某高位大跨连体超限高层建筑结构设计

崔 瑜

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新时期，社会在发展，时代在进步，工程建设工作也应当与时俱进，积极学习新的理念，引进新的技术，在施工工艺以及施工内容上作出创新和优化，适应社会的发展，满足现代化建筑的需求。

1 工程概况

本项目位于某市会展中心旁。项目为超高层住宅及多层独立商业楼两栋建筑。其中，多层独立商业楼为1号楼，超高层住宅为2号楼。以下主要介绍2号楼，即超高层住宅的结构设计。2号楼从设计外观上来看，是一种双塔连体结构，地上建设38层，地下建设两层，整体建筑高度是139.25m。

地下两层主要为停车使用，地下2层高度有3.9m，地下1层高度有5.6m。地上1层高度是9 m，属于架空层。13层、26层均为避难层，且层高都在3.5m。设备转换层位于33层，高度为2m。整栋建筑剩余楼层用作住宅使用，高度都是3.5m。32层至屋面层为两侧塔楼（标高112.765～115.765 m），两侧中间会用长度为29.60m的连接体予以连接，确保其稳定性。

2 高位大跨连体超限高层结构体系与结构布置

2.1 塔楼结构体系

从建筑物的总高度、建筑用途及抗震设防裂度等多个方面进行分析，可得知塔楼结构最适宜选用框架核心筒结构体系。如此一来，竖向荷载便可经水平梁结构传至外框柱和剪力墙，最后在传到基础。核心筒剪力墙和混凝土框架则用来承担水平荷载。值得一提的是，该工程两侧塔楼为左右对称关系，也就是说两侧塔楼无论是从层数、平面布置，还是从竖向构件、刚度等方面均完全一致。

2.2 连接体部分结构体系

为满足建筑结构稳定性、安全性的需求，需要在两侧塔楼中间进行高位连体结构的建设。从设计图上来看，建筑物中会有7层作为连接体的组成部分。同时，会在连接体部分中使用钢构架体系，能够有效承担连接体的重量。有四榀钢桁架（分别为A轴、C轴、E轴、F轴）在连接体底层设置，与两个塔楼柱刚性相连。连接体桁架上下弦杆会向主楼内伸入一跨，5.5m为连接体桁架的高度。

在该工程中，33层为设备转换层，3m层高。该层采用吊柱+钢梁的结构形式，以便减少竖向突变和连接体桁架对结构竖向刚性突变的影响[1]。34层梁下应设置吊柱。由上述可知，吊柱+钢梁是33层的基本结构，但不会与框架柱和核心筒剪力墙相连，这样会使该层的刚度得到一定程度的弱化。

2.3 平面布置

该建筑物中两侧塔楼相对称，塔楼平面外部轮廓是一个标准的矩形。各个外框柱之间的距离最短不会低于5.0m，最长不会超过8.5m。外框柱与核心筒之间的距离，最长不会超过6.7m，最短不会低于4.7m。350mm×600mm、400mm×700mm以及200 mm×600mm，200mm×450mm所对应的分别是标准层框架梁、外围框架梁以及次梁框的截面。

2.4 竖向构件

矩形为塔楼核心筒平面形状，9.1m为核心筒X向长度，12.05m为核心筒Y向长度。采用钢筋混凝土柱作为塔楼外框架柱，连续贯通塔楼上下。连接体桁架以下31层和30层、基础顶至4层与连接体相连框架柱可作型钢混凝土柱的设计[2]。其中支撑连接体结构的8根框架柱型钢由基顶至15层上延，用来控制轴压比及增加框架柱的延性。

2.5 楼盖体系

选用现浇钢筋混凝土作为此工程的楼盖体系。在对本工程特点予以结合的基础上，需加强以下部分楼板。

地上结构嵌固部位，也就是地下室顶板。180 mm为楼板厚度，采用双向双层配筋，最小配筋率为0.25%。

连接体桁架上弦连接体部分基塔楼内相邻一跨板厚取200mm，连接体部位最上面一层板厚取180mm，其余连接体部位及塔楼内相邻一跨板厚取150mm，通过双向双层方式配筋，最小配筋率为0.25%，并根据应力分析结果进行复核配筋[3]。

