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武汉某超限高层塔楼结构设计

本文转载自“施工技术《武汉某超限高层塔楼结构设计》，作者：周熙波，李治等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！

［摘要］武汉精武路项目五期T5塔楼，建筑高度330m，为超B级高度超限高层。该建筑采用带加强层的矩形钢管混凝土柱框架-钢筋混凝土核心筒混合结构体系。介绍了该工程结构体系的特点、抗震性能化设计的原则及方法、基础设计、整体弹性计算结果、罕遇地震作用下的动力弹塑性分析结果。对设计中的一些关键问题:包括伸臂桁架和环带桁架的设置、转换层关键节点的分析设计、结构屈曲分析及稳定计算进行了深入阐述。最后提出设计建议:在超高层建筑中部偏上部位利用避难层同时设置伸臂桁架和环带桁架加强层，对提高结构整体抗侧刚度非常有效;对于竖向尺寸突变的建筑，将使用有限元法得到的屈曲因子作为结构整体稳定性的判别指标，其结果更加合理。

［关键词］超高层建筑;混合结构;抗震性能化设计;伸臂桁架;环带桁架;转换结构;屈曲因子

1工程概况

武汉精武路项目五期T5塔楼位于武汉市江汉区解放大道与新华路交汇处，建筑方案设计由英国Foster+Partners完成。该塔楼由商业(1～5层)、酒店(6～47层)及办公(48～68层)构成，其中商业建筑面积为2523m2，酒店建筑面积为30892m2，办公建筑面积为107602.8m2，地上为68层，地下室为3层。屋顶设直升机平台，屋面建筑标高为330.00m。塔楼和底部大型商业裙楼采用防震缝分开，形成各自独立的结构体系［1］。T5塔楼建筑效果图及剖面分区情况见图1。

建筑结构安全等级:重要构件(包括矩形钢管混凝土柱、筒体外墙、斜柱、伸臂桁架、环带桁架、转换梁、转换桁架)为一级，其他为二级。结构地基基础设计等级为甲级，抗震设防类别为重点设防类。抗震设防烈度为6度(按7度设计)，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.10g，Ⅲ类场

地，场地特征周期为0.45s。基本风压w0为0.35kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度为C类，考虑建筑物相互干扰系数后，风荷载体型系数取1.47，考虑顺风向、横风向及扭转风振的影响。本项目进行了风洞试验，图2为安装在风洞试验段内4m直径转盘上的模型照片。经分析比较，50年一遇风荷载风洞试验结果小于规范结果，其结果比较见表1。设计取风洞试验和规范风荷载计算结果的包络值。

2结构体系

2.1结构方案的比选

结合国内外类似建筑的设计经验，进行了三种结构方案的试算比选。方案一:钢筋混凝土结构体系(型钢混凝土柱+混凝土梁+钢筋混凝土筒体);方案二:型钢柱混合结构体系(型钢混凝土柱+钢梁+钢筋混凝土筒体);方案三:钢管混凝土柱混合结构体系(钢管混凝土柱+钢梁+钢筋混凝土筒体)。从抗震性能、材料用量、施工周期、结构造价、综合效益等方面对三种方案进行比较，分析结果见表2。

虽然方案一结构造价最低，但由于混凝土结构缺少延性，抗震性能一般，其自重大，竖向构件截面大，面积占用率过高，不能满足建筑方案要求。考虑到施工工期、竖向构件减小带来使用面积增加的经济效益等因素，本工程选用方案三:钢管混凝土柱混合结构体系。

2.2结构体系及加强层方案比较

T5塔楼抗侧力体系由三部分组成:外围矩形钢管混凝土柱及钢框梁+内部钢筋混凝土核心筒+加

强层伸臂桁架及环带桁架。1～28层核心筒截面尺寸为31.6m×23.4m;29～47层核心筒截面尺寸减小为27.9m×23.4m;48层及以上核心筒截面尺寸减小为22.7m×10.6m。核心筒主要采用钢筋混凝土剪力墙。为控制墙体厚度，局部采用钢板混凝土墙。核心筒外墙厚度由下到上由1200mm逐渐减至400mm，相应混凝土强度等级由C60逐渐减至C50。外围矩形钢管混凝土柱由下至上截面由1700mm×1300mm变化为900mm×900mm，相应混凝土强度等级由C70逐渐减至C50。钢管混凝土柱及楼面钢梁钢材主要选用Q345GJC和Q345B。典型办公楼层平面为52.5m×45m的矩形(图3)，高宽比为7.3;48层及以上为酒店，结构在Y向竖向收进约25%(图4);62～68层为了形成图1中建筑剖面所示的“漏斗”形跃层空间，在核心筒与外框柱之间布置贯穿6层的转换斜柱(图5)。

为增加主体结构侧向刚度，结合建筑避难层和设备层的位置设置加强层。加强层可能设置的位置有26，36，46～47，61