1、某超高层塔楼上部结构变更设计与分析 刘勇 吴晗 刘建秋 商文念 山东电力工程咨询院有限公司 山西信达房地产开发有限公司 摘 要： 某超高层塔楼采用“型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒-环带桁架结构”体系, 目前已施工至 26 层。针对原有的结构方案, 考虑到型钢混凝土梁支模复杂, 施工难度较大且施工周期长, 将 30 层 (含 30 层) 以上的外围型钢混凝土框架梁替换为 H 型钢梁, 变更后的结构方案既满足了国家现行规范和和超限审查对关键指标的要求, 又方便施工和缩短工期, 对结构整体施工质量和进度提供有利条件。关键词： 超高层建筑; 框筒结构; 性能评价; 作者简介：刘勇 (1982-) ,
2、 男, 山东潍坊人, 硕士, 一级注册结构工程师, 从事结构工程方面的研究。收稿日期：2017-06-09ALTERED DESIGN AND ANALYSIS OF SUPERSTRUCTURE OF A SUPER HIGH-RISE TOWERLIU yong WU Han LIU Jianqiu SHANG Wennian Shandong Electric Power Engi.Consulting Institute Co., Ltd.; Xinda Development Company of Real Estate; Abstract： The steel reinforced
3、 concrete frame-core tube of reinforced concrete-belt truss structure system is adopted in a super high-rise tower. According to the structure of the original scheme, considering the complex support of reinforced concrete beam formwork, the construction difficulty level and long construction period,
4、 Replacing the steel reinforced concrete frame beam with 30 layers ( including 30 layers) to H type steel beam, The Altered structure scheme not only meets the requirements of the national standard and the key indicators of the out of gauge review, but also facilitates construction and shortens the
5、construction period. It provides a favorable condition for the overall construction quality and schedule of the structure.Keyword： super high-rise building; frame tube structure; performance evaluation; Received： 2017-06-091 工程概况工程位于山西省太原市, 北临迎泽西大街, 东临中国光大银行河西支行, 南为建行宿舍楼, 西为电信六分局住宅小区。该工程项目为一幢超高层办公楼,
6、 总建筑面积 14.3 万 m, 塔楼地下 4 层, 地上 54 层, 建筑物高度为 266m, 结构高度为 245.3m。结构基础埋深 24.5m, 约为建筑物高度的 1/10。塔楼原结构方案采用“型钢混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+环带桁架”结构体系, 见图 1, 是一种先进而成熟的超高层结构体系。该结构平面呈方形, 核心筒位于平面中心, 无偏置, 采用钢筋混凝土剪力墙;框架体系采用型钢混凝土框架, 框架柱采用“十字”和“H”型钢混凝土组合柱;外围框架梁采用 H 型钢混凝土梁。目前塔楼核心筒施工到第 26 层, 外框柱施工到第 10 层, 钢结构备料到第 28 层。2 塔楼结构变更由于型钢混