核心筒筒体内楼板厚度取120mm，配筋选用双层双向方式，0.2%为最小配筋率。

核心筒筒体外楼板厚度，除了要将局部跨度较大楼板厚度增加到140mm或180mm之外，剩余楼板厚度应取100mm。

3 结构超限情况及抗震性能目标

根据我国《超限高层建筑工程设防专项审查技术要点》及相关规定，该工程设计的结构体系完全符合现行规范的适用范围。超限具体情况如下。

高度超限:建筑总体高度为139.25m，明显高于核心筒结构框架A级高度限值130m。

特殊类型高度建筑:32层标高为112.765m，且以上的连接体结构跨度超出24m。

侧向刚度突变:0.66 为32层测量刚度与上层之间的比值，显然在0.9 之下。

由于本项目属于超限结构，所以应在严格遵循我国《高层建筑混凝土结构技术规程》的基础上，选择C级性能目标以及与之相匹配的抗震性能水准。各构件的抗震性能目标如下。

1）关键构件。底部加强区框架柱、剪力墙。多遇地震:弹性。设防烈度地震:抗弯不屈服，抗剪弹性。罕遇地震:抗剪不屈服，抗弯不屈服。与连接体钢桁架相连的框架柱及相邻的下层、钢桁架上下弦杆塔楼内相邻跨框架梁。多遇地震:弹性。设防烈度地震:抗弯不屈服，抗剪弹性。罕遇地震:抗剪不屈服抗弯不屈服。连接体钢桁架。多遇地震:弹性。设防烈度地震:弹性。罕遇地震:不屈服。

2）普通竖向构件。其他部位框架柱。多遇地震:弹性。设防烈度地震:抗剪弹性，抗弯不屈服。罕遇地震:抗剪、抗弯部分屈服，满足最小抗剪截面。其他部位剪力墙。多遇地震:弹性。设防烈度地震：抗剪弹性，抗弯不屈服。罕遇地震:抗弯、抗剪部分屈服，满足最小抗剪截面。

3）耗能构件。连梁、框架梁。多遇地震:弹性。设防烈度地震:部分抗弯屈服抗剪不屈服。罕遇地震:大部分可被允许进入屈服阶段。

4 抗震加强措施

应加强连接体楼板部分的设计构造，使其更具有稳定性。具体来说，就是在连接体部分楼板区域，采用双层双向的配筋方式，并在准确获取楼板应力结果的情况下，配置相应的钢筋，以增强楼板的强度和刚度。在具体实施上，连接体上弦杆楼层板应取200mm板厚，并按照0.25%的比例来控制最小配筋率。连接体顶层楼板取180mm板厚，按照0.25%的比例来控制最小配筋率。剩余其他位置连接体均取150mm的楼板厚度。另外，楼板厚度在加强后都应延伸至塔楼内一跨。

连接体楼板部分区域，难免会开一些洞。为保证结构的稳定性，应在洞口处设置必要的水平交叉支撑。

为使连接体钢桁架的安全度得以增强，应严格遵循大震不屈服、中震弹性的原则予以相应设计。

要想进一步提高框架柱的延性，应将型钢混凝土柱在底部加强区框架柱中应用，用来支承连接体的8根框架柱型钢应向13层延伸。

型钢混凝土柱应在加强支承连接体结构的框架柱与连接体相邻框架柱的连接体高度范围以及上下一层使用。同时，在满足相关规范要求的基础上，将抗震等级提高至特一级。根据中震及大震构件性能对全楼构件的配筋计算进行包络设计。

5 结语

在高位大跨连体超限高层建筑的结构设计中，由于其建筑结构相比于常规建筑来说有着很大的不同，所以对建筑物的安全性及稳定性也提出更高的要求。这就需要相关设计人员，加强抗震性能方面的设计，并在设计过程中针对结构中较为薄弱的部位采取必要的加强措施。只有这样，才能最大限度地保证建筑结构设计的合理性，从而在提高抗震性能的同时，提升整体工程质量。