初探退台式收进体型超高层建筑结构设计

赖金珍

摘 要 在当前的建筑结构设计过程中，尽管退台式收进体型结构已经得到广泛应用，然而受到多因素影响，结构设计时常会存在诸多问题。本文将从退台式建筑的定义角度出发，对当前常用的退台式收进体型超高层建筑结构设计模式加以介绍，进而结合实际案例分析结构抗震性能受到刚度突变时的影响，以期为有关部门提供可靠参考。

关键词 退台式;收进体型;超高层建筑;结构设计;刚度突变

引言

退台式超高层建筑属于一种不规则建筑，而收进体型结构则属于这种不规则建筑最为常用的一类结构，这是因为其具备较强稳定性以及良好抗震性。然而因为此类结构极易产生刚度突变问题，因此，有关设计人员应该对各类结构加以全面了解，明确各结构的差异性，对刚度进行有效控制，进而选用最科学的设计方案。

1退台式建筑定义

此类建筑属于一种较为特殊的建筑风格，即建筑外形并非常规的长方体样式，呈现出梯形的样式，其中建筑南向即梯形斜边，拥有约45°的坡度，在实际应用中，该斜边通常会使人产生一定错觉[1]。在建筑行业，退台式建筑也被称为“台阶式”建筑，这主要是由于退台式建筑整体外形与台阶比较相似。其主要建筑特点为底层拥有最大的面积，建筑由下至上，各层面积会越来越小，这便使得小区会呈现出一种开阔感，然而其缺点在于容积率会变小，同时有较大的占地面积。

2当前退台式收进体型超高层建筑常用结构设计模式

2.1 核心筒模式

此类结构模式包含了墙体转换、双翼墙、斜墙式以及按区格式的核心筒结构收进形式，同时，双翼墙、斜墙式以及按区格式的核心筒结构收进形式都是直接由墻体传力。在实际应用过程中，核心筒收进模式会导致收进及其相邻的楼层发生应力集中的状况，这是由于此处墙体的截面出现了突变现象。因此，如果想使应力集中问题得到缓解，设计人员可以将斜墙应用于收进位置方便过渡。

2.2 不同外框结构的相应模式

（1）悬挑梁式。如果退台不具备较大的尺寸，就应优选此模式。悬挑梁式收进模式最主要的特征，即其能够把下部以及上部的外框柱分别涉及楼板的内部与楼板的边缘，以便确保建筑结构的整体连续性。

（2）双柱式。从结构的整体受力层面来看，此类收进模式属于最为科学的结构模式。此模式的主要特征，即会将2排立柱设计到退台以下楼层的相应平面，同时，可以使后面外围的立柱被有效下延到建筑基础底板上。实践证明，如果退台拥有较大尺寸，设计人员便可将退台式建筑设计成此模式，这是由于此模式能够使竖向的构件不会转换，继而确保建筑结构能够经由先楼板、再面梁、进而外框柱、最终到基础的顺序传递露面的整体荷载。然而因为会将1排立柱设置到退台以下的楼层相应平面，所以在应用此模式后，极易使建筑自身部分功能受到影响。

（3）搭接柱式。此模式最关键的特征，即结构能够借助搭接柱连接外围纵向的构件。在退台拥有较小的尺寸，且外框柱间距较小时，设计人员便可应用此模式，这会因为该模式不会对建筑整体产生较大影响。

（4）结构转换式。此模式最明显的特征为可以借助部分转换梁、转换桁架等转换式的结构使上部立柱整体荷载逐渐传递到下部的外框柱。然而对转换层而言，此模式会极大影响到转换结构，却不会影响到其余结构。

（5）斜柱式。此类模式的主要特征为：退台前后外围的立柱能够被相应的斜柱连接，因此，该模式拥有较为直接的外框柱纵向传力。如果退台拥有较大的尺寸，设计人员也可考虑应用此模式。然而需要注意的是，因为斜柱通常会导致转折位置出现水平向的作用力，因此应该对斜柱斜率展开科学设计，最佳斜率为1/10～1/4。另外，斜柱会影响到建筑的空间布置以及自身功能，同时斜率越小，便会增加受影响楼层，这也是设计人员必须科学把控斜率的主要原因之一[2]。

（6）各结构设计模式对比。①对比抗侧刚度：以上各模式当中，斜柱式模式拥有较大抗侧刚度，在该模式中，倾斜角度越大，抗侧能力越大;机构转换式模式能够使退台为之抗侧刚度明显提升，同时会在核心筒里形成较大弯矩以及附加剪力;与这两个模式相比，其余模式都不会明显影响抗侧刚度。②对比纵向传力：在上述各模式当中，悬挑梁式以及双柱式模式并不会使结构收进位置构件出现附加的作用力，也不会使纵向的传力形式发生变化;尽管斜柱式模式能够确保外框柱纵向传力方式不会发生变化，然而却会使转折楼层位置产生两个较大水平向作用力，因此，应该强化此位置水平向的相应构件;另外，结构转换式模式极易导致结构纵向传力的方式发生改变，进而导致对应传送荷载的路径变长;此外，搭接柱模式能够确保纵向直接传力，可是在搭接位置会出现附加弯矩。

3建筑结构抗震性能受刚度突变主要影响

在设计某建筑塔楼时，设计人员最初将此处的核心筒收进模式设计到建筑第32层的退台位置，相应外框柱以及核心筒的截面都从32层起越来越小，同时，此处的水平荷载会导致位移角曲线出现明显突变，这说明退台位置结构刚度突变较大。

所以，设计人员在反复勘察和分析后决定，对最初32层水平向的收进进行延伸，使之被延伸到37层，从而规避集中收进以及加强层，同时使收进墙体整体尺寸减小且在墙体处进行开洞处理，以便使刚度的突变变小，使上述位移角的突变得到改善。进行地震模拟分析时可知，32层的退台位置所有地震波都显示出明显的突变，拥有超过0.3的损伤因子，属于核心筒模式墙体最严重的损伤部位，所以，设计人员需要根据薄弱层相应标准设计退台位置的楼层，提升结构稳定性。

4结束语

总之，城市化发展导致城市可以利用土地资源减少，超高层建筑已经成为缓解土地资源压力的主要建筑模式。而对此类型建筑而言，其结构稳定性、受力特点都对建筑最终使用安全与质量产生直接影响，而退台式收进体型结构设计方式便能符合以上要求，设计人员应该结合实际情况选用最合适的设计模式，合理避免刚度突变，使建筑抗震性得以提高。

参考文献

[1] 包联进，陈建兴，王鑫，等.退台式收进体型超高层建筑结构设计[J].建筑结构，2019，49（13）：7-12.

[2] 杨万托，陈才华，陈灏凯，等.体型收进的框架-核心筒超高层结构模型振动台试验研究[J].建筑科学，2019（5）：64-69.