免倒塌。2）轴向变形至关重要，超高层建筑具有较大的竖向荷载数值，较大的轴向变形在柱中产生，影响连续梁弯矩，减少连续梁中间支座的负弯矩值。3）水平荷载是决定因素，在超高层建筑结构中，水平荷载对其产生倾覆力矩，并在竖构件中产生轴力，因此，水平荷载的增加、分布不均将直接影响机构的稳定性[3]。4）侧移是控制指标，超高层建筑结构设计的关键因素是结构侧移，随着建筑高度的增加，侧移变形增加，所以，在设计中，应经侧移控制在一定限度范围内。

二、广州某超高层建筑工程概述

该项目位于广州市天河区，是集商业、办公、五星级酒店功能为一体的综合大楼。地块面积23419m2，项目总建筑面积42万m2，由三个塔楼和一个裙楼组成。地下4层，高度为21.38m，其中负一层和负二层有局部夹层，面积110010 m2；地上部分裙楼5层高24.0m，面积28556 m2，西塔17层高65.0m，面积51408 m2，南塔55层高280.0m，面积面积102764 m2、北塔46层高200.0m，面积102764 m2。同时，该施工地土层为人工填土层、冲积层，残积层，结构体系设定为：西塔—钢筋混凝土框支剪力墙结构，地下室及裙楼—钢筋混凝土框架结构，南北塔—钢筋混凝土核心筒结构。此外，本工程要求结构安全等级为二级，裙楼及其上二层塔楼的抗震设防类型为乙类，其余塔楼楼层为丙类。

三、超高层建筑结构体系选用分析

（一）、裙楼地下室—混凝土无梁楼盖结构

无梁楼盖结构指的是不设主梁与次梁，直接通过楼板传导平面荷载至柱上的结构体系。在具体设计中，为满足车库建筑净高、设备管道布设等因素，需严格控制楼盖结构净空，考虑普通梁板框架结构满足建筑条件情况下，其经济效益和结构性能已不能满足具体工程需要，故裙楼地下室选用钢筋混凝土无梁楼盖结构。通过实际计算对比，整体楼盖厚度控制于400mm内，对比框架结构的800mm梁高情况多出400mm的净空。柱与柱间通过板内设置暗梁的方式，保证结构体系的整体性及稳定性，平衡柱端弯矩。同时，于板柱连接位置设置柱帽，增强楼板抗冲切性能， 示意图如1所示。

图1 无梁楼盖示意图

（二）、西塔（公寓）— 钢筋混凝土框支剪力墙结构

框支剪力墙结构即下层为框架、上层为剪力墙的结构体系，在该结构中，因建筑要求部分剪力墙不能落地，需要直接落在下层框架梁上，然后荷载有从框架梁转移到框架柱上[4]。例如，在本工程中，标准层墙体无法落地，故西塔采用钢筋混凝土框支剪力墙结构，并在合适位置设置转换层。由于建筑的抗震能力直接受转换层位置的影响，因此，其位置宜低不宜高，若过高将影响接结构内力传递，造成墙体裂缝。在西塔17层结构设计中，在8层处设置转换层，并采用梁式转换结构，并在建设中强化转换层下部框柱、剪力墙刚度，避免在转换梁上一层墙体上设置门洞[5]。同时，由于转换层即是下层结构的封顶，又是上层结构的基础，这样，转换层的存在使上下传力构建无法连续传递，转化层主结构承载竖向传力，需要对主梁配置加强筋构造，以此提高主梁承受力。

（三）、南北塔楼（办公室、酒店）—框架核心筒结构

框架核心筒结构体系即由外围的稀柱框架、钢筋混凝土核心筒所组成的结构。在本工程中，因塔楼功能需要，楼内净空及室内空间要求较大，而建筑高度限制了结构梁高。故本工程中，南北塔采用框架核心筒结构。外围柱距为10m～12m左右，采用钢管柱，其截面尺寸远比同等情况下混凝土柱截面尺寸小。同时，主梁采用空心钢管宽扁梁，配合核心筒墙帽构件共同工作，将梁高压缩至450mm，既保证整体结构抗震性能，又能满足建筑使用净空需要。在具体设计中，由于地下室使用空间需要，塔楼外框柱并不能落于基础内，经过分析及实际计算对比，最后定于首层对两根钢管砼柱进行转换。

四、结束语

随着社会经济的快速发展，建筑将会逐渐向超高层结构发展，超高层建筑的结构体系选择、设计问题越来越突出。在超高层建筑设计中，设计人员需要全面考虑建筑功能需求、抗震要求、楼层整体结构等特点选择合适的结构体系，并科学施工，提高工程质量，确保超高层建筑的安全、稳定。

参考文献：

[1]袁辉.某超高层结构设计与分析[J].建筑工程技术与设计，2014，（13）：149，154.

[2]李亚明，张晖，郝安民等.超高层建筑筒中筒结构体系之探讨[J].结构工程师，2013，29（6）：49-53.

[3]孟焕陵，黄维纲.新型混合结构体系在超高层建筑的应用研究[J].地震工程与工程振动，2010，30（1）：69-76.

[4]任萌.超高层建筑结构体系的选择分析[J].中华民居，2014，（15）：147.

[5]曹珑芳.超高层建筑结构体系及选型[J].低温建筑技术，2011，33（12）：52-54.