退台式收进体型超高层建筑结构设计

王 伟

（山西四建集团有限公司，山西 太原 030024）

近年来，随着我国城市化进程的不断加深及城市土地资源的日益紧缺，城市中出现了越来越多的超高层建筑，而其中有很多都属于退台式收进体型超高层建筑，故而对这类建筑结构设计的研究成为了业内重点课题。目前我国在退台式收进体型超高层建筑结构设计方面已经拥有了一些研究成果和实践经验，这给其实际设计工作带来了不小的助益。

1 相关概念简介

1.1 超高层建筑

超高层建筑顾名思义是指在一般高层建筑的基础上发展形成的一种高度更高、层数更多的建筑。目前在我国对超高层建筑的标准中，是将楼层数＞40 层或建筑高度＞100m 的建筑物纳入超高层建筑的范畴。

1.2 退台式建筑

退台式建筑又称台阶式建筑，因为这类建筑的外形类似于台阶。退台式建筑最主要的特点是建筑面积由底层向上层逐层减小，在下层多出的面积远超过一般凸出或凹进的阳台面积，并形成上层的一个大平台。退台式建筑具有屋外活动空间大、采光和通风良好等优点，但也有占地较大、建筑容积率减少的缺陷。

1.3 收进体型结构

收进体型结构是不规则高层建筑结构的一种常见类型，其主要具有抗震性能良好、结构稳定性强等优点。但由于收进体型结构容易引起构件内力、位移不规则变化等问题，所以在实际应用中应把握好其与侧向刚度不规则之间的关系，进行合理的结构设计。

2 退台式收进体型超高层建筑结构设计中的常见结构收进方式

2.1 外框结构收进方式

1.1、双柱式外框结构收进方式

站在结构受力的角度上而言，双柱式外框结构收进方式最为合理。双柱式外框结构收进方式的特点是在退台以下的楼层平面上具有2 排立柱且后面的外围立柱可下延至基础底板。在退台尺寸较大的情况下，双柱式外框结构收进方式的应用比较普遍。应用双柱式外框结构收进方式可以避免竖向构件转换，从而使楼面荷载通过最直接的方式（楼板→楼面梁→外框柱→基础）来传递。但由于在退台以下楼层平面中增设了1 排立柱，因此双柱式外框结构收进方式可能会一定程度地影响到建筑使用功能。

1.2、斜柱式外框结构收进方式

斜柱式外框结构收进方式的特点是由斜柱连接退台前和退台后的外围立柱，所以其外框柱的竖向传力较直接。在退台尺寸较大的情况下，斜柱式外框结构收进方式的应用也比较普遍。不过，由于斜柱会引起转折部位形成水平分力，所以需合理设计斜柱的斜率（以1：10-1：4 为宜）。建筑功能和空间布置也会受斜柱影响，斜率越小，则受影响的楼层数越多。

1.3、转换结构式外框结构收进方式

转换结构式外框结构收进方式的特点是利用一些转换结构（转换桁架、转换梁等）来实现上部立柱的荷载向核心筒和下部外框柱的传递。对于转换层部分来说，受转换结构的影响较大，而非转换层部分一般不受影响。

1.4、搭接柱式外框结构收进方式

搭接柱式外框结构收进方式的特点是通过搭接柱的形式与外围竖向构件进行连接。一般在退台尺寸较小且上、下外框柱之间的距离也不大的情况下，常会应用搭接柱式外框结构收进方式，其优点是对建筑的影响较小。

1.5、悬挑梁式外框结构收进方式

在退台尺寸较小的情况下，可选择应用悬挑梁式外框结构收进方式。悬挑梁式外框结构收进方式的特点是分别将上、下部外框柱设置在楼板边缘附近和楼板内部，保持连续。

1.6、不同外框结构收进方式之间的比较

首先，在竖向传力方面：双柱式外框结构收进方式和悬挑梁式外框结构收进方式不会改变结构的竖向传力路径、收进处的构件不会产生附加内力；斜柱式外框结构收进方式可保持外框柱的竖向传力路径不变，但会造成在斜柱转折楼层出现两个较大的水平力，需对转折处的水平构件进行加强；转换结构式外框结构收进方式容易改变结构的竖向传力路径，造成竖向荷载传力路径过长；搭接柱式外框结构收进方式可保证在竖向上直接传力，但会在搭接段产生附加偏心弯矩。其次，在抗侧刚度方面：斜柱式外框结构收进方式的抗侧刚度较大，其抗侧能力与倾斜角度成正比；转换结构式外框结构收进方式可显著提高退台处的结构抗侧刚度，并在核心筒内产生较大的附加剪力和弯矩；其它外框结构收进方式对抗侧刚度的影响均较小。

2.2 核心筒结构收进方式

常见的核心筒结构收进方式有双翼墙收进式核心筒结构收进方式、按区格收进式核心筒结构收进方式、斜墙收进式核心筒结构收进方式、墙体转换收进式核心筒结构收进方式等，且前三者均为墙体直接传力。核心筒结构收进方式会造成在收进楼层及相邻楼层出现应力集中，因为收进处的墙体截面会发生突变。若想减小应力集中，可在收进处采用斜墙过渡。

3 由退台引起的偏心效应分析

3.1 倾覆力矩

由于在收进处质心与竖向构件形心会出现偏心，所以会大大增加倾覆力矩（与由水平荷载引起的倾覆力矩相同）。受结构重量大的影响，一旦收进尺寸较大就会造成较大的偏心，进而引起较大的倾覆力矩，周边竖向构件承载的轴力因此而发生失衡。

3.2 水平变形

倾覆力矩会直接影响到竖向荷载作用下楼层位移的变化，且两者呈正向相关，当倾覆力矩较大时变形程度也会变大。层间位移角的变化跟结构体系也具有相关性，加强层处的层间位移角曲线往往会呈明显的收进。所以在实际设计中应注意偏心引起的水平变形问题。

4 退台处刚度突变及对结构抗震性能的影响分析

以某项目的T1 塔楼为例，其初步设计为核心筒收进在30 层退台处集中，核心筒截面与外框柱截面于30 层开始逐渐减小，结构层间位移角曲线会受水平荷载的作用而在30 层处发生较大的突变，由此可见结构在退台处具有较大的刚度突变。为此，在设计中需将原本30 层的X 向收进延伸至35 层以避开加强层和集中收进区域、使竖向构件的截面避开加强层和集中收进区域、适当减小收进墙体的尺寸并对墙体开洞，以减少其刚度突变，改善30 层处层间位移角突变，提高刚度分布的均匀性。当碰到罕遇地震作用情况时，对30 层退台处各组地震波的时程分析结果均呈现出了显著突变，且这也是核心筒墙体损伤较严重（损伤因子＞0.3）的地方。因此在设计中应按照薄弱层的标准对退台处楼层进行设计，将其地震作用放大至少1.25 倍。另外，还要基于科学的弹塑性时程分析结果，合理在收进处墙体内使用型钢及适当地加强配筋，这样才能够确保当碰到罕遇地震作用情况时，核心筒具有足够的抗震性能。

5 结语：

综上所述，退台式收进体型超高层建筑结构集超高层建筑、退台式建筑及收进体型结构等的特点于一体，是一种非常特殊的建筑结构形式，所以在其的设计过程中，需要把握的重难点及注意的问题较多。特别是由于结构受力的特殊性，在退台式收进体型超高层建筑结构设计中必须要合理选择结构收进方式，并最大限度地减小偏心不利效应及刚度突变，以保证结构的抗震性能。