7、凝土梁支模复杂, 施工难度较大且施工周期长, 为方便施工和缩短工期, 根据业主要求, 按照抗弯刚度 (EI) 相等的代换原则, 将 30 层 (含 30层) 以上的外围型钢混凝土框架梁替换为 H 型钢梁, 其余构件布置和截面大小基本不变。本工程塔楼主要为高度超限和一般性不规则, 与原结构相比, 将 30层以上的外围型钢混凝土梁替换为钢梁后的结构, 超限情况基本一致。本次结构调整的原则如下: (1) 保持调整后结构的各项主要指标及抗震性能与原结构基本相当; (2) 结构的调整不影响已施工的主体结构及基础。H 型钢梁替换范围如图 2 所示, 替换后截面 GKL0103 和原截面 SRC 梁 13
8、及其钢骨截面 13 特性对比如表 1 所示。3 方案变更整体性能分析超高层结构体系变更方案性能评价即在满足相关规范和特定的抗震超限审查意见的条件下, 兼顾多个广义性能目标是否合理, 整体结构的分析主要采用 YJK软件进行分析见图 3, 并将原结构模型与 30 层以上的型钢混凝土梁替换为 H 型钢梁的模型 (以下简称为调整后结构模型) , 模型调整前后变化部位对比图见图 4。对两个模型的总质量、振型与周期、基底剪力和倾覆力矩以及层间位移角等总体指标分别进行了对比, 见表 2 所示。表 1 调整前后梁截面特性对比 下载原表 模型中定义了竖向和水平荷载工况。其中竖向工况包括结构自重、附加恒荷载以及活
9、荷载。水平荷载工况包含地震作用和风荷载。对于各水准下地震加速度反应谱, 则考虑了 X 向、Y 向的地震作用, 对于小震水平地震荷载考虑了双向地震及偶然偏心的影响。原结构和调整后结构的主要指标如下表 2 所示。根据表 2 的对比结果可知, 将型钢混凝土梁替换为 H 型钢梁后, 结构的整体抗侧刚度基本保持不变, 结构的总质量降低约 2%。因此, 调整后结构所受的地震作用也比原结构有所降低, 基底剪力和倾覆弯矩分别降低 1.5%和 2.8%左右。图 5 给出了模型调整前后第一振型对比图, 原结构模型与调整后结构模型的周期差别均在 2.5%以内, 第一扭转周期与第一平动周期的比值分别为 0.59 和0
10、.58, 均小于 JGJ 3-2010高层建筑混凝土结构技术规程 (简称高规) 的限值 0.85, 可认为扭转刚度相对较大, 扭转振型与第一平动振型不耦合。表 2 调整前后结构主要指标对比 下载原表 原结构模型与调整后结构模型的层间位移角较为接近, 且所有楼层在地震作用和风荷载作用下的层间位移角均小于 1/510, 满足高规要求。本工程最小剪重比限值为 2.46%, 调整前后结构模型的最小剪重比均满足规范高规中 4.3.12 条的限值要求。原结构模型和调整后结构模型的整体稳定验算均满足高规中 5.4.4 条的要求, 且均大于 2.7, 故根据 5.4.1 条中的规定本工程在弹性计算模型中可不考
11、虑重力二阶效应的影响。4 结语通过对比原结构和调整后结构的各项总体指标, 可以得出以下结论:(1) 调整后结构的各项总体指标, 均能满足现有规范的要求。(2) 调整后结构与原结构的整体抗侧刚度基本相同, 质量略微降低, 因此结构的动力特性基本一致, 其周期、振型、层间位移角以及楼层位移基本相同;调整后结构的楼层剪力及楼层倾覆力矩均比原结构降低, 楼层剪力与倾覆力矩在外框与内筒的分配比例变化不大, 故外框与内筒的内力基本保持不变, 综上 30 层以下已施工的结构部分不需要进行加固。(3) 根据上述分析结果, 调整后的结构与原结构动力特性、抗侧刚度和受力大小与分配基本一致。因此方案变更后可不再进行
12、罕遇地震作用下的弹塑时程性分析, 目前项目已通过施工图审查, 开始变更后结构施工。参考文献1王道星.刚度比的调整对高烈度区 SRC 框架-RC 简体结构抗震性能影响的分析D.西安:西安建筑科技大学, 2008. 2傅晋申, 金玉兰.广场酒店结构设计J.建筑结构, 2007, (5) :120-125. 3王明, 卫江华, 何翀, 等.某 7 度区超限高层结构方案比选J.建筑结构, 2015, (17) :10-13. 4曾凡生.高楼钢结构体系与工程实例M.北京:机械工业出版社, 2015. 5JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程S. 6郭乐, 贾益纲, 王惠宾, 等.某高层框架-核心筒外框架结构选型研究J.四川建筑科学研究, 2014, (5) :25-28.
